强激光作用下非热平衡状态光学元件的热透镜效应
光纤热透镜效应
光纤热透镜效应光纤热透镜效应是指在光纤中由于热效应引起的折射率变化，从而导致光束发生偏折和聚焦的现象。
光纤热透镜效应是光纤传输中的一个重要现象，对于光纤通信和激光加工等领域具有重要意义。
在光纤通信系统中，光信号的传输一般采用单模光纤，其中的光束是经过调制和放大后的信号。
当光纤中的光束受到外界热源的影响时，光纤中的折射率会发生变化，从而引起光束的偏折和聚焦。
这种现象就是光纤热透镜效应。
光纤热透镜效应的产生主要是由于光纤的材料对温度的敏感性造成的。
光纤通信中常用的材料有硅、石英等，这些材料在高温下会发生热膨胀，从而引起折射率的变化。
当光纤中某一部分受到热源的加热时，这一部分的折射率会发生变化，从而导致光束在该部分发生偏折和聚焦。
光纤热透镜效应对光纤通信系统的性能有一定的影响。
首先，光纤热透镜效应会导致光信号的传输损耗增加。
当光束发生聚焦时，光的能量会集中在一个较小的区域，使得该区域的光功率密度增加，从而导致光纤材料的吸收增加，引起损耗的增加。
其次，光纤热透镜效应也会引起光信号的失真。
当光束发生偏折时，光的传输路径会发生变化，从而导致光信号的相位和振幅发生改变，影响信号的传输质量。
为了减小光纤热透镜效应对光纤通信系统的影响，可以采取一些措施进行补偿。
首先，可以采用光纤降温措施，通过散热装置将光纤的温度保持在较低的水平，减小光纤热透镜效应的产生。
其次，可以采用光纤材料的优化设计，选择热膨胀系数较小的材料，减小热膨胀引起的折射率变化。
此外，还可以采用光纤补偿器等技术手段，对光信号进行相应的调整和补偿，减小光纤热透镜效应对信号的影响。
除了光纤通信系统，光纤热透镜效应在激光加工领域也有重要应用。
在激光加工过程中，光纤激光器产生的激光束经过聚焦透镜后，可以对材料进行切割、焊接等加工。
然而，由于激光束在光纤中传输时会发生热透镜效应，导致光束发生聚焦和偏折，从而影响激光加工的精度和效果。
因此，在激光加工过程中，需要对光纤热透镜效应进行补偿和控制，以保证加工的质量和效率。
激光器的热透镜效应讲解
新型光学谐振器和热透镜效应Thomas Graf Rudolf Weber, and Heinz-P. Weber 应用物理研究所，Beme Sidlerstrasse 5大学，CH - 301 2 Beme，瑞士概要激光谐振腔支持稳定的振荡的最大功率范围主要是由活性介质（热）材料常数和冷却方法所决定。
通过控制稳定的基本模式操作的功率范围，可以转移到更高的能量，具有特殊的腔设计和腔内光学但稳定范围的宽度不会受到影响。
此外，在泵的活性介质强度增加也加剧了非球面元件的热诱导的扭曲。
因此，开发新颖的谐振器时，分析这些热效应具有重大意义。
我们目前对热诱导的扭曲，一种新型的多棒激光腔，变量配置的谐振器（VCR）进行分析。
对热效应进行了数值模拟和实验的研究。
我们目前对各种抽水和冷却方案进行比较后发现复合棒端面泵浦激光器提供最有效的冷却。
VCR被开发调控基本模式激光器的功率范围。
由于其能力作为法布里- 珀罗谐振器，它克服了稳定性与传统的多棒谐振器相关的问题，并允许一个新的Q开关技术作为一种环形腔运行。
关键词：固态激光器，二极管泵浦激光器，光学谐振器，热透镜效应，热致双折射。
1.介绍二极管泵浦固态激光器，有着广泛的工业和科学应用。
二极管激光器价格的不断下降，应用正在扩展到高功率范围。
此外，泵浦方式的改善使二极管激光辐射高效和紧聚焦到激光材料。
由于大量吸收功率，这将导致强烈的局部加热。
因此，在固态激光材料的热效应已经获得了相当高功率，半导体激光泵浦全固态激光器作为一个发展中的关键问题的重要性被提高。
选中激光材料后，热效应只与冷却的方法有关，然后必须采用适当的谐振器设计。
我们在下面的实验和数值调查报告二极管激光的热效应泵浦全固态激光器和特殊的光学谐振器的发展。
热透镜效应和应力引起的双折射用于比较四种不同的冷却技术。
完全验证的数值有限元（FE）代码，它也适用于区分不同的热透镜效应的贡献- 比如弯曲的表面和折射率变化与温度和应力性曲折分析高功率激光器的功率调整的极限。
强激光的热与力学效应研究
t=50s
报告提纲
一、引言 二、脉冲激光诱导的爆炸与冲击效应
− 脉冲激光诱导的冲击波压力特征
− NiTi、单晶复杂本构介质冲击波传播
− STF能量耗散、水下爆炸规律研究 − 脉冲激光冲击效应相似律
三、连续激光对陶瓷/涂层的辐照效应 四、连续激光对CFRP的热力破坏效应
8/23
脉冲激光诱导的爆炸与冲击效应
驱动系统 研究机构 试验环境
冲击硬化 试验环境
测量系统
光纤激光干涉测速(ns, 多点)
主要指标 …… 时间分辨率
激光器
IMECH 水下驱动 ns (0.2ns)(3)
试验环境 试样高温 加热环境
LLNL ns级
PVDF压力测量(ns-20GPa) 激光脉宽/能量/光束质量测量
LANL ns级
SNL ns级 125 m 1~104m/s 4点×2套 ± 0.1%
电离平衡关系-Saha方程； 等离子体逆韧致吸收机制； 电离气体的状态方程和热力学关系； 热弛豫能量吸收 ,103T 气动流场演化 10,106T
激光传播散射 ,T
FDTD方法
等离子体动力学方程
, T
长度尺度比Lp/ 10倍,时间变化tp/T 106倍
11/23
Lp,tp
激光在气体中爆炸的物理建模及其耦合关系
Maxwell方程
E H J t H E t
0.2
主要特色
─ 高温环境非接触全场测量
─ 新的数据处理算法(CWT)，低速： ~100m/s; 快变：ns~109 m/s2
0.0 0.0 0.2 0.4 0.6 Time (μs) 0.8 1.0 1.2
(b)
400
热透镜效应
