利用到周期空间的映射优化计算短脉冲的紧聚焦

当脉冲式、少周期电磁波被 f 数小于 2 的光学系统聚焦时，其所含频率分量被聚焦到空间的不同区域，构建出复杂的电磁场结构。该结构的精确数值计算对于高强度激光-物质相互作用的分析、诊断与控制等诸多应用至关重要。然而，由于必须以足够高分辨率分辨远场与近场区以克服数值色散效应，有限差分方法的直接使用会对计算资源提出难以接受的高要求。在此，我们提出一种通过将球面弯曲远场区映射到周期空间来实现紧聚焦快速计算的步骤，在该周期空间中场可由无色散谱求解器推进。在许多感兴趣的情形下，该映射将运行时间与内存需求均降低约 10 倍，使得在台式机或超级计算机单节点上开展模拟成为可能。我们提供了带 Python 接口的开放源代码 C++ 实现，并展示了其在台式机上的使用，该例程可据此使用足以处理频谱跨数个倍频程脉冲的分辨率。所述方法可促进理论方案的稳定性分析、基于统计推断的研究，以及紧聚焦短激光脉冲实验的整体开发与分析。