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GLAD應(yīng)用：高斯光束的吸收和自聚焦效應(yīng)

概述
 

當(dāng)一束強激光入射到介質(zhì)中后，由于強光場與介質(zhì)的非線性作用，使得介質(zhì)的線性折射率上會疊加與入射光強相關(guān)的非線性折射率。當(dāng)入射光束的光強呈現(xiàn)空間上的非均勻分布時，由此引入的非線性折射率也是非均勻的，這將使不同空間位置的光所經(jīng)歷的光程長度不同，即介質(zhì)對入射光束的作用等價于光學(xué)透鏡，從而導(dǎo)致光束的自行聚焦效果。

特別地，當(dāng)入射光束強度沿垂直光軸的界面內(nèi)呈高斯形時，且強度足夠產(chǎn)生非線性效應(yīng)的情況下，此時介質(zhì)折射率的橫向分布也是鐘形的，從而對入射光束產(chǎn)生會聚作用，這就是高斯光束的自聚焦效應(yīng)。

 

系統(tǒng)描述
 

本例重點展示了beer以及sfocus兩個命令的使用，給出了經(jīng)過吸收之后高斯光束的強度分布輪廓圖，光束的吸收遵循比爾定律并且可能會出現(xiàn)自聚焦現(xiàn)象。研究發(fā)現(xiàn)，自聚焦效應(yīng)會導(dǎo)致穿透剖面變窄，本例對比了以下四種情況：

（1）理想的高斯光束聚焦

（2）經(jīng)過吸收之后的理想高斯光束聚焦

（3）經(jīng)過吸收和自聚焦效應(yīng)之后的理想高斯光束聚焦

（4）經(jīng)過吸收和自聚焦效應(yīng)之后的帶有像差的高斯光束聚焦

 

圖1.模擬示意圖
 

模擬結(jié)果

 

    

圖2. 初始理想高斯光束光強分布

圖3. 理想高斯光束的成像切片

  

圖4. 介質(zhì)中存在吸收時理想高斯光束的成像切片

圖5. 介質(zhì)中存在吸收同時考慮自聚焦效應(yīng)時理想高斯光束的成像切片

圖6. 介質(zhì)中存在吸收同時考慮自聚焦效應(yīng)時帶像差高斯光束的成像切片