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GLAD應用：高斯光束的吸收和自聚焦效應

概述
 

當一束強激光入射到介質中后，由于強光場與介質的非線性作用，使得介質的線性折射率上會疊加與入射光強相關的非線性折射率。當入射光束的光強呈現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歷的光程長度不同，即介質對入射光束的作用等價于光學透鏡，從而導致光束的自行聚焦效果。

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

 

系統描述
 

本例重點展示了beer以及sfocus兩個命令的使用，給出了經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自聚焦現象。研究發現，自聚焦效應會導致穿透剖面變窄，本例對比了以下四種情況：

（1）理想的高斯光束聚焦

（2）經過吸收之后的理想高斯光束聚焦

（3）經過吸收和自聚焦效應之后的理想高斯光束聚焦

（4）經過吸收和自聚焦效應之后的帶有像差的高斯光束聚焦

 

圖1.模擬示意圖
 

模擬結果

 

    

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. 介質中存在吸收時理想高斯光束的成像切片

圖5. 介質中存在吸收同時考慮自聚焦效應時理想高斯光束的成像切片

圖6. 介質中存在吸收同時考慮自聚焦效應時帶像差高斯光束的成像切片