氩气中飞秒超强紫外激光成丝的实验研究

中心波长808 nm,脉宽70 fs的钛蓝宝石激光系统三倍频后产生的中心波长268 nm、带宽1.5 nm、单脉冲能量0.58 mJ的紫外超快激光光源经凹面镜聚焦后注入到样品池氩气中,由强场非线性效应诱导形成了等离子体通道,并对紫外激光脉冲光谱进行展宽.实验着重研究了268 nm波段的紫外激光成丝特点,以及在不同气体压强、聚焦长度、气体种类等条件下紫外光丝对光谱的调制作用.在2.2×105Pa氩气气压、焦距1000 mm条件下,可以获得光谱宽度3.3 nm,加宽为人射紫外脉冲的2.2倍.实验观察到压强和聚焦长度的增加都有利于等离子体通道的增加,有利于光谱展宽.紫外激光诱导的等离子体通道为在紫外波段内获得极端超快激光脉冲提供了有效的途径.     

基于“泵浦-探测”效应的等离子体通道中三次谐波增强与光谱分析

利用“泵浦-探测”非共线双等离子体通道方法实现三次谐波增强。泵浦光与探测光间的耦合作用能有效改善探测光光丝中的饱和效应,克服光强钳制对谐波强度增加的限制。实验中将两束能量分别为4.4和10.2 mJ、中心波长均为810 nm、脉宽均为60 fs的超短脉冲在空气中非共线聚焦,能各自形成光丝且产生微弱三次谐波。当强光在时域上超前于弱光时,强光会预先成丝形成等离子体通道,对后续弱光产生调制,使探测光产生的三次谐波强度明显增强。实验发现270 nm谐波能量增加的显著区域内频谱宽度出现振荡变化,当两光以27.3 mrad小角度相交于几何焦点前约15 mm,且探测光滞后约55 fs时,获得的能量增长倍率达到近70倍,对应谱宽约为5 nm。     

飞秒激光空气等离子体发射光谱的实验研究

对强飞秒激光聚焦在空气中所激发的等离子体的发射光谱进行了实验研究.结果表明,光谱特征表现为短波段(截至波长为340 nm)强烈的连续谱和长波段(波长在800 nm附近)强度相对较低的线光谱.在脉冲宽度(50 fs)保持不变而不断调节激光脉冲能量时,等离子体光谱形状的特征基本相似;当激光脉冲能量(1 mJ)保持不变而脉冲宽度从50 fs增加至500 fs和1 ps时,连续谱的峰值(500 nm)显得格外突出,并开始呈现出线光谱特征. 关键词： 飞秒激光 激光空气等离子体 发射光谱 线光谱     

空气中激光等离子体通道的三次谐波光谱特性研究

对不同条件下强激光在空气中形成等离子体通道的三次谐波光谱特性进行了研究。单脉冲能量12 mJ,脉宽30 fs,重复频率10 Hz,中心波长795 nm的飞秒激光脉冲经0.5 m焦距的凹面镜聚焦,在空气中形成了等离子体通道, 并在前 向观测到谱线半峰全宽（FWHM）为15 nm的三次谐波。随着脉冲啁啾的变化,三次谐波的光谱出现红移或兰移,当激光脉冲附带+1.3×105fs2的二阶色散时,三次谐波谱线红移且谱峰强度增长了两倍。同时 ,通过改变可编程声光色散滤波器（AOPDF）光谱调制的位置（Hole position）,三次谐波的光谱也发生频移。     

氮气中非共线双光丝诱导的轴向三次谐波调制的实验研究

采用等频非共线双光丝诱导的方法,在氮气中对轴向三次谐波光谱的调制进行了实验研究。其中光丝由中心波长820nm、脉宽70fs、重复频率10Hz、单脉冲能量分别为3mJ和7mJ的诱导光和激发光,经凹面镜非共线聚焦到氮气样品池中形成。实验中发现,当两束激光在时空交叠时,激发光束轴向三次谐波光谱的强度、中心波长和谱宽强烈地依赖于双光束间的时间延迟和气压。伴随延迟量的变化,实验中出现了光谱增强以及光谱加宽、变窄的现象。在氮气气压约为0.16MPa,诱导光束超前约20fs时,非共线双光束激发可使激发光轴向三次谐波信号强度提高约60倍,同时其谱宽由15nm加宽至25.8nm,频率带宽达100THz。     

束缚高压强气体中成丝的空心毛细管芯径对光谱展宽的影响

采用空心毛细管束缚强飞秒激光脉冲在高压强气体中产生的成丝时，空心毛细管芯径对光谱展宽有着重要的影响. 研究了空心毛细管束缚成丝时，空心毛细管芯径对光谱展宽的影响. 结果表明，在低能量(0.4mJ)入射时，光谱展宽主要由成丝引起，而在高能量(1.3mJ)入射时，空心毛细管起到光波导效应参与了光谱展宽. 当能量介于二者之间时，采用芯径较小的空心毛细管，可以获得更好的光谱展宽效果. 关键词： 毛细管 成丝 束缚 光谱展宽     

