GLAD应用：高斯光束的吸收和自聚焦效应

概述
 

当一束强激光入射到介质中后，由于强光场与介质的非线性作用，使得介质的线性折射率上会叠加与入射光强相关的非线性折射率。当入射光束的光强呈现空间上的非均匀分布时，由此引入的非线性折射率也是非均匀的，这将使不同空间位置的光所经历的光程长度不同，即介质对入射光束的作用等价于光学透镜，从而导致光束的自行聚焦效果。

特别地，当入射光束强度沿垂直光轴的界面内呈高斯形时，且强度足够产生非线性效应的情况下，此时介质折射率的横向分布也是钟形的，从而对入射光束产生会聚作用，这就是高斯光束的自聚焦效应。

系统描述
 

本例重点展示了beer以及sfocus两个命令的使用，给出了经过吸收之后高斯光束的强度分布轮廓图，光束的吸收遵循比尔定律并且可能会出现自聚焦现象。研究发现，自聚焦效应会导致穿透剖面变窄，本例对比了以下四种情况：

（1）理想的高斯光束聚焦

（2）经过吸收之后的理想高斯光束聚焦

（3）经过吸收和自聚焦效应之后的理想高斯光束聚焦

（4）经过吸收和自聚焦效应之后的带有像差的高斯光束聚焦

图1.模拟示意图
 

模拟结果

图2. 初始理想高斯光束光强分布

图3. 理想高斯光束的成像切片

图4. 介质中存在吸收时理想高斯光束的成像切片

图5. 介质中存在吸收同时考虑自聚焦效应时理想高斯光束的成像切片

图6. 介质中存在吸收同时考虑自聚焦效应时带像差高斯光束的成像切片