飞秒平顶光束经微透镜阵列在熔融石英中的成丝及其超连续辐射

实验研究了平顶激光光束经微透镜阵列在熔融石英中成丝的演化以及超连续辐射的产生,并进一步与高斯光束的成丝和超连续辐射进行了对比研究.分别对这两种光束的多丝传输进行了横向和纵向成像.结果表明,使用平顶光束可以获得更为均匀的多丝分布,成丝的起点也更为一致;尤其重要的是,相对于高斯光束,平顶光束可以使用更高的入射激光脉冲能量而不会造成介质的损伤,从而可以获得更高脉冲能量和更高转换效率的超连续辐射.     

整形飞秒激光脉冲的成丝超连续辐射控制

飞秒激光成丝超连续辐射具有高强度和高时空相干性等优点,作为一种超宽带光源在很多领域都具有广泛的应用前景.本文提出一种结合微透镜阵列的空间调制和基于液晶空间光调制器的时域整形的飞秒激光脉冲整形方式,利用基于遗传算法的反馈优化控制,实现了飞秒激光在熔融石英中成丝产生的超连续辐射强度的调制,得到了在一定范围内光谱强度可控的超连续辐射光谱;光谱的能量密度可以从0.03μJ/nm调制到0.09μJ/nm,其能量密度变化达到了初始值的3倍.计算了典型迭代代数对应的整形脉冲时域包络,分析了超连续光谱随迭代代数的演化趋势,结果表明,脉冲包络的峰值强度和波形分布是影响超连续光谱展宽和强度的主要物理原因.     

飞秒激光离焦抽运熔融石英产生超连续白光的实验研究

利用飞秒激光在熔融石英介质中传输产生能量达数毫焦、波长范围覆盖400-900 nm 且光谱分布较为均匀的超连续白光,实验过程中将熔融石英介质离焦放置以避免被击穿. 研究了入射激光能量以及介质离焦距离对超连续白光特性的影响. 结果表明采用高能量的入射激光脉冲离焦抽运介质的方法能够有效避免介质 击穿损伤并提高超连续白光脉冲的能量输出.     

温度对飞秒激光脉冲在NaCl溶液中成丝产生的超连续谱的影响

利用飞秒激光脉冲在NaCl溶液中成丝,研究了溶液温度对飞秒激光成丝过程中产生的超连续谱的影响.发现在激光脉冲能量较低时,溶液温度对超连续谱的影响几乎可以忽略;而在激光脉冲能量较高时,随着NaCl溶液温度的升高,超连续谱呈现出被压缩的趋势.此外,在激光脉冲能量较高的情况下, NaCl中会产生大量的气泡.通过分析,得出了飞秒激光在溶液中成丝产生的气泡是影响超连续谱发射的主要因素.     

激光啁啾对激光等离子体细丝传输的影响

对不同啁啾状态下的飞秒激光在大气中的成丝过程进行了研究.实验研究发现成丝状况及其演化与初始激光脉冲的啁啾状态密切相关，适当的负啁啾有利于激光的成丝传输.当初始激光脉冲的啁啾量不断变大时，激光脉冲在大气中的成丝起点位置会逐渐变远.还研究了初始脉冲啁啾量对使用聚焦透镜产生的细丝的影响，发现其与自由传输情况具有相似的变化规律. 关键词： 飞秒激光等离子体通道 脉冲啁啾     

整形飞秒激光脉冲在熔融石英中的成丝控制研究

利用基于液晶空间光调制器的飞秒激光脉冲整形技术,对飞秒激光在熔融石英中形成等离子体丝的过程进行优化控制研究。实验结果表明:通过脉冲整形可以在固体介质中的指定位置产生等离子体丝。实现了整形脉冲在熔融石英中成丝起点的长距离可控移动,最大移动量达到5.4 mm。通过求解(3+1)维非线性薛定谔方程,对整形脉冲在熔融石英中的成丝过程进行理论模拟研究,得到了与实验一致的结果。研究结果表明:等离子体丝起始位置是由整形飞秒脉冲的中心峰值强度和包络分布决定的。     

空气飞秒激光成丝现象中产生的椭圆偏振单周期太赫兹脉冲

飞秒激光在空气中形成的等离子体细丝会辐射出太赫兹(THz)信号.实验利用1 mJ,800 nm,50 fs的飞秒激光脉冲产生等离子体细丝.应用光电取样方法探测了激光成丝现象中前向辐射的THz脉冲,得到了持续时间为0.1 ps、光谱峰值在1 THz左右的单周期THz脉冲.转动抽运光的偏振态,分析了电光取样信号的变化.通过比较实验数据和计算结果,证明了成丝辐射THz脉冲的偏振态为椭圆偏振态.     

