Коротко — поведение определяется зависимостью показателя преломления от интенсивности, которую можно записать в простейшем приближении как
$$n(I)=n_0+n_{2}I.$$
При слабом освещении
- если фазовая сдвиг на толщине блока мал: $\Delta \varphi =\frac{2\pi }{\lambda }{n}_{2}IL\ll 1$, то среда практически линейна. Изображение дальнего объекта почти не меняется: передаётся с обычной геометрической рефракцией, возможны только малые систематические сдвиги фазы (единородный $\Delta \varphi$) и слабые аберрации при неоднородном n0. Контраст и резкость почти сохраняются.
При очень ярком освещении (большие $I$ или пиковые мощности)
- ключевой параметр — величина нелинейного фазового сдвига $\Delta \varphi$. При $\Delta \varphi \gtrsim 1$ доминируют нелинейные эффекты:
- Kerr‑линзирование (самофокусировка при $n_2>0$, саморасфокусировка при $n_2<0$). Для падающего пучка с поперечным масштабом $w_0$ тонко-линзовое приближение даёт эффективное фокусное расстояние индуцированной «Kerr‑линзы»
$$f\approx \frac{w_0^2}{4n_2{I}_{0}L}.$$ Это приведёт к локальному усилению/ослаблению яркости изображения и заметной деформации изображения.
- филетация/ручеобразование и модуляционная нестабильность — пучок распадается на «нить» (filaments), изображение превращается в набор ярких пятен/каустик.
- пространственная самофазовая модуляция → изменение волнового фронта, появление каустик, контрастных фрагментов и «шумоподобной» структуры (speckle), потеря разрешения и сильная аберрация.
- при длительном/постоянном освещении часто доминирует тепловая нелинейность: нагрев → изменение $n$ (тепловая линза), обычно медленнее, даёт сглаженную, радиально-симметричную деформацию изображения.
- при очень большой энергии возможны нелинейные потери, ионизация, оптическое повреждение — тогда изображение будет сильно искажено или блок станет непрозрачным.
Критические условия (приближённо):
- переход в сильно нелинейную область происходит при $\Delta \varphi \sim 1$, т.е. при $I\sim \frac{\lambda }{2\pi n_{2}L}$.
- для ультракоротких пиков важна критическая мощность самофокусировки, масштабно $P_{cr}\sim \frac{{\lambda }^2}{n_0{n}_2}$ (порядок величины).
Итог для изображения дальнего объекта:
- слабое освещение: почти линейная передача, изображение сохраняется (мелкие сдвиги/аберрации);
- очень яркое: появление нелинейной линзы, самофокусировки/филаментации, фазовых искажений → сильное размытие, локальные усиления/потери яркости, каустики и speckle; при длительном нагреве — тепловая линза и медленные искажения; при экстремуме — повреждение.