热透镜效应影响
• 热透镜效应的危害很严重，主要表 现为：激光束发散角加大，方向性 变差，对单模工作的器件影响更大， 单模体积缩小，输出降低。谐振腔 内有热透镜，等效改变了谐振腔型， 例如由平行平面腔变成的凹面腔。
器件装置
热透镜效应
作者：朱志杰 江苏大பைடு நூலகம் 光信1201
热透镜效应的原理
• 1、LD（半导体激光器）工作时产生的温度会使晶体表面发生热形变， 造成了晶体各部分密度不同，而光在经过不同密度的分界线时发生不 同程度折射，因此就形成了像是光线通过普通透镜一样的折射效果 • 2、实际情况有时与理论不符光腰在谐振腔外而且随着功率的升高光 腰处光斑的尺寸逐渐缩小似乎输出耦合镜（平面镜）变成了一个会聚 透镜这一现象通常称为热透镜效应 • 3、激光束通过热不均匀介质Nd∶YAG的情况与通过透镜的情况相似, 称为热透镜效应.热透镜效应主要由激光棒的温度梯度和热应变光弹性 导致的折射率不均匀分布引起 • 4、工作物质由于热效应,中心膨胀最厉害,外表面由冷却水进行冷却, 几乎没有膨胀,与透镜的情况极为相似,故称为热透镜效应.热透镜效应 是种种热效应中对光束质量影响最大的 • 5、故称为热透镜效应.表征热透镜效应的主要参数有热透镜的焦距f和 光焦度D(D=1f),光焦度的定义为[2]:D=1 f≈-l [a(n0-1)+dndT+εr,] d2Tdr2|r=0,(2) • 式(2)中:a=1ldldT为线胀系数
激光加工热透镜效应_概述说明以及解释
激光加工热透镜效应概述说明以及解释1. 引言1.1 概述激光加工作为一种高精度、高效率的材料加工技术，广泛应用于各个领域。
然而，在激光加工过程中，由于光能的聚焦和吸收等因素，会产生热透镜效应。
这一现象会对激光加工质量产生重要影响，限制了激光加工技术的进一步发展和应用。
本文将对激光加工热透镜效应进行详细的概述和说明，并阐明其在实际应用中的解释和影响因素。
同时，我们将探讨如何减弱或避免热透镜效应对激光加工质量的影响，并介绍已有方法和技术的局限性与改进方向。
1.2 文章结构本文共分为五个部分：引言、激光加工热透镜效应、解释热透镜效应阻碍激光加工的原因、应用实例与成功案例分析以及结论与总结。
在“引言”部分，我们将对文章进行简单的介绍，并说明文章的结构和目的。
“激光加工热透镜效应”部分将详细定义和解释热透镜效应的原理，以及在加工过程中该效应的表现和影响因素分析。
“解释热透镜效应阻碍激光加工的原因”部分将对热透镜效应对加工质量的影响进行探讨，并提出减弱或避免该效应影响的方法和技术，并分析已有方法和技术的局限性，并提出改进方向。
“应用实例与成功案例分析”部分将通过具体行业中的实例，分析激光加工热透镜效应的应用情况以及成功案例，并展望未来发展方向和趋势。
最后，在“结论与总结”部分，我们将总结对激光加工热透镜效应的重要性并强调其作用，同时介绍本文中所得到的研究成果和创新，并提出后续工作和研究方向建议。
1.3 目的本文旨在全面了解激光加工中的热透镜效应以及其对加工质量产生的影响。
通过介绍已有方法和技术，探讨如何减弱或避免热透镜效应的影响，以期为激光加工技术的进一步发展提供参考。
同时，通过实际应用和成功案例分析，揭示激光加工热透镜效应在不同领域中的具体应用情况，并展望未来的发展和趋势。
最终，希望本文能对相关领域的研究者和从业人员提供有益的参考和指导。
2. 激光加工热透镜效应:2.1 定义与原理:激光加工热透镜效应是指在激光加工过程中由于材料受到激光能量的作用而导致温度升高，从而引起材料的折射率发生变化，形成一个类似于透镜的聚焦效应。
高功率激光系统中全息“热像”效应
第16卷 第5期强激光与粒子束Vol.16,No.5 2004年5月HIGH POWER LASER AND PAR TICL E B EAMS May ,2004 文章编号:100124322(2004)0520571204高功率激光系统中全息“热像”效应Ξ谢良平1,2, 粟敬钦2, 景 峰2, 赵建林1, 王文义2, 王 逍2, 彭志涛2(1.西北工业大学应用物理系,陕西西安710072;2.中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900) 摘 要: 对高功率激光系统中存在的一种类似于小尺度自聚焦的非线性过程———“热像”效应进行了理论分析和模拟计算。
当一束经过遮光物调制的激光光束通过非线性介质后,在随后的光路上将产生一个亮点,即“热像”。
“热像”处的光强比背景光强大几倍,因此位于“热像”附近位置的光学元件很可能遭受损伤。
从全息成像的角度对“热像”的形成过程进行了分析。
结果表明:“热像”的位置处于以非线性介质为中心与遮光物大约对称的地方,“热像”的光强是原始光强的(1+B )2倍。
计算机模拟与理论计算结果吻合较好,验证了上述结果。
关键词: 热像; 全息成像; 非线性自聚焦; 光学损伤; 高功率激光 中图分类号: O437.5 文献标识码: A 在高功率激光系统中,强激光通过介质时所出现的非线性自聚焦现象是一个阻碍高功率激光驱动器负载提高及使光束质量变坏的重大问题[1～3]。
自聚焦危害性很大,因为它使光束因小的位相或振幅调制而变得局部不稳定,进而使光束分裂成一根根强度非常高的细丝,导致激光介质的局部破坏。
“热像”这类特殊的非线性自聚焦现象,是在上世纪80年代,美国利弗莫尔国家实验室(LLNL )的科研人员在研究NOVA 装置时发现的。
令人们困惑的是,即使激光器运行在系统损伤阈值之下,在一些位置处的光学元件也可能遭受损伤。
这类损伤具有小尺度自聚焦的所有特征,仅在高功率激光器中现象明显,而且不易追迹。
激光器的热透镜效应讲解
