近期，中國(guó)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)室在高功率激光傳輸中克爾效應(yīng)誘致非線性熱像效應(yīng)研究方面取得進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)了具有缺陷邊緣陡峭性依賴的多峰熱像的新現(xiàn)象，探明了其背后的機(jī)理和形成多峰的臨界條件。相關(guān)成果發(fā)表于《光學(xué)快報(bào)》（Optics Express）上。

熱像是由于非線性自聚焦效應(yīng)導(dǎo)致的局域光場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)，其峰值強(qiáng)度可達(dá)平局光強(qiáng)的數(shù)倍到數(shù)十倍，是限制高功率激光器輸出能力的一個(gè)關(guān)鍵因素。已有熱像研究表明，單一缺陷會(huì)在非線性介質(zhì)下游的共軛面上產(chǎn)生一個(gè)熱像，而在多個(gè)缺陷或者級(jí)聯(lián)非線性介質(zhì)的條件下，甚至?xí)霈F(xiàn)軸上多峰熱像。熱像的位置分布規(guī)律和光場(chǎng)增強(qiáng)程度是驅(qū)動(dòng)器安全設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，對(duì)系統(tǒng)鏈路中熱像的預(yù)測(cè)和規(guī)避具有極其重要的意義。

圖1 多峰熱像的光路模型。P1代表第一熱像平面，P2代表共軛面，P3代表第二熱像平面

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，即使是單塊非線性介質(zhì)作用下，單一缺陷也可在一定條件下產(chǎn)生雙峰熱像，能否產(chǎn)生雙峰結(jié)構(gòu)以及峰值強(qiáng)度大小表現(xiàn)出缺陷邊緣陡峭性的強(qiáng)烈依賴性。研究團(tuán)隊(duì)采用超高斯模型來(lái)模擬缺陷的邊緣陡峭性，仿真分析結(jié)果表明，硬邊衍射是雙峰熱像形成的主要原因，并給出了由缺陷尺寸和超高斯階次共同決定的雙峰熱像形成的臨界條件。單一缺陷誘致雙峰熱像的發(fā)現(xiàn)具有深刻影響，因?yàn)殡p峰的強(qiáng)度都足以引起光學(xué)元件損傷，而共軛面后第二峰的存在是被忽視的一個(gè)潛在威脅。該工作為非線性熱像的研究提供了一個(gè)新維度，研究結(jié)果對(duì)高功率激光系統(tǒng)中光學(xué)元件的缺陷評(píng)估、系統(tǒng)排布設(shè)計(jì)和終端負(fù)載能力提升具有重要指導(dǎo)意義。

圖2 橫向光場(chǎng)隨軸向的傳輸演變（a）超高斯缺陷，（b）高斯缺陷。紅色虛線代表熱像面位置

相關(guān)研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市自然科學(xué)基金、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)（A類）等項(xiàng)目的支持。