超短激光脉冲在水中的非线性传输特性及其应用深度研究

本文主要探讨了超短激光脉冲在水中的非线性传输特性，这是超快光学领域的重要研究内容。研究者们采用了扩展的非线性薛定谔方程，这是一种数学模型，用于描述光在介质中的传播行为，其中考虑了多种非线性效应，如衍射、正常群速度色散、多光子吸收、自聚焦以及激光诱导的等离子体自散焦效应。这些效应共同作用于超短激光脉冲，影响其在水中的传播路径和形态。 通过有限差分法这一数值模拟技术，研究团队能够精确地模拟出在传输过程中，轴向上的光功率密度和等离子体密度随时间和空间的变化情况。这种模拟方法对于理解脉冲在水中的动力学行为至关重要，它揭示了非线性自聚焦（即脉冲因强度增加而聚焦）与等离子体自散焦（由激光引发的介质密度增加导致的聚焦减弱）之间的动态平衡。 论文深入研究了不同入射激光能量、脉宽和聚焦条件如何影响等离子体丝的时空结构，以及脉冲能流的横向分布。这些参数的改变会显著影响光脉冲在水中的行为，从而影响激光在医疗应用（如激光切割或光治疗）、激光安全防护以及水中激光加工中的性能和效率。 这项研究为理解超短光脉冲在复杂介质中的行为提供了理论基础，并且对于优化激光技术在特定环境下的应用具有实际意义。通过深入探究非线性传输特性，科研人员有望开发出更高效、更精确的激光处理技术，提升激光在现代科技领域的应用潜力。