自聚焦

自聚焦（self-focusing）是指某些材料受強光照射時，材料折射率發生與光強相關的變化。當照射光束強度在橫截面的分布是高斯形時（即鐘形），而且強度足夠產生非線性效應的情況下，此時材料（如CS2）折射率的橫向分布也是鐘形的，因而材料好像會聚透鏡一樣能會聚光束。

基本介紹

• 中文名：自聚焦
• 外文名：self-focusing
• 定義：材料折射率發生與光強相關的變化
• 學科：物理光學

定義

這種效應可以持續下去，一直到光束達到一個細絲極限為止。

原理

當一個強光場入射介質後，由於強場與介質的非線性相互作用，使得介質的折射率發生改變，即在原來的線性折射率之外又加上非線性折射率，這是光致非線性折射率現象。這種與光強有關的折射率可使光在介質中傳播時產生自聚焦及自相位調製（SPM）等現象。相應的極化率為 χ(3)(－ω;ω,－ω,ω)，形式與飽和吸收一樣，但因為光致非線性折射率對應 χ(3)的實部，所以自聚焦效應只與χ(3)的實部有關，而飽和吸收與 χ(3)的虛部有關。

假設一束足夠強的準平行光入射到一平行平面光學介質中，由於強光與介質相互作用的結果，有可能使介質折射率發生不均勻的變化，從而使不同截面部分的光所經歷的光程長度彼此不同，即使介質對入射光束的作用等價於一光學透鏡或者更複雜的成像或者波導系統等。

在大多數自聚焦實驗條件下，入射光束的光強橫向分布具有中間強而邊緣弱的規律。在光束截面中心區所引起的折射率增加量大，而邊緣區引起的折射率增加量小，從而使整個光學介質對入射光束而言呈現出正透鏡或者會聚波導的效果，這就有可能引起自聚焦(self-focusing)或自陷現象。反之，在某些特殊情況下（主要是吸收介質或有共振效應起作用的場合），介質折射率變化的非線性係數可能取負值。在同樣的入射光強分布下，介質對入射光束而言將呈現出負透鏡或發散波導的作用，從而可能引起強光自散焦(self-defocusing)或自發散效應。