超短光脉冲

本文系统地介绍了超短激光脉冲的产生方法、物理特性、脉宽测量技术、脉宽腔外压缩手段以及超短激光脉冲与物质相互作用时的非线性效应等物理问题及其发展。     

电子束泵浦KrF激光器进行超短脉冲的单束放大实验研究

 电子束泵浦KrF激光器口径大、泵浦率高，可直接用于进行超短脉冲激光的放大。用天光一号电子束泵浦KrF激光器进行超短脉冲激光放大，将超短脉冲激光放大到2~3J、1.2ps, 激光功率达到2TW。测量了石英窗镜中的非线性吸收系数和超短脉冲激光脉宽的变化。     

电子束泵浦KrF激光器进行超短脉冲的单束放大实验研究

电子束泵浦KrF激光器口径大、泵浦率高 ,可直接用于进行超短脉冲激光的放大。用天光一号电子束泵浦KrF激光器进行超短脉冲激光放大 ,将超短脉冲激光放大到 2～ 3J、1.2 ps,激光功率达到 2TW。测量了石英窗镜中的非线性吸收系数和超短脉冲激光脉宽的变化     

超短脉冲激光的脉宽测量

采用二次谐波相关技术，研制了一台可用于飞秒超短脉冲激光脉宽测量的光学相关仪。通过合理设计和选择分束、并束装置及光学延迟元件，获得了３：１曲线以及无背景相关曲线，实现了对超短脉冲激光脉宽的测量。     

超短强激光脉冲驱动等离子体波加速电子方案

随着超短脉冲激光技术的发展, 人们可以在台面尺度获得光强超过10¹⁸W/cm²、脉宽小于100fs的超短脉冲激光.超短脉冲激光很容易把静止的电子加速到兆电子伏的能量. 而更重要的是超短激光脉冲可以通过其有质动力激发大振幅的等离子体波(称为激光尾波场), 后者可以在毫米空间尺度把电子加速到上百兆电子伏的能量.文章将介绍激光尾波场加速电子的物理机制和方案、这个领域的最新进展、以及目前存在的问题.     

超短脉冲激光在均匀等离子体中的一维演化

研究了均匀等离子体中超短脉冲激光在传输过程中的脉宽、峰值功率随时间，空间变化的解析式，结果表明，对于２５ｆｓ左右的超短脉冲，由等离体色散引起的脉宽变长及峰值功率降低效应是明显的。     

超短脉冲激光照射下光栅Talbot效应的实验研究

理论上研究了超短脉冲激光照射下光栅的Talbot效应,得到了超短脉冲激光照射下光栅Talbot图像的性质.实验上采用严格的实验方法(频率分辨光学开关装置测量超短脉冲激光、反射式扩束系统对超短脉冲进行扩束)很好地验证了理论分析结果.理论分析和实验结果表明,超短脉冲激光照射下光栅的Talbot图像的对比度会显著下降,而且超短脉冲激光的脉宽越短,Talbot距离越大,Talbot图像的对比度会进一步下降.     

用于超短脉冲CO_2激光的半导体光开关理论建模与数值分析

本文开展了基于半导体光开关技术实现超短脉宽CO_2激光输出的物理机制研究。首先,在分析光生载流子过程及载流子复合扩散机制的基础上,引入直接吸收、俄歇复合、等离激元辅助复合以及双极扩散等物理过程,并基于Drude理论,完善了半导体光开关理论模型。其次,利用该模型对两级半导体光开关产生超短CO_2脉冲机制进行了数值模拟及分析,结果显示该模型与国外最新实验结果一致,表明了模型的合理性与正确性。最后,利用该模型分析了控制光脉冲宽度对两级光开关工作效率的影响,发现短的控制光脉冲更有利于精确、高效地截取出高质量的超短CO_2脉冲。本文研究证明半导体光开关法是实现超短CO_2激光脉宽可调输出的有效技术途径。     

光学莫尔晶格中超短脉冲的脉宽调控

具有莫尔角的光学莫尔晶格使能带平坦化，为激光超短脉冲的脉宽调控提供了新的思路。通过组合两种不同周期的光子晶格，构建3种人工合成莫尔角逐渐增大的光学莫尔晶格，实现了莫尔晶格能带的平坦化。通过理论分析莫尔晶格的能带色散，发现人工合成莫尔角较大的莫尔晶格具有丰富的群速度色散，这导致了脉宽的剧烈变化。实验上，使用自相关仪测量了超短脉冲经莫尔晶格后的脉宽。在理论和实验上证明了莫尔晶格对超短脉冲脉宽的精准调控。提出的莫尔晶格对激光脉冲压缩器件的研究具有重要意义。     

超短脉冲强激光与等离子体的非线性相互作用

超短脉冲强光与等离子体相互作用是近年来令人注目的一个前沿领域。介绍了其中的超短脉冲强激光与非稠密等离子体作用中的激光尾波场与尾波场加速器、光脉冲频率上转换与脉宽正缩、相对论光导等重要研究课题。还介绍了超短脉冲强激光与固体靶作用听吸收机制，短标尺长等离子体产生、能量输运等有关问题的研究。     

利用半导体激光放大器放大半导体激光超短脉冲及选取单模

本文对半行波半导体激光放大器的超短光脉冲响应进行了研究,结果表明:脉宽为27ps,重复频率为1GHz的超短光脉冲通过放大器后,脉冲没有展宽,并且由于半行波半导体激光放大器对波长的选择放大性,在输入为多模的情况下,获得了单模超短脉冲输出。     

微毛细管激光等离子体X光源

利用脉宽为４５ｆｓ的超短脉冲强激光系统,进行了强激光与微毛细管相互作用的初步实验研究。     

飞秒超短脉冲激光加热金属平面靶

从能流分析出发,对飞秒超短脉冲激光与金属平面靶相互作用的机制进行了理论研究,对其中主要物理过程的能流损耗作了详尽的分析,并根据一维,双温热扩散模型推导了自由电子温度随时间变化的函数关系.并从理论上推导了超短脉冲近似假设成立的脉宽范围和在此条件下自由电子所能达到的最高温度表达式.     

