空气中单个激光等离子体通道的形成条件

利用皮秒和飞秒激光研究了激光在空气中聚焦产生单个等离子体通道的条件.研究发现，能量为8—12mJ皮秒激光被焦距为15cm的透镜聚焦后，可以产生较为稳定的单个通道.通过横向纵向阴影成像分析发现，通道的管壁对聚焦产生的自发光具有箍缩作用，而通道内部却有利于光的传输.同时还发现，当采用短焦距透镜时，能量低于10mJ的飞秒激光在空气中较易形成单个等离子通道. 关键词： 等离子体通道 皮秒激光 飞秒激光 阴影成像     

飞秒激光光镊的理论研究

本文从理论角度论证了飞秒激光作为光镊光源的可行性，给出了飞秒激光作用时微粒所受力理论计算公式，并在此基础上给出了对应于不同参数的光镊稳定性图形。我们还进一步分桥了飞秒激光作为光镊光属相对于其他激光的特有性质。     

飞秒激光场中原子所受光学偶极力研究

通过求解全波矢布洛赫方程研究了两能级原子与飞秒超快激光脉冲的相互作用过程,计算了不同拉比频率取值下原子所受光学偶极力和粒子数布居随时间的演化情况,分析了光场失谐量对光学势分布情况的影响.研究发现:由飞秒激光场产生的横向光力的时间平均值并不等于零,而是随着拉比频率的增加呈现振荡的增大趋势;纵向光力的时间平均作用也并非是拉比频率的单调函数,而是随着拉比频率的增加呈现周期性的振荡分布特性;光学势的分布对光场的失谐量具有明显的依赖性,随着失谐量的变化,光学势的性质也随之发生了改变.     

利用棱镜减小自衍射信号光角色散的研究

自衍射效应在飞秒激光领域有非常重要的应用,如提高飞秒脉冲的时域对比度、作为自参考光谱干涉脉冲测量法的参考光、作为频率分辨光学开关法的信号光等.然而,具有较宽光谱带宽的飞秒激光在自衍射效应过程中产生的信号光存在明显的角色散,这给自衍射效应的应用带来不利影响.本文研究发现通过在自衍射效应的一个光路中加入等腰直角棱镜,当到棱镜的入射角为23fi时可以明显地减小飞秒激光脉冲自衍射信号的角色散.这就为以后将自衍射效应更好的应用到飞秒激光脉冲的研究提供了有用的参考.     

基于光学-微波同步的低噪声微波产生方法

低噪声微波在冷原子光钟、光子雷达、大科学装置远程同步等领域具有重要的应用价值.本文介绍了一种基于光学-微波相位探测技术的低噪声微波产生方案,利用光纤环路光学-微波鉴相器,将超稳激光的频率稳定度相干传递至介质振荡器.实验采用梳齿相位参考至超稳激光的窄线宽掺铒光纤飞秒光学频率梳,结合光纤环路光学-微波鉴相器和精密锁相装置,将7 GHz介质振荡器同步至光频梳重复频率的高次谐波,同步后的光脉冲序列与微波信号的剩余相位噪声为–100 d Bc/Hz@1 Hz,定时抖动为8.6 fs [1 Hz—1.5 MHz];通过搭建两套低噪声微波产生系统,测得7 GHz微波的剩余相位噪声为–90 d Bc/Hz@1 Hz,对应的频率稳定度为4.8×10^–15@1 s.该研究结果对基于光学相干分频的低噪声微波产生提供了一种新思路.     

对飞秒激光等离子体相互作用中横向箍缩的观察

用飞秒激光的Normaski偏振干涉法,对超短激光脉冲产生的等离子体膨胀过程进行了光学诊断,得到了有时间分辨的等离子体干涉图.发现飞秒激光等离子体在靶面平行的方向上出现了箍缩,使等离子体膨胀呈jet结构,这种箍缩现象是由自生磁场对等离子体的约束所造成. 关键词： 飞秒激光等离子体 光学诊断 电子密度分布     

简易自相关仪对飞秒激光脉冲宽度的测量

用自制的简易自相关仪测量了飞秒的光脉冲宽度,测量结果与理论结果基本一致,并在此基础上分析了一些实验中的光学器件对飞秒激光脉冲宽度的影响.     

