激光热自散焦效应：远场环形结构的解析

"激光热自散焦的远场环形结构" 激光热自散焦现象是光学领域中的一个重要概念，它涉及到光在高功率传输过程中的交互作用与物质的热效应。当高强度激光通过吸收介质时，光能会被介质吸收并转化为热能，导致介质温度升高，进而引起折射率的变化。这一变化会导致光线的传播路径发生偏转，产生所谓的热自散焦效应。 文章主要探讨了激光在吸收介质中传输时，由于热效应引起的光线偏转角度的公式。作者李淳飞通过对光线方程和热传导方程的分析，导出了光线在通过介质后偏转角度的计算方法。这个公式是理解热自散焦远场光强分布的关键，因为它揭示了光束如何因为热效应而发生非均匀的折射。 文章进一步解释了在远场中出现的环形光强分布是由光束横截面上不同位置发射的光线之间的干涉所形成的。当光束从束腰（光束最窄的部分）发出时，不同位置的光线在传播过程中会因为热效应导致的折射率变化而产生不同的偏转，这些光线在远场相遇时可能形成干涉环状结构。作者分析了不同入射光功率和束腰位置对光强分布的影响，指出存在一个产生环形结构的阈值功率，并给出了环数的计算公式。 此外，文章还提出了除了干涉型环状结构外，还存在一种由衍射效应产生的细环结构。这种细环结构的形成可能是因为光束在通过介质时受到的衍射作用，导致光强分布呈现出更精细的环状模式。 实验结果与理论分析的一致性证明了这些理论的有效性。这一研究对于理解和控制高功率激光在吸收介质中的传输，以及在光学器件设计、激光加工、光子学等领域都具有重要意义。例如，在激光切割、激光焊接等工业应用中，理解热自散焦效应有助于优化激光参数，提高加工质量和效率。而在光谱学和非线性光学研究中，这种效应也可能影响到实验结果的解释和分析。