飞秒激光成丝过程中由等离子体光栅引起的超连续谱增强与转移

在飞秒宽带激光脉冲成丝过程中, 由于双光束干涉效应而形成的空间等离子体光栅, 研究了空气中飞秒宽带激光脉冲成丝所产生的超连续谱增强效应, 并进一步观测到泵浦光脉冲成丝产生的超连续谱能量向较弱的未成丝的探测光脉冲转移, 有效拓展探测光脉冲带宽的新现象. 通过基于布拉格衍射特性的理论计算较好地解释了实验结果.     

单次飞秒激光脉冲在玻璃内部产生多次微爆的研究

在入射能量不同的情况下，用近红外飞秒激光脉冲在重钡火石玻璃（ZBaF15）内部产生了色心和微爆，在熔融石英的内部产生了多次微爆现象.实验表明：入射能量较高时，色心的中间会产生微爆；在松聚焦条件下，一个飞秒激光脉冲在透明介质内会激发多次微爆.基于飞秒激光脉冲在透明介质内的自聚焦效应和自由电子等离子体的自散焦效应，理论分析了多次微爆产生的原因；也讨论了飞秒激光脉冲诱导玻璃折射率改变的机理.     

飞秒激光脉冲诱导透明介质的非线性吸收和折射率改变轮廓研究

实验研究了飞秒激光脉冲诱导熔融石英的非线性吸收特性,利用激光诱导自由电子等离子体浓度取决于多光子吸收系数和入射光强的关系;数值模拟了激光诱导折射率变化区域的大小,结合非线性吸收机理和飞秒激光脉冲与介质的相互作用,解释了飞秒激光脉冲超精细加工不受衍射极限的约束,可实现纳米级加工的机理结果表明,电介质的电离能越大,飞秒脉冲诱导的折射率变化区域就越小,但要求的激光脉冲能量也越大;为飞秒激光脉冲超精细加工的材料和激光参量选择提供了理论依据.     

Formation of expanded smooth quasi-Bessel beam range due to the transformation of the Gaussian beam in absorbing axicon

The quasi-Bessel beam range produced by an absorbing axicon is investigated. It is shown that when an incident Gaussian beam is used, the absorbing axicon stretches (with respect to transparent axicon case) the uniform on-axis light intensity distribution length, as well as expanding the quasi-Bessel beam range. In addition, the peak of axial light distribution is shifted from the axicon tip. As a result any spatial modulation formed due to the bluntness of the tip is reduced close to the on-axis intensity peak, which becomes more smooth and uniform.     

部分相干光束照射的透镜轴棱锥获得均匀焦线

从部分相干光的交叉谱密度函数传输公式出发,推导了高斯谢尔模型(GSM)光束被球差透镜衍射后轴上光强分布的解析公式,并进行了数值模拟和物理分析。结果表明,具有一定束腰宽度和空间相干度的GSM光束经过负球差透镜聚焦后,可以获得轴上光强的均匀分布。通过改变GSM光束的束腰宽度和空间相干度来实现轴上光强均匀分布的方法很简单,转换效率高。     

基于轴锥镜对的高光能利用率激光通信天线性能分析

提出一种增加轴锥镜对的同轴反射式光学结构激光发射天线方案,通过对入射光束的光强重新排布,降低同轴反射式结构固有的中心遮拦造成的能量损失,提高光能利用率.运用衍射光学原理分析并模拟了单色高斯光束经过轴锥镜对后传播至天线光阑平面处的光场分布,比较了普通同轴反射式天线和高光能利用率天线在不同入射光束腰半径、不同线遮拦比下的发射光能利用率.结果表明:高光能利用率天线在线遮拦比0.1和0.25的情况下,通过合理调整入射光束腰大小,光能利用率分别可达到99%和96%以上,远高于传统的同轴反射式天线.分析了高光能利用率天线发射光束的远场光强分布,发现其进入接收天线口径内的光场可近似为平顶分布.     

