超短脉冲激光烧蚀绝缘体材料机理的耦合理论模型

基于电子能带理论,以动力论的Fokker_Planck方程为基础,从微观层次对超短脉冲激光烧蚀绝缘体材料的机理进行分析研究.源项中分别考虑了雪崩电离、多光子电离机制,并考虑了电子能量与散射机制对电子弛豫时间的影响.建立了绝缘体烧蚀机理的耦合数学模型,其计算的激光烧蚀临界能量密度阀值与实验结果很好的吻合.定量描述了超短脉冲激光对绝缘体材料烧蚀微观过程的影响.     

对超短脉冲激光与固体密度等离子体相互作用动力学过程的研究

结合Saha方程,建立了一个超短脉冲激光与固体密度等离子体相互作用的动力学过程中电子温度和电子密度随时间变化的简单模型.在降温过程中采用绝热膨胀模型,讨论了等离子体在绝热膨胀过程中的特殊性质,考虑了离子声速随温度的变化,推算了状态演化过程,得到了电离度随时间变化的演化规律. 关键词： 超短超强脉冲激光 固体密度等离子体 电离度     

一维氦原子非依次电离的经典模拟

利用经典系综理论研究了强超短激光脉冲作用下的（一维）氦原子的非依次电离过程．通过对先后电离的两个电子的平均库仑势能和距核的平均距离的动力学模拟发现：在脉冲长度不变的条件下,长波长和高强度的超短激光脉冲更有助于非依次电离的发生． 关键词：     

周期量级超短激光脉冲作用下导带电子的光吸收与碰撞电离

激光照射下光学材料的损伤过程中，导带电子的加热和碰撞电离是非常重要的过程，影响着导带电子的产生、晶格能量的沉积和破坏.分析了Drude模型的局限性，从经典力学出发求解了周期量级激光场中导带电子的运动方程，计算了导带电子的光吸收和碰撞电离，分析了激光强度、载波相位等对碰撞电离的影响. 关键词： 周期量级超短激光脉冲 导带电子 碰撞电离     

超短强激光脉冲激励甲烷团簇的内电离机理

采用三维粒子动力学模拟方法研究了甲烷团簇在超短强激光脉冲激励下的爆炸动力学行为,重点讨论了几种典型的内电离机理对团簇爆炸过程中离子的价态和动能的影响.研究表明,在激光脉冲强度比较小的情况下,团簇中的原子主要是在光场作用下通过隧道电离的方式发生电离.当激光场进一步增强时,势垒压低电离是电离的主要方式.在相同的较高激光强度下,团簇更容易通过势垒压低电离达到高的电离价态.团簇发生电离后,其内部库仑电场的点火电离效应和内部滞留自由电子的碰撞电离效应也将增强团簇的再次电离过程. 关键词： 超短强激光脉冲 甲烷团簇 内电离     

飞秒激光烧蚀石英玻璃的实验与理论研究

实验研究了800nm飞秒激光作用下石英玻璃的破坏机理和烧蚀规律，给出了破坏阈值与脉冲宽度的关系.发展了雪崩击穿模型，计算了材料的烧蚀阈值与脉冲宽度的依赖关系，烧蚀深度、烧蚀体积与脉冲能量的依赖关系，研究了导带电子的扩散对材料中激光能量的沉积、分布，以及材料的破坏阈值和烧蚀规律的影响. 关键词： 飞秒激光脉冲 破坏机理 石英玻璃 电子扩散     

短脉冲激光辐照下SiO2损伤微观机理简化模型

 从电子密度速率方程出发，建立短脉冲激光辐照下SiO₂材料中导带电子增长简化模型，计算了SiO₂中光致电离速率和电子雪崩速率，得到SiO₂激光损伤阈值与脉冲宽度的关系，计算分析了光致电离和碰撞电离两种电离机制在导带电子累积过程中的不同作用。结果表明：脉冲较长，碰撞电离几乎能提供全部的导带电子，激光损伤阈值与脉宽的0.5次方成正比；脉冲较短时，导带电子主要由碰撞电离产生，光致电离提供碰撞电离的初始电子，激光损伤阈值随着脉宽的减小，先增加后减小。     

静电场对强激光场非序列双电子电离的影响

利用半经典重碰模型计算并研究了He原子在强激光场与静电场的混合场下的非序列双电子电离过程. 由于静电场破坏了激光场电场的反演对称性，在平行于激光场偏振方向的He²⁺离子动量分布不再具有对称双峰结构. 由于超短脉冲具有相似的非对称性，研究静电场对原子在强场中非序列电离的影响，有助于分析超短脉冲非序列电离的过程，进一步了解非序列双电子电离的机理.     

静电场对强激光场非序列双电子电离的影响

利用半经典重碰模型计算并研究了He原子在强激光场与静电场的混合场下的非序列双电子电离过程. 由于静电场破坏了激光场电场的反演对称性,在平行于激光场偏振方向的He²⁺离子动量分布不再具有对称双峰结构. 由于超短脉冲具有相似的非对称性,研究静电场对原子在强场中非序列电离的影响,有助于分析超短脉冲非序列电离的过程,进一步了解非序列双电子电离的机理. 关键词： 非序列双电离 静电场 重碰 非对称性场     