新型光学谐振器和热透镜效应Thomas Graf Rudolf Weber, and Hei nz-P Weber Beme Sidlerstrasse 5 大学，CH - 301 2 Beme,瑞士应用物理研究所,概要激光谐振腔支持稳定的振荡的最大功率范围主要是由活性介质（热）材料常数和冷却方法所决定。
通过控制稳定的基本模式操作的功率范围，可以转移到更高的能量，具有特殊的腔设计和腔内光学但稳定范围的宽度不会受到影响。
此外，在泵的活性介质强度增加也加剧了非球面元件的热诱导的扭曲。
因此，开发新颖的谐振器时，分析这些热效应具有重大意义。
我们目前对热诱导的扭曲，一种新型的多棒激光腔，变量配置的谐振器（VCR ）进行分析。
对热效应进行了数值模拟和实验的研究。
我们目前对各种抽水和冷却方案进行比较后发现复合棒端面泵浦激光器提供最有效的冷却。
VCR被开发调控基本模式激光器的功率范围。
由于其能力作为法布里-珀罗谐振器，它克服了稳定性与传统的多棒谐振器相关的问题，并允许一个新的Q开关技术作为一种环形腔运行。
关键词：固态激光器，二极管泵浦激光器，光学谐振器，热透镜效应，热致双折射。
1.介绍二极管泵浦固态激光器，有着广泛的工业和科学应用。
二极管激光器价格的不断下降，应用正在扩展到高功率范围。
此外，泵浦方式的改善使二极管激光辐射高效和紧聚焦到激光材料。
由于大量吸收功率，这将导致强烈的局部加热。
因此，在固态激光材料的热效应已经获得了相当高功率，半导体激光泵浦全固态激光器作为一个发展中的关键问题的重要性被提高。
选中激光材料后，热效应只与冷却的方法有关，然后必须采用适当的谐振器设计。
我们在下面的实验和数值调查报告二极管激光的热效应泵浦全固态激光器和特殊的光学谐振器的发展。
热透镜效应和应力引起的双折射用于比较四种不同的冷却技术。
完全验证的数值有限元（F日代码，它也适用于区分不同的热透镜效应的贡献-比如弯曲的表面和折射率变化与温度和应力性曲折分析高功率激光器的功率调整的极限。
bbo晶体的热透镜效应
bbo晶体的热透镜效应一、引言BBO晶体是一种非线性光学晶体，在非线性光学领域有着广泛的应用。
其中，热透镜效应是BBO晶体的一种重要特性，对于实现高功率激光系统及其它相关领域具有重要意义。
二、BBO晶体的基本特性1. BBO晶体的结构和物理特性BBO晶体是一种双折射晶体，属于非中心对称晶系。
其化学式为β-BaB2O4，具有高透明度、高耐热性和优良的非线性光学特性。
2. BBO晶体的非线性光学特性BBO晶体具有优异的非线性光学特性，包括二次谐波产生、差频产生、和频产生等。
其中，二次谐波产生是最常见的应用方式。
三、热透镜效应的基本原理1. 热透镜效应的定义热透镜效应指在高功率激光束作用下，由于吸收能量而导致介质温度升高，从而改变了介质折射率分布，使得激光束在介质内传输时发生自聚焦或自散焦的现象。
2. 热透镜效应的基本原理热透镜效应的基本原理是介质中吸收激光束能量导致温度升高，从而改变了介质的折射率分布。
当激光束通过介质时，由于折射率分布的不均匀性，会产生自聚焦或自散焦现象。
四、BBO晶体的热透镜效应1. BBO晶体的热透镜效应机理BBO晶体在高功率激光束作用下，会吸收一部分能量导致温度升高。
由于BBO晶体具有双折射特性，在温度变化时其折射率也会发生变化。
这种折射率变化会导致激光束在BBO晶体内部发生自聚焦或自散焦现象。
2. BBO晶体热透镜效应的影响因素BBO晶体热透镜效应受到多种因素影响，包括激光功率、激光波长、BBO晶体厚度、入射角度等。
其中，激光功率是影响热透镜效应最主要的因素。
3. BBO晶体热透镜效应的应用BBO晶体的热透镜效应在高功率激光系统中具有广泛的应用。
例如，在激光聚焦、高功率激光器保护、激光加工等领域中都有重要作用。
五、结论总之，BBO晶体的热透镜效应是一种重要特性，对于实现高功率激光系统及其它相关领域具有重要意义。
未来，随着技术的不断发展，BBO晶体热透镜效应在更多领域中将得到广泛应用。
光纤热透镜效应
光纤热透镜效应光纤热透镜效应是指光纤在高功率光束作用下产生的热效应，从而改变光纤的折射率分布，进而对光束进行调控和控制的现象。
本文将详细介绍光纤热透镜效应的原理、应用和发展前景。
一、光纤热透镜效应的原理光纤热透镜效应是由光纤中的热效应引起的。
当高功率光束通过光纤时，由于吸收和散射，光纤内部会产生大量热量。
这些热量会导致光纤的温度升高，从而改变光纤的折射率分布。
由于光纤的折射率与温度有关，因此温度升高会导致光纤的折射率发生变化。
根据光纤的折射率变化，可以形成一个类似透镜的光学系统，即光纤热透镜。
光纤热透镜的焦距和聚焦能力可以通过控制光纤的功率和位置来实现。
通过调节光纤的功率和位置，可以实现对光束的聚焦、散焦和调制，从而实现对光束的控制。
光纤热透镜效应具有广泛的应用前景。
以下是几个典型的应用案例：1. 光纤激光切割：利用光纤热透镜效应可以实现对激光束的聚焦和调控，从而实现对材料的切割。
光纤激光切割技术具有高精度、高效率和无接触等优点，被广泛应用于金属加工、电子器件制造等领域。
2. 光纤光路调控：光纤热透镜效应可以用于调节光纤光路的聚焦和分散能力，从而实现对光信号的调控。
这在光通信系统中尤为重要，可以用于光信号的调制、放大和解调等功能。
3. 光纤传感器：光纤热透镜效应可以用于制造高灵敏度的光纤传感器。
通过监测光纤的热透镜效应，可以实现对温度、压力、形变等物理量的测量。
光纤传感器具有高灵敏度、远程传输和抗干扰等特点，被广泛应用于环境监测、医疗诊断等领域。
三、光纤热透镜效应的发展前景随着高功率激光技术和光纤技术的不断发展，光纤热透镜效应在科学研究和工程应用中有着广阔的前景。
以下是一些可能的发展方向：1. 高功率激光系统的优化：光纤热透镜效应对高功率激光的耐受能力有一定限制。