Lens axicon illuminated by polychromatic Gaussian beams for generating uniform focal segments

In this paper, we investigate a lens axicon, which actually is a lens with spherical aberration, illuminated by a polychromatic Gaussian beam for producing an extended axial line image of a desired length and nearly uniform intensity. A numerical calculation is performed to investigate the dependence of the axial intensity distribution of the focal segment on the parameters of the incident polychromatic Gaussian beam. It is shown that, compared with monochromatic Gaussian beam illumination, the illumination of the polychromatic Gaussian beam may improve the uniformity of the distribution of the axial intensity, and this improvement in the uniformity of the axis intensity is strongly dependent on the spectral width of the incident Gaussian beam. Moreover, apodization with annular super-Gaussian amplitude distribution is employed to reduce the undesired oscillation of the axial intensity.     

Generation of 5 fs, 0.7 mJ pulses at 1 kHz through cascade filamentation

Two-cycle optical pulses with duration of 5 fs and energy of 0.7 mJ have been generated at 1 kHz by compressing the 38 fs laser pulses from a carrier-envelope phase (CEP) controlled Ti:sapphire laser system through a cascade filamentation compression technique. A simple and effective method is developed to suppress multiple filament formation and stabilize a single filament by inserting a soft aperture with an appropriate diameter into the driving laser beam prior to focusing, resulting in an excellent compressed beam quality. The good beam quality and potentially higher peak power make this ultrashort laser pulse source a significant tool for high-field physics applications.     

Design and Analysis of Diffractive Axicons for Gaussian Beam Illumination

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｒｅｃｅｎｔｌｙｔｈｅｒｅｈａｓｂｅｅｎｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅｉｎｔｅｒｅｓｔｉｎｄｅｓｉｇｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅａｘｉｃｏｎｓｔｈａｔｐｒｏｄｕｃｅａｆｏｃａｌｓｅｇｍｅｎｔｗｉｔｈｎｅａｒｌｙｕｎｉｆｏｒｍｏｐｔｉｃａｌｉｎｔｅｎｓｉｔｙａｌｏｎｇｔｈｅｓｙｓｔｅｍａｘｉｓｗｉｔｈｉｎａｓｐｅｃｉｆｉｅｄｒｅｇｉｏｎｂｅｈｉｎｄｔｈｅｅｌｅｍｅｎｔ[1～1 2 ] .Ｔｈｉｓｉｓｄｕｅｔｏｔｈｅｉｒｕｎｕｓｕａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａ…     

轴锥镜光强分布的角谱衍射数值分析法

针对理论上推导轴锥镜的衍射光场分布解析式较为困难,且用菲涅耳衍射理论分析时存在近轴近似及不能适用于近场衍射光场分析的问题,采用了严格遵从标量衍射亥姆霍兹方程的角谱衍射波前重建方法,对轴锥镜在单色和准单色高斯光波照射下的横向和轴向衍射光强分布特性,以及在单色均匀平面光波照射下的轴向衍射光强分布进行了数值计算和分析。结果表明,轴锥镜后单色光衍射光强分布在几何光束重叠的菱形区域内为近似无衍射贝塞尔光强分布,轴上光强沿光轴方向呈振荡变化,轴上光强分布规律与入射光波的垂轴横向光强分布有关;入射光的准单色性使得贝塞尔衍射条纹对比度略下降、轴上光强沿光轴方向振荡程度减小,但分布规律与单色光一致。     

Intense supercontinuum generation in the near-ultraviolet range from a 400-nm femtosecond laser filament array in fused silica

An intense supercontinuum(SC) in the near-ultraviolet range is generated from filamentation by focusing a 400-nm laser into fused silica with a microlens array(MLA). The spectrum of the SC is shown to be sensitive to the distance between the MLA and fused silica. In our optimal conditions, the near-ultraviolet SC can cover a range of 350-600 nm,where a bandwidth of approximately 55 nm above the 1μJ/nm spectral energy density and 20 nm bandwidth with tens ofμJ/nm are achieved. In addition, the energy conversion efficiency of the 400 nm laser for SC generation is further analyzed.A maximum conversion efficiency of 66% is obtained when the entrance face of fused silica is set around the focus of the MLA.