线极化强激光与轻元素气体相互作用产生的电子剩余能

 对线极化超短脉冲强场电离进行了回顾和分析。对不同参数的超短脉冲、线极化强激光与轻元素气体靶相互作用产生的等离子体中电子剩余能进行了解析和粒子模拟(CIC)数值计算。考虑到强场线极化光产生的等离子体的高电离度和低电子温度的特点,采用了有别于通常计算逆轫致吸收的方法,用零温度近似计算逆轫致效应。CIC模拟计算强场与物质相互作用物理过程中还考虑了纵向电场效应。给出了强场线极化光与氦和氖元素气态靶相互作用的理论计算结果和相应的结论。     

Ultra-short laser ablation of dielectrics: Theoretical analysis of threshold damage fluence and ablation depth

A coupled theoretical model based on Fokker–Planck equation for ultra-short laser ablation of dielectrics is proposed. Multiphoton ionization and avalanche ionization are considered as the sources during the generation of free electrons. The impact of the electron distribution in thermodynamic nonequilibrium on relaxation time is taken into account. The calculation formula of ablation depth is deduced based on the law of energy conservation. Numerical calculations are performed for the femtosecond laser ablation of fused silica at 526 and 1053 nm. It shows that the threshold damage fluences and ablation depths resulted from the coupled model are in good agreement with the experimental results; while the damage thresholds resulted from the approximate model significantly differ from the experimental results for lasers of long pulse width. It is concluded that the coupled model can better describe the micro-process of ultra-short laser ablation of dielectrics.     

Analysis of the nonlinear absorption mechanisms in ablation of transparent materials by high-intensity and ultrashort laser pulses

The mechanisms of nonlinear absorption in transparent materials under irradiation with ultrashort laser pulses are considered theoretically. Nitride semiconductor, sapphire and others transparent dielectrics were investigated. The ablation threshold for these materials is within multi-TW/cm² range. The model was used based on the tunneling absorption under the irradiation by high-intensity ultrashort pulses in terms of the theory of ionization of solid in a field of strong electromagnetic wave. The effect of the energy gap of material on the threshold of laser ablation was adequately explained.     

初始电子密度对光学薄膜激光损伤机制的影响

光学元件的激光损伤问题是激光器件向高功率密度方向发展中必须认识和克服的问题.基于Forkker-Planck方程,研究了激光与材料相互作用时的雪崩电离机制、多光子电离机制以及联合两种机制的情况.雪崩电离的产生需要一定密度的初始自由电子存在,该自由电子可以是材料中原本就存在的,也可能是光电离产生的.着重分析了材料中的初始自由电子对材料电离机制的影响.结果表明,雪崩过程在激光作用一段时间后会达到一个稳定的电离阶段（以自由电子平均能量不随时间变化为特征,且此时雪崩电离为材料电离的主导机制）,该时间与光电离速率、材料中初始自由电子密度有关.材料中的初始自由电子可以在一定程度上掩盖光电离的作用效果.
关键词:初始电子;激光损伤;光电离;雪崩电离     

初始电子密度对光学薄膜激光损伤机制的影响

光学元件的激光损伤问题是激光器件向高功率密度方向发展中必须认识和克服的问题.基于Forkker-Planck方程,研究了激光与材料相互作用时的雪崩电离机制、多光子电离机制以及联合两种机制的情况.雪崩电离的产生需要一定密度的初始自由电子存在,该自由电子可以是材料中原本就存在的,也可能是光电离产生的.着重分析了材料中的初始自由电子对材料电离机制的影响.结果表明,雪崩过程在激光作用一段时间后会达到一个稳定的电离阶段(以自由电子平均能量不随时间变化为特征,且此时雪崩电离为材料电离的主导机制),该时间与光电离速率、材料中初始自由电子密度有关.材料中的初始自由电子可以在一定程度上掩盖光电离的作用效果.     

飞秒激光激发空气电离的阈值研究

报道在脉宽50fs—22ps,波长800nm脉冲激光作用下的空气电离阈值的研究结果.利用探测等离子体发光信号的方法,实验测量了激发空气电离所需的阈值激光强度.结果表明,当激光脉冲宽度从50fs增加到22ps时,阈值光强I_th从8.7×10¹⁴W/cm²下降到2.7×10¹³W/cm²;I_th经历了由迅速降低逐渐发展为缓慢降低的过程.在50fs—1p 关键词： 飞秒激光 阈值 多光子电离 碰撞电离     

超短强激光脉冲与H2＋相互作用研究：经典与量子计算的比较

用经典动力学和量子力学方法分别研究了Ｈ２＋在超短强激光场中的电离、离解和残存行为，得到了相似的结果：即在超短强激光脉冲作用下，Ｈ２＋的电离占优，但有限的量子计算低估了Ｈ２＋的离解几率；而经典处理则没有显示Ｈ２＋在超强场中的稳定化。另外，经典计算表明当核间距Ｒ伸展到一定范围时，Ｈ２＋的电离率最大。这符合量子计算中发现的电荷谐振增强电离（ＣＲＥＩ）现象。     

飞秒激光激发空气电离的阈值研究

报道在脉宽50fs—22ps，波长800nm脉冲激光作用下的空气电离阈值的研究结果.利用探测等离子体发光信号的方法，实验测量了激发空气电离所需的阈值激光强度.结果表明，当激光脉冲宽度从50fs增加到22ps时，阈值光强I_th从8.7×10¹⁴W/cm²下降到2.7×10¹³W/cm²；I_th经历了由迅速降低逐渐发展为缓慢降低的过程.在50fs—1p     

超强超短激光场有质动力电离产生极端非平衡态等离子体——一种新的强场电离模型

提出了极短脉冲超强激光 (相对论性 )与原子相互作用中的有质动力电离模型的新概念 ,并给出数值模拟结果。基于该电离机制 ,可以产生处于极端非平衡态的等离子体