BBO晶体中级联非线性效应的实验研究

采用800 nm和400 nm两束飞秒激光脉冲在BBO晶体中同时满足相位匹配条件,产生差频、和频及其级联效应.实验运用了中心波长800 nm、重复频率10 Hz、脉宽60 fs及光斑直径7 mm的钛蓝宝石再生放大飞秒激光,输出约为10 mJ的能量以7:3分束.其中7 mJ光脉冲用一块非线性晶体BBO倍频至400 nm获得1.45 mJ能量,然后与另一束800 nm的3 mJ基频激光以非共线方式注入到另一块BBO中,在兼顾和频与差频的相位匹配条件下,即晶体对于和频与差频相位匹配状态同时存在少量失谐时,会同时产生267 nm与800 nm的和频与差频效应,新产生光波与原入射激光脉冲又经过进一步非线性混频作用,最终得到多达10余束可见、紫外的一维列阵.分析了此级联非线性效应的产生机理并讨论了入射光强度,啁啾,延迟等因素对级联效果的影响.     

激光脉冲能量对激光诱导铝合金等离子体物理特性的影响

为研究激光脉冲能量对激光诱导等离子体辐射特性和膨胀过程的影响,采用ICCD相机对不同激光脉冲能量激发的铝合金等离子体进行快速成像,并利用Boltzmann斜线法和Stark展宽法分析等离子体的电子温度和电子数密度随激光脉冲能量的演化规律.实验结果表明,激光诱导等离子体呈现明显的分层结构,等离子体的激发阈值约为3mJ,等离子体不同区域的面积随激光脉冲能量变化呈现不同的特征.当激光脉冲能量低于10mJ时,等离子体的分层结构不显著.激光脉冲能量从10mJ增加到100mJ过程中,等离子体电子温度从4 980K升高到7 221K,等离子体的电子数密度在1017 cm-3量级并随激光能量增加而增大且趋于饱和.     

掺镱硼酸钙氧钇飞秒激光器及在拉锥光纤中产生跨倍频程超连续光

跨倍频程超连续光谱的产生是光学频率梳系统中测量载波包络相移频率的关键.本文采用拉锥单模光纤作为非线性光谱展宽介质, 将半导体激光(LD)抽运的掺镱硼酸钙氧钇(Yb:YCOB)振荡器输出的飞秒激光耦合到该拉锥光纤中, 通过飞秒激光在光纤中发生的相位调制、四波混频等非线性效应将光谱展宽至超过倍频程的范围.振荡器输出的飞秒激光脉冲宽度为130 fs, 中心波长为1052 nm, 重复频率为76.8 MHz, 平均功率为620 mW, 耦合进单模拉锥光纤后获得了光谱覆盖范围从550 nm至1350 nm的跨倍频程超连续光谱, 最大输出平均功率为323 mW, 耦合效率达到52%.为进一步实现全固态飞秒激光光学频率梳提供了重要基础.     

超短激光脉冲在水中的非线性传输特性研究

基于扩展的非线性薛定谔方程及与其耦合的电子密度演化方程,理论研究了超短激光强脉冲在水中的非线性传输特性.理论模型综合考虑了衍射、正常群速度色散,多光子吸收、自聚焦及激光诱导产生的等离子体对光脉冲的自散焦效应.采用有限差分法模拟得到超短脉冲在传输过程中轴向上光功密度和等离子体密度的时空分布.系统分析了超短脉冲在水中传输的动力学过程,讨论了非线性自聚焦和等离子体自散焦效应在脉冲传输过程中的竞争关系.同时研究了不同入射激光能量,脉宽和聚焦条件对等离子体丝的时宅结构和脉冲能流横向分布的影响.该研究将有助于理解和推动超短光脉冲在激光医学、激光安全防护和水中激光加工中的应用.     

7 fs超快强激光驱动Ar原子产生支持单个阿秒脉冲的高次谐波连续谱

采用脉冲宽度为7 fs,脉冲能量为0.4 mJ的超快强激光脉冲与气体盒子中Ar原子作用获得了高次谐波截止区连续谱,并发现当驱动激光稳定在不同的载波包络相位时,高次谐波的谱结构、谱调制深度和连续谱的带宽都有很大区别。在某些载波包络相位时获得了平滑的连续谱,调制深度小于17%,连续带宽达10 eV,从而支持时域上获得变换极限500 as的单个阿秒脉冲。     