因此，研究如何优化光纤材料和结构，以提高光纤热透镜的功率承受能力，是一个重要的方向。
2. 新型光纤材料的研发：目前光纤热透镜主要使用的是硅光纤。
强激光积分变换镜的光学性能及相关热作用
Ｏ ｐｔｃ ｌ ｉ ａ Ｃａ ｂ ｌｔ ａｎ Ｒ ｅ ａ ｉ ｅ ｐａ ｉｉｙ ｄ ｌ ｔｖ Ｈ ｅ Ａ ｃ ｉ ｎ ａｔ ｔｏ ｏｆ Ｈ ｉ ｈ— ｗ ｅ Ｉ ｅ ａ ｉ ａ ｇ ｐｏ ｒ ｎｔ ｇｒ ｔｎｇ
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提高 使 用质 量 的必要 措施 。 关 键 词 ： 射 汁 算 ；激 光 与 物 质 相 互 作 用 ；激 光 热 处 理 衍 中 图 分 类 号 ： Ｎ２ ｒ ， ｆ １ ２ 文献标 识 码 ： Ａ
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ｇ ห้องสมุดไป่ตู้
文 章 编 号 ： ０ ５ ０ ８ （ ０ ２ ０ — ７ ７０ １ ０ —０ ６ ２ ０ ）８ ０ ６ — ６
（ ．Ｋ ｕｎｍ ｉ ｎ ｖｅ ｓｔ ｅ ｅ ａｎｄ １ ｎｇ Ｕ ｉ ｒ ｉｙ ｏｆＳｃｉｎｃ Ｆｅ ｈｎ ｏｇｙ， ｕｎｍ ｉ ６ ｃ ｏｌ Ｋ ｎｇ ５００ ９３， Ｃｈｉ ｎａ； ２．Ｈ ｕ ｌ ｎ Ｕ ｎｉ ｒ ｉｙ ｏｆ ａｚｍ ｇ ｖｅ ｓｔ
Ｓｃｅｎ ｅ ａ Ｆｅ ｈｎ ｏｇｙ。 ｕｈａｎ ３ ｉ ｃ ｎｄ ｃ ｏｌ Ｗ １ ００７１ Ｃｈｉ ａ） ， ｎ
Ｎ
强 烈 的 干 涉 及 衍 射 结 构 ． 射 光 束 分 布 及 工 作 平 面 位 置 的 选 择 对 变 换 结 果 有 显 著 影 响 。 于 导 热 性 能 较 入 对 好 的 材 料 ， 换 光 束 的 干 涉 和 衍 射 结 构 的 热 影 响 可 以 忽 略 。 Ｑ 配 置 与 积 分 镜 相 应 的 模 拟 汁 算 软 件 是 变 但是，
浅析磁流体激光热透镜效应及其应用
热，折射率梯度进一步加大，边缘折射率高，中心折射率低， 衍射图案圆环数量随之增加，直径变大；当到达一定时间后， 热透镜效应达到平衡状态，此时折射率分布趋于稳定，不再发 生变化，因此衍射图案不再发生变化。则有如下讨论：
（1）不同位置的衍射环形成并达到稳定的时间大致在束 腰前后呈对称分布，越靠近束腰位置形成并稳定的时间越短。 在沿光束传播上，光束光斑直径呈双曲线变化规律，在靠近束 腰处光斑越小，因此功率密度大，使得温度梯度和浓度梯度的 形成和稳定的速度较快。
引言 热透镜效应属于光热效应的一种，最常见的热透镜效应
产生原因是：当激光在介质中进行传输时，部分能量被介质吸 收，介质中沿激光传输的路径上产生热量，由于激光光束的能 量呈高斯型分布，所以介质温度呈横向梯度变化，从而引起介 质折射率的横向梯度变化，产生类似凹透镜的效果。对于热透 镜效应的应用的探索主要集中在化学试剂中痕量分析和激光器 性能改善方面，而在功能性材料的热透镜现象上的研究则相对 较少。本实验设计着眼于研究功能性米材料磁流体的热透镜 现象，尝试得出有关的实验规律。
2 实验装置设计 本实验采用单光束构型，氦氖激光器产生的激光同时充当
加热光束和探测光束，经过凸透镜之后入射到磁流体样品中， 并在远处放置观察屏观察。实际实验过程中为了避免重力对磁 流体样品的干扰，利用反射镜将激光偏折使其竖直入射到磁流 体样品中，样品为约50 μm厚的磁流体薄片，再由反射镜将光 束偏折为水平方向，投到观察屏上观察和记录，如图1 所示。
1 磁流体热透镜效应原理 磁流体的光吸收系数相对较大，对温度敏感，当一束功率
适当的高斯激光照射到磁流体样品时，样品会吸收激光的部分能 量，导致该区域温度上升，在磁流体的内部会形成由激光热能诱 导产生的温度梯度和浓度梯度变化，热传导和热扩散的总效果是 使磁流体内部的折射率沿着半径方向（垂直于高斯激光的传播方 向）呈现空间非均匀分布，类似一个凹透镜。磁流体微粒对入射 光线有散射作用，散射光线间由于光程差的不同，将在远场由于 光波叠加而形成同心圆状的热透镜效应衍射环[1]。
超强激光等离子体相互作用中EQD效应的研究
电子科技大学UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA博士学位论文DOCTORAL DISSERTATION论文题目超强激光等离子体相互作用中QED效应的研究学科专业物理电子学学号201211040618作者姓名田云先指导教师李建清教授分类号密级UDC注1学位论文超强激光等离子体相互作用中QED效应的研究（题名和副题名）田云先（作者姓名）指导教师李建清教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别博士学科专业物理电子学提交论文日期2018.04.04 论文答辩日期2018.06.05学位授予单位和日期电子科技大学2018年6月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。
Research on the QED Effect of Ultrahigh IntensityLaser-Plasma InteractionA Doctoral Dissertation Submitted toUniversity of Electronic Science and Technology of ChinaDiscipline: Physical ElectronicsAuthor: Tian YunxianSupervisor: Prof. Li JianqingSchool: School of Electronics Science and Engineering摘要人类对能源的急迫需求促进了新能源——聚变能的飞速发展，聚变能中的惯性约束聚变由于可控性、无污染以及原料成本低（海水中的氘氚）等优势受到国内外学者极其广泛的关注。
