圖1. 級聯作用下雙峰熱像的光路模型。

近期，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率激光物理聯合實驗室朱健強研究員和焦兆陽副研究員團隊在高功率激光裝置多種非線性過程級聯作用下的非線性熱像效應研究方面取得進展。相關成果以“Formation and mechanism of multiple peak hot images induced by the cascade effect of nonlinear frequency conversion and self-focusing”為題，發表于《光學快報》(Optics Express)。

已有研究表明，上游缺陷會在自聚焦介質下游的共軛面產生一個熱像，而在多塊介質級聯的條件下，甚至出現復雜多峰熱像現象。熱像的強度可達平均光強的數倍，是限制高功率激光器輸出能力的一個關鍵因素。熱像相關規律是整個驅動器設計的重要依據，而終端光學系統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律還尚未明確。

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)級聯作用;(b)單獨考慮頻率轉換過程。

圖3. 熱像特征隨物距的變化情況。(a)熱像所處位置;(b)熱像強度。

針對上述問題，團隊研究發現了非線性頻率轉換和自聚焦效應級聯作用導致的雙峰熱像新現象，尤其發現光束波長變換導致的熱像后移的新規律，并給出了雙峰熱像的軸向位置分布公式。其中級聯作用下產生的第一個峰源于頻率轉換效應，而第二個峰主要是自聚焦效應導致的。此外，級聯作用下一定范圍內熱像強度幾乎不隨物距變化的新現象，這可能導致傳統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中復雜非線性過程級聯下的熱像形成機理及演變規律，有助于優化終端光學系統光學元件的設計排布，減少元件損傷，對高功率激光裝置終端負載能力提升具有重要的意義。

相關研究得到國家自然科學基金、中國科學院戰略先導研究計劃等項目的支持。(高功率激光物理聯合實驗室供稿)

審核編輯 黃宇