飞秒激光

激光被视为神奇之光,自从1960年美国科学家首次研究出世界第一台奇特的新光源——激光器以来,这个神奇的小光点,给人类带来了福音,被广泛的应用于工业、农业、医疗卫生、通讯、军事、科研等许多领域,仅仅40年的时间,激光为人类做出了巨大的贡献. 近年来,科学家研究发现了一种更为神奇的光,被称为希望之光——飞秒激光.科学家预测飞秒激光将为21世纪新能源的产生发挥重要作用,为人类揭示微观世界和科学技术的突破性研究创造条件. 1 飞秒激光的特性飞秒(fs)激光是一种以脉冲形式运转的激光,持续时间非常短,只有几个飞秒,1fs=     

高功率高重复频率多波长飞秒激光系统的研究

以大模场面积光子晶体光纤飞秒激光系统为基频光源,利用非线性频率上转换的方法,获得了高功率高重复频率多波长的飞秒激光脉冲.理论分析并实验验证了聚焦透镜的焦距对倍频光横向模场分布的影响,透镜焦距越长,模场质量越好.在基频光平均功率为218 W,脉冲宽度为110 fs,重复频率为50 MHz的条件下,经过二倍频、三倍频和四倍频获得波长分别为520,347和261 nm的飞秒激光,其平均功率分别达105,47和214 W.二倍频和三倍频的转换效率分别为482%和216%,二倍频到四倍频的转换效率为20 关键词： 超快光学 紫外飞秒激光 频率上转换 光子晶体光纤激光器     

飞秒激光脉冲序列烧蚀硅的孔型质量研究

为了改善高能流密度飞秒激光的烧蚀质量,使用法布里珀罗腔产生子脉冲间隔在1～3 500 ps内连续可调的飞秒激光脉冲序列,系统探究了单个飞秒高斯脉冲与不同脉冲间隔的脉冲序列在硅上烧蚀的孔型质量。实验结果显示,子脉冲间隔在50～100 ps范围内时,孔边缘的冠状重熔物大大减少,其厚度仅为单个飞秒高斯脉冲的40%,周围基底几乎没有粘连的粉尘或热损伤痕迹,孔型品质因子数值从单个飞秒脉冲的0.52提升至0.89。本文报道的飞秒激光脉冲序列,基于后续子脉冲与喷出物的二次烧蚀原理,子脉冲间隔在50～100 ps范围内时,后续子脉冲能够最大程度的雾化喷出物,从而减少冠状重熔物与高温粉尘污染损伤,烧蚀质量得到改善。     

Efficiency factors of scattering,absorption, and backscattering of a femtosecond laser pulse train by a transparent spherical particle

Analytical expressions are derived for integral optical characteristics (the scattering, absorption, and backscattering efficiency factors) of aerosol particles irradiated by a femtosecond laser pulse train. The behavior of these integral characteristics attendant to variations of the particle size and pulse period-to-pulse duration ratio is investigated based on the results of numerical calculations. __________ Translated from Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Fizika, No. 3, pp. 33–36, March, 2008.     

Effect of the laser fluence on structural and optical characterization of thin CdS films synthesized by femtosecond pulsed laser deposition

CdS thin films have been grown on Si(1 1 1) and quartz substrates using femtosecond pulsed laser deposition. X-ray diffraction, atomic force microscopy, photoluminescence measurement, and optical transmission spectroscopy were used to characterize the structure and optical properties of the deposited CdS thin films. The influence of the laser fluence (laser incident energy in the range 0.5–1.5 mJ/pulse) on the structural and optical characterizations of CdS thin films has been studied. The results indicate that the structure and optical properties of the CdS thin films can be improved as increasing the per pulse output energy of the femtosecond laser to 1.2 mJ. But when the per pulse output energy of the femtosecond laser is further increased to 1.5 mJ, which leads to the degradation of the structure and optical properties of the CdS thin films.     