随着对惯性约束聚变研究的深入，脉冲激光的强度也在不断提高，特别是近年来激光关键技术——激光放大器技术的突破，使得目前最高激光脉冲峰值功率已经达到1022 W/cm2，并有望达到1023~1024 W/cm2甚至更高。
激光热透镜效应
激光热透镜效应你知道吗？激光热透镜效应就像是激光在材料里搞的一个小恶作剧。
当激光打到某些材料上的时候，材料就会因为吸收了激光的能量而变热。
这一热可不得了，就像热胀冷缩一样，材料的折射率就发生变化了。
这折射率一变啊，就好像在材料里突然出现了一个小透镜似的。
这小透镜可不像我们平常戴的眼镜那种规规矩矩的透镜。
它是激光带来的小意外。
有时候呢，这个热透镜效应会给我们带来些小麻烦。
比如说在一些激光实验里，我们本来想着激光按照我们设想的路线走呢，结果这个热透镜效应一捣乱，激光就走偏了。
就好像本来要去东边的路，结果因为这个意外的小透镜，拐到南边去了。
这可让那些做实验的科学家们头疼死了。
不过呢，这个热透镜效应也不完全是个捣蛋鬼。
要是我们能好好利用它，那也是个挺好玩的事儿。
比如说在一些光学检测里，我们可以根据这个热透镜效应产生的一些现象，来检测材料的一些特性。
这就像是把这个调皮的小效应变成了我们的小助手一样。
我还听说过一些关于激光热透镜效应特别酷的事情呢。
有一些研究人员啊，他们在研究新的光学材料的时候，就故意利用这个热透镜效应，看看材料会有什么样奇特的反应。
就像是在和这个效应玩一个猜谜游戏，看看材料到底隐藏着什么样的光学秘密。
从这个激光热透镜效应里，我们也能感觉到大自然或者说物理世界的神奇。
一个小小的激光，就能在材料里搞出这么多花样。
就好像是微观世界里的一场小闹剧，但是这场闹剧背后却有着很深的科学道理。
我们不能光看到它捣乱的一面，也要看到它可能给我们带来惊喜的那一面。
就像生活里有时候会遇到一些小意外，一开始觉得烦，可后来发现这个小意外能给我们带来新的机会或者启发呢。
这激光热透镜效应啊，真的是一个充满趣味又让人捉摸不透的小神奇现象。
你要是深入了解它，就会发现它就像一个有个性的小怪兽。
有时候它很调皮，有时候它又能给我们很多帮助。
总之呢，激光热透镜效应就是这么一个独特的存在，在光学的世界里占着自己的一席之地。
高功率激光谱合成系统中热效应的分析
高功率激光谱合成系统中热效应的分析随着科学技术的不断进步，激光技术在各个领域发挥了重要作用，并受到了广泛应用。
激光技术具有高能量、高精度、高速度等特性，在激光制造、激光加工和激光检测等方面有着重要的应用价值。
高功率激光谱合成系统由Pulse Position Modulator（PPM）驱动，其中包括多种激光器，如半导体激光器、氦氖激光、晶体激光等。
这样的复合激光源可以产生宽谱或窄谱，并且具有很高的能量和功率。
然而，这种复合激光源也存在一些问题，其中最大的问题之一是热效应。
在激光器的加热过程中，激光器会吸收大量的热量，从而导致激光器本身温度升高，使激光器的输出受到影响。
因此，对高功率激光谱合成系统中的热效应的分析变得尤为重要。
在对高功率激光谱合成系统中的热效应进行分析时，需要考虑激光器的特性、元件特性以及运行模式。
首先，针对激光器的特性和性能，关注激光器类型、激光功率、激光波长和激光脉宽等因素，这些因素会影响激光器内部温度及激光输出功率。
其次，关注激光器受控系统中元件的种类和数量，以及它们之间的热量传输关系。
最后，考虑激光器的运行模式，确定激光器的运行模式是否正确，以及激光器的散热系统是否合理。
另外，在高功率激光谱合成系统中，航空时间的变化也会对其热效应产生影响，航空时间间隔越短，激光器的负载也越大，从而会加剧其热效应。
此外，激光器负载的大小也会影响激光器的热效应，激光器负载越大，激光器表现出的热效应就越强烈。
因此，在高功率激光谱合成系统中，应尽可能避免热效应的发生。
为此，研究人员需要对激光器的功率、波长、脉宽进行理性调整，并且需要改善激光器的驱动系统，提高其运行稳定性。
另外，需要注意航空时间点的设定，避免航空时间间隔过短，使激光器受到过大的负载。
另外，需要改善激光器的散热系统，降低激光器内部温度，从而降低热效应的发生。
总之，对于高功率激光谱合成系统中的热效应，需要从激光器的特性、运行模式、航空时间的变化以及激光器的散热系统等角度，仔细分析热效应的发生原因，从而有效地避免热效应的发生。
激光对生物组织的热相互作用-概述说明以及解释
激光对生物组织的热相互作用-概述说明以及解释1.引言1.1 概述激光技术作为一种高度专业化的光学技术，不仅在工业领域得到广泛应用，也在生物医学领域有着重要的意义。
激光与生物组织之间的热相互作用是一个密切相关且具有挑战性的研究领域。
本文将探讨激光在生物组织中产生的热效应，并对其在生物医学领域的应用进行深入研究和讨论。
通过对激光热相互作用的深入探讨，我们可以更好地理解激光与生物组织之间的相互作用机制，为未来在医学诊断、治疗和疾病研究方面提供更多的启示和可能性。
1.2 文章结构文章结构部分将介绍本文的整体组织架构，包括各个章节的内容概要，旨在帮助读者更好地理解本文的主要内容和逻辑流程。
具体内容如下：本文主要分为三个部分，分别为引言、正文和结论。
在引言部分，将通过概述激光对生物组织的热相互作用、介绍文章的结构和阐明本文的主要目的来引入主题。
在正文部分，将详细介绍激光的定义与原理、生物组织对激光的反应以及激光在生物医学中的应用情况。
最后，在结论部分，将总结研究发现，讨论激光热相互作用的意义，并展望未来研究方向。