基于脉冲CO2激光锡等离子体光刻光源的极紫外辐射光谱特性研究

研究了不同条件下脉冲放电CO₂激光烧蚀平板锡靶产生的等离子体极紫外辐射特性, 设计并建立了一套掠入射极紫外平焦场光栅光谱仪, 结合X射线CCD探测了光源在6.5～16.8 nm波段的时间积分辐射光谱,得到了极紫外光谱随激光脉宽, 入射脉冲能量及背景气压的变化规律。实验结果发现：入射激光脉冲能量在30～600 mJ变化时,极紫外辐射光谱的强度随辐照激光脉冲能量的增加而增加, 但并不是线性关系, 具有饱和效应, 且产生极紫外辐射的脉冲能量阈值约为30 mJ,当激光脉冲能量为425 mJ时具有最高的转换效率,此时中心波长13.5 nm处2%带宽内的转换效率约为1.2%。激光脉冲半高全宽在50～120 ns范围内变化时, 极紫外辐射光谱的峰值位置均位于13.5 nm,光谱形状几乎没有什么变化, 但是脉宽从120 ns变到52 ns后,由于激光功率密度的提高,极紫外辐射强度也随之增强了约1.6倍。极紫外光谱的强度随背景气压的增大而迅速下降, 当腔内空气气压为200 Pa时, 极紫外辐射光子几乎被全部吸收,而当缓冲氦气气压为7×104 Pa时,仍能够探测到微弱的极紫外辐射信号,计算表明100 Pa的空气对13.5 nm极紫外光的吸收系数为3.0 m-1,而100 Pa的He气的吸收系数为0.96 m-1。     

皮秒级时间分辨超快高能脉冲激光光谱

介绍了一种利用光电摄谱法和条纹管相结合测量ps级时间分辨超快高能脉冲激光光谱的方法。论述了条纹相机工作原理和平面衍射光栅的分光原理,分析指出利用介绍的装置,可以实现波长300 nm ～1 600 nm、脉宽＞2 ps超快高能脉冲激光的光谱测量。采用1 054 nm超快高能脉冲激光器,实验得到了条纹像,对条纹像进行数据处理后得到测量光谱曲线,通过能量标定后,得到了超快高能脉冲激光器实际光谱曲线,验证了ps级时间分辨超快高能脉冲激光光谱方法。讨论了系统中耦合透镜组对光谱测量和光纤色散角对条纹图像的影响,论述了ps级时间分辨超快高能脉冲激光光谱的作用。随着条纹管制造技术的飞速发展,该方法可用于fs级激光光谱的测量。     

Direct Generation of Tunable UV Picosecond Laser Pulses Using Spectrotemporal Selection

ＤｉｒｅｃｔＧｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆＴｕｎａｂｌｅＵＶＰｉｃｏｓｅｃｏｎｄＬａｓｅｒＰｕｌｓｅｓＵｓｉｎｇＳｐｅｃｔｒｏｔｅｍｐｏｒａｌＳｅｌｅｃｔｉｏｎＮｇｕｙｅｎＤａｉＨｕｎｇ１）ＹｕｓａｂｕｒｏＳｅｇａｗａ（ＰｈｏｔｏｄｙｎａｍｉｃＲｅｓｅａ...     

高能量高转换效率355 nm紫外激光器

为了得到一种三倍频效率高达60%的355 nm脉冲激光器,采用曲率半径分别为2 m的凹凸高斯镜和9 m的平凹全反镜组合作为谐振腔,加以电光调Q,得到1 064 nm高光束质量激光输出,再将其进行行波放大,获得重复频率10 Hz、脉宽7.3 ns、单脉冲能量1.01 J的1 064 nm基频光输出。利用Ⅰ类相位匹配LBO晶体进行二倍频、Ⅱ类相位匹配LBO晶体进行三倍频以得到波长为355 nm的紫外光输出。通过二倍频和三倍频输出特性和非线性晶体参数的分析和实验调试,最终获得了单脉冲能量为608 mJ、脉宽为5.7 ns、线宽为2 nm的紫外激光输出。通过优化二倍频的转换效率,可使1 064 nm基频光到三倍频得到的355 nm紫外光的转换效率达60%。     

Spectral and temporal analysis of ultrashort ultraviolet pulses generated by high-intensity laser radiation in the atmosphere

We report direct spectral and temporal characterization of ultrashort ultraviolet (UV) pulses resulting from third-harmonic generation by high-intensity Ti: sapphire laser radiation in the atmosphere. The experimental technique implemented in this work enables the measurement of the pulse width and the chirp of the UV field, as well as the electron density of the plasma produced by laser pulses. The bandwidth of the third harmonic generated in our experiments by laser pulses with an initial pulse width of 45 fs supports transform-limited UV pulses as short as 30 fs.     

Generation of femtosecond vacuum-ultraviolet pulses

High power femtosecond pulses in the Vacuum Ultra Violet (VUV) have been generated through the nonlinear interaction of femtosecond KrF pulses with xenon and argon gas. Under near resonant two photon excitation of xenon by a femtosecond KrF laser, parametric four wave mixing processes lead to VUV pulses at 147 and 108 nm with pulse energies in the 10 µJ range. Tuning is demonstrated by mixing the KrF pulse with a 500 fs dye laser pulse at 497 nm, resulting in 165 nm emission. In argon, a three photon resonance leads to third harmonic generation at 83 nm and micro joule level pulses near 127 nm generated by a six wave mixing process. Since the spectra of the VUV pulses show an ionization-induced blue shift with increasing KrF laser intensity, the VUV pulses can be shown to have temporal duration less than the pulse width (450 fs) of the KrF laser. Blue shifting of the third harmonic of the KrF laser in argon is dominated by a reduction in the neutral gas density rather than by an increase in the electron density.