Amplitude to phase conversion of InGaAs pin photo-diodes for femtosecond lasers microwave signal generation

When a photo-diode is illuminated by a pulse train from a femtosecond laser, it generates microwaves components at the harmonics of the repetition rate within its bandwidth. The phase of these components (relative to the optical pulse train) is known to be dependent on the optical energy per pulse. We present an experimental study of this dependence in InGaAs pin photo-diodes illuminated with ultra-short pulses generated by an Erbium-doped fiber based femtosecond laser. The energy to phase dependence is measured over a large range of impinging pulse energies near and above saturation for two typical detectors, commonly used in optical frequency metrology with femtosecond laser based optical frequency combs. When scanning the optical pulse energy, the coefficient which relates phase variations to energy variations is found to alternate between positive and negative values, with many (for high harmonics of the repetition rate) vanishing points. By operating the system near one of these vanishing points, the typical amplitude noise level of commercial-core fiber-based femtosecond lasers is sufficiently low to generate state-of-the-art ultra-low phase noise microwave signals, virtually immune to amplitude to phase conversion related noise.     

First-principles electron dynamics control simulation of diamond under femtosecond laser pulse train irradiation

A real-time and real-space time-dependent density functional is applied to simulate the nonlinear electron-photon interactions during shaped femtosecond laser pulse train ablation of diamond. Effects of the key pulse train parameters such as the pulse separation, spatial/temporal pulse energy distribution and pulse number per train on the electron excitation and energy absorption are discussed. The calculations show that photon-electron interactions and transient localized electron dynamics can be controlled including photon absorption, electron excitation, electron density, and free electron distribution by the ultrafast laser pulse train.     

飞秒光频梳的任意长绝对测距

高精度测距在工业、航空航天、科学研究等方面都具有重要应用, 而不断发展的激光测距技术始终处于前沿研究领域. 本文研究飞秒光频梳绝对测距技术, 拓展光梳在长度测量领域的应用. 在利用脉冲激光进行任意绝对长度测量中常用到飞行时间法, 然而其测量分辨力受限于电子器件的带宽, 仅为毫米量级. 为克服这一缺点, 本文研究了光梳多脉冲序列之间的时间相干性, 结合多脉冲序列干涉法和飞行时间法提出了任意长绝对测距的方法, 搭建了基于改进型Michelson干涉原理的任意绝对测长系统, 通过同时测量多脉冲序列的一阶和二阶互相关信号, 可以分别计算出飞行时间的时间差, 即可得到被测距离. 利用光梳作为光源进行了0.6m的绝对测距实验, 将测量结果与高精度激光位移传感器的测量值进行比较, 实验结果表明本系统具有良好的测量线性度, 并且测距精度可达±0.5μm. 关键词： 飞秒光频梳 任意长绝对测距 飞行时间法 多脉冲序列干涉法     

光学薄膜激光诱导损伤机理研究

基于电子密度演化模型,借助数值方法,研究了飞秒激光作用下光学薄膜内的电子密度演化过程,讨论了初始电子密度Ni和激光脉冲宽度τ对光学薄膜激光损伤阈值Fth的影响,分析了激光诱导薄膜损伤过程中MPI和AI的性质和作用.研究结果表明,对应于一定的脉宽,存在一个临界初始电子密度,当Ni低于这一临界密度时,Fth不受Ni影响;当Ni高于临界密度时,Fth随Ni增加而降低.临界初始电子密度随着脉宽的减小而增加。对于FS和BBS介质薄膜,Fth随脉宽的增加而升高。初始电子密度Ni对BBS中的MPI和AI基本没有影响;同样Ni对FS中的AI基本不产生影响,但当Ni>1011 cm－3时,FS中MPI电子密度随Ni增加而降低.在所研究的脉宽范围τ∈［0.01,5］ps,AI是FS介质激光诱导损伤的主要机制.而对于BBS,当脉宽τ∈［0.03,5］ps,AI是激光诱导损伤的主要机制;当脉宽τ∈［0.01,0.03］ps,MPI在激光诱导损伤中占主导地位.     

激光导致水击穿和等离子体形成过程的物理分析

对短脉冲激光作用水介质中引起光学击穿的机制进行了分析,通过自由电子密度速率方程的数值解确定激光的击穿阈值.将数值计算结果与波长在可见光和近红外波段,脉宽为ns、ps和fs的激光脉冲在纯净水和含有杂质的水中的实验测量的击穿阈值作了比较.还计算了等离子体中自由电子密度的演化、等离子体吸收系数和能量密度.通过解自由电子密度速率方程得到结果与实验测量的值符合得很好.