通过这样清晰的结构安排，读者可以更好地了解本文的组织结构，把握全文思路，更好地理解文章的内容和意义。
1.3 目的:本文旨在系统探讨激光对生物组织的热相互作用，通过对激光的定义与原理、生物组织对激光的反应以及激光在生物医学中的应用等方面进行深入的分析和论证。
通过本文的研究，旨在增进对激光与生物组织之间相互作用关系的了解，为生物医学领域的激光技术应用提供理论指导和实践参考。
同时，本文还将总结目前研究的进展和成果，探讨激光热相互作用在生物医学领域的意义，并展望未来的研究方向，为相关领域的学术研究和临床实践提供借鉴和启示。
通过对激光在生物组织中的热作用机制的深入探讨，有望为生物医学领域的激光治疗、生物成像、组织工程等方面的发展提供新的理论支撑和技术支持。
2.正文2.1 激光的定义与原理激光是一种特殊的光束，具有以下特点：单色性、相干性和高亮度。
激光和光选择性光热作用原理培训课件
激光和光选择性光热作用原理
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病例
激光和光选择性光热作用原理
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伊藤痣
与太田痣病理相似，多发生于躯干及四肢 部位。
激光和光选择性光热作用原理
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颧部褐青色痣
又称获得性双侧太田痣样斑，表现为对称 分布于双侧颧部、颞部、眼睑，群而又不 合的类圆形灰青色斑点，斑点间可见正常 皮肤，多见于30岁以下女性，病理表现为基 底层黑素细胞数量增加，真皮浅层散在或 弥漫分布长梭形黑素细胞，内充满褐色色 素颗粒
激光和光选择性光热作用原理
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黄褐斑
黄褐斑（chloasma）中医学称肝斑，目前认为黄褐斑可能与妊娠、口服避孕药、 某些慢性病的内分泌紊乱、某些药物、化妆品、遗传、微量元素、局部微生 态失衡（需氧G-杆菌增加）、肝脏疾病及紫外线等有关。
临床表现 对称分布于面部，以颧部、颊部及鼻、前额为主，偶见于颏和上唇部。 淡褐至深褐色斑，大小不一，边缘清楚或呈弥漫性，有时呈蝶翼状。 女性多见，多开始于妊娠期第2-5个月，分娩后来月经时即见消失。但也有发
一。
与日晒关系显著，夏季加重，冬季减轻。
激光和光选择性光热作用原理
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病例对比
激光和光选择性光热作用原理
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咖啡牛奶斑
咖啡牛奶斑
（cafe au lait spot）为遗传性皮肤病，色素斑处的黑色素细胞和角质形成
细胞内黑色素增多，黑色素细胞活性亢进，产生大量黑色素，形成咖啡
斑色素沉着。咖啡斑可谓多系统疾病的一种标志，如多发性神经纤维瘤、
静止期，激光只能作用于生长期之内 每次治疗间隔1-2个月 脱毛不是绝毛，最终效果是毛发减少，变细，变
稀，变成细小绒毛样
激光和光选择性光热作用原理
光纤热透镜效应
光纤热透镜效应光纤热透镜效应是指在光纤中由于光强分布的不均匀性导致的热效应。
光纤作为一种重要的信息传输介质，其在通信、医疗、工业等领域有着广泛的应用。
然而，在高功率光束传输过程中，光纤中的损耗和非线性效应往往会限制其传输能力。
光纤热透镜效应就是其中一种重要的非线性效应。
光纤热透镜效应的产生是由于光纤材料的热导率和热膨胀系数与环境温度有关。
当光纤中的光强分布不均匀时，光纤中的局部区域会吸收更多的光能，导致该区域的温度升高。
而由于热导率的存在，温度升高会导致光纤材料的折射率发生变化，从而改变了光束的传输特性。
这种光强分布引起的温度变化和折射率变化相互作用，就形成了光纤热透镜效应。
光纤热透镜效应对光纤通信系统的性能有着重要的影响。
首先，光纤热透镜效应会导致光纤中的模式耦合增加，从而降低了光信号的传输质量。
其次，光纤热透镜效应也会引起光功率的聚焦效应，使光纤中的光束聚焦于某一点，从而导致光纤的损耗增加。
此外，光纤热透镜效应还会导致光纤中的非线性效应增强，如自相位调制和光栅形成等。
为了减小光纤热透镜效应对光纤通信系统的影响，可以采取一些措施。
首先，可以通过优化光纤材料的性能来减小光纤热透镜效应的影响。
例如，可以选择具有较高热导率和较小热膨胀系数的材料制造光纤。
其次，可以通过控制光纤中的光强分布来减小光纤热透镜效应的影响。
例如，可以采用光纤光束展扩技术来均匀分布光束能量。
此外，还可以通过控制光纤的温度来减小光纤热透镜效应的影响。
例如，可以在光纤表面附加散热装置来提高光纤的散热能力。
光纤热透镜效应也可以应用于一些特定的领域。
例如，在激光加工中，可以利用光纤热透镜效应来实现对光束的精确控制。
通过控制光纤中的光强分布，可以实现对光束的聚焦和分散，从而实现对材料的加工和切割。
此外，在激光成像中，光纤热透镜效应也可以用于对光束进行调制，从而实现对图像的捕捉和传输。
光纤热透镜效应是光纤通信系统中重要的非线性效应之一。
它的产生是由于光纤中的光强分布不均匀所导致的热效应。
场镜热透镜效应
场镜热透镜效应场镜热透镜效应是指在光学系统中，由于热引起的折射率变化而产生的光学效应。
它是一种重要的热光学现象，在实际生活和科学研究中都有着广泛的应用。
我们来了解一下什么是场镜。
场镜是一种光学元件，它由两个或多个透明介质构成，其中至少一个介质的折射率与温度相关。
当光线通过这种介质时，由于温度的变化，介质的折射率也会发生变化，从而影响光线的传播。
