近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室朱健強(qiáng)研究員和焦兆陽副研究員團(tuán)隊在高功率激光裝置多種非線性過程級聯(lián)作用下的非線性熱像效應(yīng)研究方面取得進(jìn)展。相關(guān)成果以“Formation and mechanism of multiple peak hot images induced by the cascade effect of nonlinear frequency conversion and self-focusing”為題，發(fā)表于《光學(xué)快報》(Optics Express)。
 

　　已有研究表明，上游缺陷會在自聚焦介質(zhì)下游的共軛面產(chǎn)生一個熱像，而在多塊介質(zhì)級聯(lián)的條件下，甚至出現(xiàn)復(fù)雜多峰熱像現(xiàn)象。熱像的強(qiáng)度可達(dá)平均光強(qiáng)的數(shù)倍，是限制高功率激光器輸出能力的一個關(guān)鍵因素。熱像相關(guān)規(guī)律是整個驅(qū)動器設(shè)計的重要依據(jù)，而終端光學(xué)系統(tǒng)中自聚焦和非線性頻率變換過程共同作用下的熱像演變規(guī)律還尚未明確。
 

　　針對上述問題，團(tuán)隊研究發(fā)現(xiàn)了非線性頻率轉(zhuǎn)換和自聚焦效應(yīng)級聯(lián)作用導(dǎo)致的雙峰熱像新現(xiàn)象，尤其發(fā)現(xiàn)光束波長變換導(dǎo)致的熱像后移的新規(guī)律，并給出了雙峰熱像的軸向位置分布公式。其中級聯(lián)作用下產(chǎn)生的第一個峰源于頻率轉(zhuǎn)換效應(yīng)，而第二個峰主要是自聚焦效應(yīng)導(dǎo)致的。此外，級聯(lián)作用下一定范圍內(nèi)熱像強(qiáng)度幾乎不隨物距變化的新現(xiàn)象，這可能導(dǎo)致傳統(tǒng)利用拉開各塊元件間距抑制熱像的策略失效。該工作首次給出了終端系統(tǒng)中復(fù)雜非線性過程級聯(lián)下的熱像形成機(jī)理及演變規(guī)律，有助于優(yōu)化終端光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)元件的設(shè)計排布，減少元件損傷，對高功率激光裝置終端負(fù)載能力提升具有重要的意義。
 

　　相關(guān)研究得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)研究計劃等項目的支持。
 

圖1. 級聯(lián)作用下雙峰熱像的光路模型。
 

　　圖2. 晶體下游橫向光場隨傳輸距離的演變，紅色虛線代表熱像面的位置。(a)級聯(lián)作用；(b)單獨(dú)考慮頻率轉(zhuǎn)換過程。
 

圖3. 熱像特征隨物距的變化情況。(a)熱像所處位置；(b)熱像強(qiáng)度。