超短脉冲电磁光束通过色散介质的相干、偏振和光谱特性研究

本项目将研究超短脉冲电磁光束通过色散介质的相干、偏振和光谱特性，这对超短脉冲理论和应用技术有重要的科学意义和应用价值。本项目将建立超短脉冲电磁光束在色散介质中相干、偏振和光谱的统一理论和处理方法，研究群速度色散、高阶色散和自相位调制非线性效应对超短脉冲电磁光束相干、偏振和光谱特性的影响，揭示相干诱导超短脉冲电磁光束偏振、光谱的变化规律，偏振对超短脉冲电磁光束光谱的影响，预测新的实验结果，给出超短脉冲电磁光束相干、偏振及介质色散对奇点光学新效应影响的物理机制，为探索超短脉冲电磁光束在强场物理、光纤通讯等领域中的新应用提供理论参考。

该项目建立了超短脉冲电磁光束在色散介质中相干、偏振和光谱的统一理论和处理方法，研究了群速度色散、高阶色散和自相位调制非线性效应对超短脉冲电磁光束相干、偏振和光谱特性的影响，揭示了相干诱导超短脉冲电磁光束光谱的变化规律、偏振对超短脉冲电磁光束光谱的影响。研究结果表明：(1)在时间域中，超短脉冲电磁光束在色散介质传输过程中光谱强度出现了“自聚焦”现象，并且“自聚焦”的焦点位置与入射脉冲参数和介质群速度色散有关，当光束传输距离较小时，随群速度色散的增加，焦点位置向左移动，当传输距离较大时，介质群速度色散对焦点位置影响不明显。在频率域中，超短脉冲电磁光束在色散介质传输过程中没有出现“自聚焦”现象。(2)不同色散程度影响偏振度的峰值，对比一阶色散和二阶色散，色散阶数越大，影响越明显，但更高阶的色散对偏振度的影响可以忽略不计。此外，与无色散的情况相比，色散使几何焦面上偏振度的峰值减小，而且色散阶数越高偏振度的峰值减小的越多。随着脉冲宽度的增大或时间相干长度的减小，色散对第一个偏振度的峰值影响越明显。色散也影响脉冲光束轴上点偏振度的大小，而二阶和高阶色散对轴上点偏振度的影响较小。(3)超短脉冲电磁光束和稳态光束的奇点光学效应具有一定的相似性，都是强度为零位置附近的位相奇异变化。高斯光束经过像散光阑透镜聚焦后，在焦面附近出现了位相奇点，这些位相奇点的位置与像散参数大小和光阑大小有关。随着光阑大小的变化，位相奇点出现“湮灭”现象或出现新的位相奇点，对于多模高阶的激光束的位相奇点，它的产生和湮灭依赖于激光模式和光阑截断参数。(4)自相位调制非线性效应对超短脉冲电磁光束相干、偏振个光谱特性的影响比较小。以上研究成果为超短脉冲电磁光束在强场物理、光纤通讯等领域中的新应用提供了理论参考。