热透镜效应是指当光线通过场镜时，由于温度变化引起的折射率变化，使光线的传播方向发生偏折的现象。
具体来说，当场镜的一部分受热时，其温度会升高，导致该部分的折射率发生变化。
由于光线在不同折射率的介质中传播时会改变传播方向，因此被热升高的部分产生的折射率变化会使光线偏折。
场镜热透镜效应的原理可以用光线传播的微分方程描述。
在一维情况下，光线的传播遵循亥姆霍兹方程。
考虑到热导率和热扩散系数对光线的影响，可以得到与温度相关的折射率变化。
这个变化可以通过光线的偏折角来表示，从而描述场镜热透镜效应。
场镜热透镜效应在实际应用中有着广泛的应用。
例如，在激光技术中，通过热透镜效应可以实现光束的自适应调整，从而提高激光束的质量。
此外，在光学系统中，通过控制场镜的温度变化，可以实现对光束的聚焦和偏折，从而实现对光学系统的控制和调整。
除了激光技术和光学系统，场镜热透镜效应还在其他领域得到了应用。
例如，在天文学中，通过研究大气层中的热透镜效应，可以帮助我们更好地观测和理解宇宙中的各种天体。
在地球科学中，场镜热透镜效应也可以用于研究地球内部的热传导和地质构造。
此外，在材料科学和化学工程中，场镜热透镜效应也有着重要的应用，可以帮助我们研究材料的热传导和相变过程。
场镜热透镜效应是一种重要的热光学现象，它通过热引起的折射率变化使光线发生偏折。
这种现象在激光技术、光学系统、天文学、地球科学、材料科学和化学工程等领域都有着广泛的应用。
通过研究和应用场镜热透镜效应，我们可以更好地理解和控制光的传播，推动科学研究和技术进步。
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第12卷 增刊强激光与粒子束V o l .12,N o .z 0 2000年11月H IGH POW ER LA SER AND PA R T I CL E B EAM S N ov .,2000 文章编号:1001-4322(2000)z 0-0095-03强激光作用下非热平衡状态光学元件的热透镜效应Ξ吴铁强, 王润文(中国科学院上海光学与精密机械研究所,上海820-211信箱201800) 摘 要: 研究了强激光作用下非热平衡状态光学元件的热透镜效应。
对在强激光作用下的光学元件的透射激光方向角进行了时序观测。
实验发现,光学元件在达到热平衡状态之前,其热透镜效应呈现某种波动起伏的特征,对此现象提出了初步解释,并指出其实际意义。
关键词: 热透镜效应;时序观测;非热平衡 中图分类号:TN 248 文献标识码:A 当强激光作用在光学元件表面上,光学材料不可避免存在热吸收过程并产生热透镜效应。
显然,无论是对于激光器谐振腔或是传输元件,这一过程都会导致光束质量发生变异。
我们知道,一台高功率激光器的工作物质在电、光或化学激励方式启动一般几秒钟后,谐振腔元件达到热平衡,这种热平衡状态对激光器输出特性的影响已有报道[1]。
本文内容则涉及强激光作用下的光学元件在达到热平衡状态前的热透镜效应的时序过程及其对透射或反射激光光束的影响。
不难理解,认识这种处于非热平衡状态的光学元件的行为特征,对于某些短时间工作的激光器(例如化学激光器及脉冲工作方式的激光器)或对其传输与功能光学元件,有着重要的实际意义。
1 实验测量系统 为对强激光作用下非热平衡状态的光学元件进行热透镜效应的时序观测,实验采用一台二氧化碳激光器作为加热光源,激光光束投射在测试样品上,利用一套F IZEAU 干涉测量系统记录样品表面形变,而同时让另一束氦氖激光通过该样品,观测透射光所发生的方向性的变化。
通过一台计算机控制的CCD 摄像装置时序抓拍干涉图像与氦氖透射光斑。
F ig .1 set up fo r m easurem ent 图1 测量系统光路图 测量系统光路如图1所示,干涉测量用的氦氖激光经过扩束系统变成约20mm 左右平行光束,通过部分反射的参考平面镜作用于45°测试样品上,反射光经零度折返与参考平面反射光发生干涉,通过采样反射镜投影于成像屏幕上。
另一路氦氖探测光束垂直入射,透过测试样品,采样后被一短焦距透镜会聚于同一屏幕。
二氧化碳加热激光透过探测采样镜作用在测试样品上,通过控制加热激光通路,确定加热时间间隔。
在计算机上安装了M I CROV IE W 图像采集卡并且自行编制程序,采用计算机控制的CCD 摄像机,以每秒25幅的速度按时序抓拍长达5～8秒的干涉及方向性表像图,进行比对研究。
Ξ收稿日期:2000208220; 修订日期:2000210228基金项目:国家863激光技术领域资助课题(41024)作者简介:吴铁强(19402),男,高级工程师,研究方向为激光技术与物理。
2 观测结果与讨论 1.图2展示了拍摄的测试样品的部分时序干涉图像,表明随着被加热样品热平衡的建立,在样品横截面上建立了中心对称的抛物线型的不均匀温度分布,样品产生了相应的径向不均匀膨胀变形,样品逐渐由一块平面镜转变为透镜面形,即所谓热畸变透镜现象。
F ig .2 Interference m easurem ent of the samp le图2 测试样品干涉图像 2.图3给出的是样品中心形变时序走向曲线,其形变值系由下式记算获得: △S S ×0.63 4co s 51°(Λm ) (△S 表示条纹位置最大偏离量;S 表示条纹间隔) 这一测量结果为今后可能进行的时序补偿工作提供了依据。
3.我们在回放所拍摄的干涉图像与透射光斑的时序变化过程时,发现透射光斑的大小明显跳动起伏,说明透过测试起伏,说明透过测试样品的氦氖光束的方向性总体上逐渐变差的同时,其中间过程并非是单调的,呈现时序起伏的特点,同时,相应的反映样品面形变化的干涉条纹在达到热平衡前亦抖动不止。
图4揭示了上述强激光作用下光学元件的性状特征。
