紧聚焦大带宽激光脉冲的高效并行建模

利用电磁场的 Stratton-Chu 积分表示法，研究了由高数值孔径反射镜聚焦的大带宽激光脉冲的时空特性。我们回顾了从 Stratton-Chu 表示法推导衍射积分的形式方面，并讨论了 Hadamard 有限部分在推导物理光学近似中的应用。通过分析该公式，我们表明，对于抛物面反射镜这一特定情况，描述焦点附近反射场的被积函数不具备衍射积分特有的强振荡特征。因此，这些积分可以使用简单高效的求积法进行评估，而无需采用专门的、成本更高的方法。我们报告了一种高效并行算法的开发，该算法可评估具有任意时间和空间依赖性的入射场的 Stratton-Chu 衍射积分。该方法的优势在于其输入是来自激光链的未聚焦场，这在实验上已知具有高精度。我们利用该方法表明，飞秒持续时间的线偏振高斯光束经高数值孔径抛物面反射镜反射后，会在主导场分量中诱导椭圆率并产生强烈的纵向分量。我们还估计，未来的高功率激光设施可能达到 $10^{24}\,\text{W/cm}^2$ 的强度。