在激光技术出现后不久，人们在研究某些液态介质内的受激拉曼散射与受激布里渊散射效应时，发现一些与理论预计不符合的反常现象。首先，当入射光强远小于理论预计的阈值光强时，就已经能观察到很强的受激散射光；其次，实际受激散射光的增益作用远大于理论预计值。为解释这种现象，只能假设入射激光束的光强（功率密度）在散射介质内得到增强，而这只能靠光束截面的缩小来实现。为弄清这一问题，人们很快做了一些判断实验，对入射光束在不同传输距离处的截面进行照相记录，结果证明了的确存在着光束截面在介质内逐渐收缩的现象，并把这种现象称为强光的自聚焦或自陷效应。几乎同时，在另一类现象中也发现到自聚焦效应：功率或能量密度超过一定水平的强激光束，通过像玻璃、青玉这类透明固态光学介质时，会在介质内引起一系列由细微的破坏小点所组成的“丝状破坏通道”。进一步研究表明，固体的这种“丝状”破坏，也是由光束自聚焦或自陷效应引起的。
激光技术出现前，人们利用各种光学元件（如不同的透镜）来改变和控制光束的空间参量（如截面和发散角）。这种控制作用的原理，是基于光束不同截面部分的光在通过光学元件（透镜）时所经历的光程长度不相同；在这些元件中，材料的折射率分布是均匀的，光程的不同是由元件的几何厚度不同所决定的。如果一准平行普通光束通过一块平行平面玻璃板，由于光束不同部分经历的光程长度相同，光束的空间参量不发生改变。
现假设一束足够强的准平行激光束入射到一平行平面光学介质板中，尽管光束不同截面部分的光所通过的几何路程是一样的，但由于强光与介质相互作用的结果，有可能使介质折射率发生不均匀的变化，从而使不同截面部分的光所经历的光程长度彼此不同，有可能使介质对入射光束的作用等价于一光学透镜，或者等价于更复杂的成像或波导系统等［1～3］。
设入射光可表为按z轴方向传播的准平行线偏振单色光束：
进一步假设所考虑的介质为各向同性介质，可认为三阶非线性电极化效应后的折射率的感应变化量与入射光强成正比。若入射光束横截面内的光强分布不均匀，则由它所引起的介质折射率感应变化在光束截面内的分布也不均匀，有
式中，n2为介质非线性折射率系数，
为介质的有效三阶电极化系数。如果进一步假设光束横向光强分布具有圆对称性，则横向折射率变化可改写为
式中，r为光束横截面内的径向变量。(www.xing528.com)
一般实际情况下，横向光强随r的增大而减小，则这样一种光束在非线性介质传播过程中，其光束截面沿z轴方向上的变化可能呈现出如图6-1所示的几种典型形态。图6-1（a）为弱光入射或在线性介质内传播的情况，光束因衍射作用而自然发散；图6-1（b）为强光入射并在n2＞0的非线性介质内产生自聚焦的情况，此时介质起一个等价正透镜的作用，光束聚焦在某一点后再发散；图6-1（c）为强光束在n2＞0的非线性介质内产生自陷的情况，其特点是光束在聚焦后不再发散，而以细丝束（filament）方式在非线性介质内继续传播；图6-1（d）表示强光束在n2＜0的非线性介质内产生自散焦的情况，此时介质起一个等价负透镜的作用，光束在传播过程中迅速扩散。
图6-1 具非均匀横向光强分布的准平行光束通过介质传播时的几种可能形态
（a）自然发散；（b）自聚焦；（c）自陷；（d）自散焦
图6-2给出了在如图6-1所示4种情况下，光束轴上中心光强随介质内传输距离的变化，由图可以看出，产生自聚焦或者自陷时中心光强可显著增大，从而容易产生一系列其他的强光光学效应（如受激散射等），甚至通过光致击穿等过程引起光学介质本身的破坏。
众多实验研究结果表明，在无共振作用的条件下，一般光学透明介质中由三阶非线性电极化效应所决定的n2，在可见和近红外光谱区域取正值，因此可以在适当条件下，直接或间接观测到强光束的自聚焦或自陷效应。此情况下，产生折射率变化的具体物理机制，可分别是电子云畸变、电致伸缩、液体分子再取向或者它们之间的组合。
图6-2 与图6-1所示4种情况对应的光束中心（轴上）光强随介质内传播距离的变化
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