4.以上第3点所阐述的对K 9玻璃的测量结果,对于锗、硒化锌等红外材料亦有所表现。
此外,经验表明其它一些激光器,例如氩离子、二氧化碳及化学激光器,在起动时也发现了类似现象。
迄今为止,我们尚未发现对这种现象的有关报导,而它对于某些短时间(如氧碘化学激光器,工作时间为4秒)或脉冲工作方式的强激光器,以及对非热平衡光学元件性能敏感的场合,存在着实际意义。
它有助于解释一些现象或需要设法克服其影响。
这一激光热透镜的不稳定现象可能蕴涵未知的机制,值得进一步探究。
5.当强激光加热光学元件时,存在两种导致激光方向性变差的机制,其中之一是因光学元件受热时会产生膨胀效应;另外一种因素是材料折射率随温度的变化。
对于前一种因素,元件边缘热传导冷却的情况,所产生的曲率半径R d 可由下式表示,R d =4k a (1+Τ)A I 0 其中k 为该基片材料的热导率;a 为热膨胀系数;Τ为泊松系数;A 为吸收系数;I 0为入射光强。
对于理想化的几何结构及正数d n d T ,由材料折射率随温度变化所产生的热透镜焦长f 则为,69强激光与粒子束第12卷F ig .3 T i m e Sequence figure of central disto rti on 图3 形变时序图F ig .4 Curve of unregular ti m e sequence fluctuati on of laser beam图4 激光束时序无规则起伏曲线f =2k A I 0(d n d T )其中d n d T 是折射率对温度的导数。
从以上二公式不难看出,增大入射光强I 0或增大材料的吸收系数可获得同样的实验结果。
同时还要指出,实际上由于热折射率变化引起的热透镜效应会大于材料热膨胀畸变产生的透镜效应,人们以往单纯对元件表面进行干涉测量不尽合理,我们给出的透射光束方向角的测量结果则能反映问题全貌。
鉴于以上对光学元件热透镜效应机制的探讨,我们初步把在光学元件达到热平衡前,透射激光方向角的波动起伏现象,归咎于不稳定的激光加热与材料热传导造成的元件表面温度分布起伏。
此问题有待进行更深入的分析研究。
3 结 论 综上所述,实验利用计算机控制的CCD 摄像系统以0.03秒的时间间隔,在5～8秒的时间范围抓拍强激光作用下或强吸收的光学元件表面干涉图像及其透射激光光斑,重复性极好地表明,在达到热平衡之前,该光学元件的热透镜效应并非单调地发展,存在持续的起伏波动特征。
由于在典型的光学元件中建立热平衡的时间常数一般为几秒,这一观测结果可以解释诸多高功率激光器起动时及传输过程所发生的光斑闪烁现象。
鉴于这种认识,可以选择或研制热膨胀系数低、热导率高、折射率随温度变化小的光学材料或者采用适当强制冷却措施对抑制上述不稳定的热透镜效应的影响是有益的。
参考文献:[1] D yson D J.R esonato rs fo r H igh Pow er CO 2L aser[M ].In:T he Physics and T echno logy of L aser R esonato rs .Edit .by H all D Rand Jackon P E .N ew Yo rk:I O P Publish ing L td .,1989:176～189.Therma l len si ng efect of optica l elem en t under powerful la serhea ti ng a t non -therma l equ il ib iru m sta teW U T ie 2qiang ,W AN G R un 2w en(S hang ha i Institu te of Op tics and F ine M echan ics ,A cad e m ia S in ica ,P .O .B ox 8002211,S hang ha i 201800,Ch ina ) ABSTRACT : T h is paper studies the therm al len sing effect of op tical elem en t under laser heating at non 2therm al equ ilib rium state .T he experi m en t of ti m e sequence ob servati on of laser o rien tati on angel fo r tran s m itting laser beam th rough an op tical elem en t under heating of pow erfu l laser has been carried ou t .It has been found that befo re therm al equ ilib rium to becom e estab lished in the elem en t ,its therm al len sing effect p resen ts a k ind of behavi o r of fluctuati on .T he au tho rs have also p rovided a p reli m inary exp lanati on fo r th is phenom enon and po in ted ou t its p ractical sen se . KEY WOR D S : therm al len sing effect ;ti m e sequence ob servati on ;non 2therm al equ ilib rium79增刊吴铁强等:强激光作用下非热平衡状态光学元件的热透镜效应。