激光脉冲在氧气中传输受到高阶克尔效应非线性折射率变化的影响

摘 要： 强飞秒线性和非线性效应会影响强飞秒激光脉冲在氧气中的传输，非线性高阶克尔效应对其影响尤为重要。针对在氧气中的飞秒激光传输基于一个二维轴对称激光传输模型进行数值模拟，研究了激光在氧气中传输受到高阶克尔效应非线性折射率变化的影响。

关键词： 非线性折射率； 激光脉冲传输； 高阶克尔效应； 传输模型

中图分类号： TN24⁃34； E963 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2015）03⁃0135⁃02

Influence of varied nonlinear refractive index of high⁃order

Kerr effect on laser pulse′s propagation in oxygen

FU Jian⁃sheng， WANG Le

（Institute of Electromagnetic Field and Microwave Technology， Southwest Jiaotong University， Chengdu 610031， China）

Abstract： The intense femtosecond linear and nonlinear effect can affect the propagation of intense femtosecond laser pulse in oxygen. The high⁃order Kerr effect plays an important role in these effects. The numerical simulation of a 2⁃D axisymmetric laser propagation model was performed for the propagation of intense femtosecond laser pulse in oxygen. The impact of the varied nonlinear refractive index of high⁃order Kerr effect on the femtosecond laser pulse′s propagation in oxygen is investigated.

Keywords： nonlinear refractive index； laser pulse propagation； high⁃order Kerr effect； propagation model

0 引 言

线性和非线性效应的影响会使强飞秒激光在气体中传输时的脉冲缩短、分裂和激光成丝。在强飞秒激光受到的非线性效应影响中，高阶克尔效应起着重要作用。对于高阶克尔效应的研究，国内外正处于研究阶段[1⁃4]。在高阶克尔效应中，各项非线性折射率与光强的关系表述公式为：[ΔNkerr=n2I+n4I+n6I+n8I+…。]其中：[I]为激光光强；[n2，][n4，][n6，][n8]非线性折射率系数，[n2，][n6]的作用会使激光产生聚焦现象，[n4，][n8]的作用会使激光产生散焦现象。早期人们在研究激光的传输特性时，通常只考虑[n2，]随着Loriot等人测量出在氧气中的高阶指数方面的非线性折射率系数[5]，最近几年人们又开始关注高阶克尔效应的影响。

本文通过改变高阶克尔效应各项非线性折射率的系数来研究其对强飞秒激光脉冲在氧气中传输的影响。文中描述了激光传输模型，并给出了数值仿真结果。

1 激光传输模型

在此使用一个包含了线性和非线性效应的二维轴对称激光传输模型方程[6]：

为了说明这三种情况下非线性折射率系数对激光传输的影响之间的差异，分别从光束直径随传输距离的变化和在不同传输距离时轴上光强的时间分布这两个方面进行了研究。

图1所示为三种不同情况下激光束腰直径随传输距离的变化，由图可以明显的看到，第一种情况的束腰直径在3 m的传输距离内经历了减小、不变、和扩大的三个阶段，但是第二种情况还在保持不变，而第三种情况还处在减小阶段。

3 结 论

本文通过改变高阶克尔效应各项非线性折射率系数研究其对激光在氧气中传输特性的影响，发现虽然高阶克尔效应各项非线性折射率系数变化不是很大，但是对于激光在氧气中传输的特性却有很大的影响。这一结论可以作为人们以后在研究高阶克尔效应对激光传输特性的影响选用非线性折射率大小时的参考依据。

参考文献

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