1GHz,48.8fs高重复频率掺镱光纤飞秒激光器研究

GHz基本重复频率光纤超短脉冲激光器由于具有宽光谱,窄脉宽等优势,在高速光刻,高端制造,天文探测,太赫兹检测,精密仪器等领域应用广泛。然而在实现1GHz以上基本重复频率锁模的前提下,如何输出脉冲宽度在50fs以下的超短脉冲是当前科学研究的难点。文章以实现更宽光谱,更窄脉宽的GHz重复频率光纤超短脉冲激光器为目标,通过非线性偏振旋转锁模(NPR)技术,利用波分复用光纤准直器(WDM-Collimator)缩短激光谐振腔长度,最终实现了48.8fs脉冲宽度的1GHz基本重复频率光纤激光器。该脉冲宽度是当前国际上1μm波段GHz基本重复频率光纤激光器的最窄直接输出脉冲宽度。最后对激光器集成形成样机,并有效降低制造成本,提升了系统稳定性。该激光样机可满足天文光梳、卫星导航等领域空间尺寸的需求,有望推动高重复频率光纤超短脉冲激光器工业化、商业化发展。     

VUV超短脉冲的产生及其在超快动力学中的应用

真空紫外超短脉冲激光具有波长短、单光子能量高、脉宽小等特点,在飞秒化学以及超快动力学等方面具有相当广泛的应用前景.由于直接利用受激辐射获得真空紫外超短脉冲是相当困难,因此利用非线性频率转换技术,超短脉冲与惰性气体相互作用,将红外、可见或紫外光波段的超短脉冲转换到真空紫外波段是目前获得紫外超短脉冲最快捷有效的方式.围绕真空紫外超短脉冲的产生及其在超短动力学中应用展开,介绍了产生真空紫外超短脉冲的高斯谐波、空心光纤四波混频和光丝四波混频的方法,对其优缺点作了评述,并对真空紫外超短脉冲激光在超快动力学过程中的应用进行了简单的总结.     

溴化亚铜激光泵浦的可调谐微微秒染料激光

本文首次报道了利用脉宽为25ns重复率为10kHz的溴化亚铜激光泵浦混有饱和吸收体DODCI的超短腔染料激光,产生出30ps光脉冲.在理论上对混入DODCI的超短腔染料激光脉冲压缩效应作了分析计算,计算结果与实验基本一致.在实验上又通过一个放大-色散系统实现对此染料激光脉冲的同步放大和调谐,并达到傅里叶变换极限.     

超短脉冲圆极化激光场的一阶修正描述及加速效应

研究了超短脉冲圆极化激光场的一阶修正场,通过数值计算,探讨了入射电子的动力学特性,发现了超短脉冲圆极化激光场中的加速现象.通过研究电子的动力学特性与脉宽的关系发现,近轴近似方程在利用1/ω归一化后,脉宽τ0≤30时(ω为激光频率),仍然适用;而在脉宽τ0>30时,近轴近似方程与一阶修正方程的计算结果出现偏离.在事例τ0=100和τ0=300中,采用一阶修正场方程,研究了电子束团的能量分布与空间分布的特征,发现在脉宽τ0=300的情况下,加速电子数目增多,而且电子束能够发生汇集.     

超短脉冲激光经透射型体Bragg光栅的时域特性

利用Kogelnik耦合波理论对超短脉冲激光经透射型体Bragg光栅的时域衍射特性进行了研究,讨论了透射型体Bragg光栅的群延迟色散和光栅结构参数之间的关系,分析了群延迟色散和频谱剪切对衍射脉冲时域强度分布的影响.结果表明:当入射超短脉冲脉宽为100fs时,经透射型体Bragg光栅衍射后的脉冲展宽主要源自光栅对入射脉冲的频谱剪切,当入射超短脉冲脉宽为10fs时,衍射脉冲的展宽量不仅受频谱剪切的影响,而且与光栅的群延迟色散密切相关.     

308nmXeCl准分子激光泵浦猝灭式可调谐染料激光器研究

描述了获得准分子激光超脉冲的一种方法，理论上扼要地介绍了淬来式染料激光器产生超短脉冲激光的机理。实验上以香豆素４９８染料得到波长为４９６ｎｍ，脉宽１ｎｓ，能量１．１ｍＪ的染料激光。     

超短脉冲激光在电介质材料中传输及破坏深度微观理论计算

基于Fokker-Planck方程和激光传输方程建立超短脉冲激光在电介质材料中的传输及材料破坏理论模型,计算材料内不同位置处导带电子数密度及激光电场强度随时间的变化,进而得到激光的反射率、透射率及沉积率随激光能量密度的变化特征.选取导带电子数密度阈值作为材料破坏的判断条件,计算了不同激光能量密度下的破坏深度,发现破坏深度随激光能量密度的变化曲线呈现先增长后减小,讨论了激光能量沉积特性对破坏深度的影响.计算最大破坏深度随激光脉宽的变化发现,激光脉宽越短则最大破坏深度越小. 关键词： 超短脉冲激光 电介质材料 破坏深度 微观理论模型