单个飞秒激光作用下熔融石英的微爆阈值研究

对飞秒激光脉冲在透明介质中产生微爆的物理机制进行了研究,比较了长短激光脉冲的光击穿机制,基于Fokker-Planck方程建立了飞秒激光微爆模型,给出了飞秒激光脉冲在透明介质中产生微爆的阈值解析表达式.针对飞秒激光脉冲在熔石英介质中的微爆阈值进行了计算,得到的结果与实验结果基本相符.     

平顶飞秒激光经圆锥透镜在熔融石英中成丝及超连续辐射

实验研究了平顶飞秒激光经圆锥透镜后在熔融石英中的成丝及超连续辐射.与高斯飞秒激光的成丝对比发现,平顶飞秒激光可以获得在圆锥透镜焦深区域内强度分布更为均匀的等离子体细丝,这一特征更有利于飞秒激光在固体介质中进行微纳加工等领域的应用.并且,在不损伤熔融石英的条件下,平顶飞秒激光成丝可以获得更高能量、更高转换效率的超连续辐射,这是因为若产生光强相近的细丝,平顶飞秒激光所需的初始激光能量更高,此激光能量下产生的细丝长度更长、均匀性更好.     

飞秒激光在光子晶体光纤中产生超连续光谱机制的实验研究

报道了利用零色散在780nm处的光子晶体光纤与纳焦耳量级的飞秒激光脉冲相互作用的实验结果.实验使用35fs，中心波长810—840nm，单脉冲能量可达14nJ的飞秒激光光源获得了超过一个倍频程的平坦超连续光谱（500—1100nm）.在不同功率、不同中心波长、不同啁啾和有无直流成分的多种飞秒脉冲激光的条件下，研究了超连续光谱的产生情况.并对一系列现象进行了对比，分析了超连续光谱产生的机制. 关键词： 光子晶体光纤 飞秒脉冲激光 超连续光谱     

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.     

利用光子晶体光纤产生超连续飞秒激光光谱

将单脉冲能量约为2．5nJ、脉宽为25fs、对应峰值功率为0．1MW的的800nm钛宝石激光耦合到长为10mm，芯径为1．8μm的光子晶体光纤中，产生了耦合效率约为17％、谱宽覆盖可见光及近红外波段的超连续光谱。     

熔融石英玻璃飞秒激光微纳加工研究

熔融石英玻璃因具有耐热性高、热膨胀系数低、绝缘性能好等优点,广泛应用于航空航天、微光学元件、军事等领域,并对其加工精度和表面质量提出了更高的要求。由于飞秒激光具有“冷加工”的特点,因此在熔融石英玻璃微纳加工方面展现出独特优势。采用波长为1030nm、重复频率为100kHz、脉宽为290fs的飞秒激光对熔融石英玻璃进行加工,确定了不同物镜下熔融石英玻璃的损伤阈值,研究了不同物镜下的激光功率、扫描速度、离焦量、扫描次数对加工线槽的影响,使用逐层叠加加工的方法在低功率下得到了高深宽比(4∶1)的线槽,并且提高加工线槽的宽度与深度的可控性,可以在较薄熔融石英玻璃(200μm)上进行微纳加工。     

飞秒激光脉冲作用熔石英的超快传热动力学研究

飞秒激光具有超短脉冲宽度、超高峰值功率的特点,飞秒激光与物质作用表现出的非线性吸收和低热扩散特性,使其在高精密微纳器件加工中有着重要的应用前景。建立了针对飞秒激光脉冲与熔石英作用的瞬态光电离以及非平衡传热的超快动力学模型。通过数值求解该模型获得了飞秒激光单脉冲作用熔石英的载流子密度和非平衡电子与声子温度的时空演化;得到了在非平衡态条件下,电声耦合时间随激光能量密度、脉冲宽度的近线性调控规律。进一步研究得到了瞬态电子热导、热容、电声耦合系数的变化规律,并对上述模拟现象进行了分析和探讨。     

宽谱带飞秒激光超连续谱特性的研究

利用高增益、低色散飞秒激光放大器研究了多种非线性介质的超连续谱特性,获得宽谱带飞秒激光超连续谱。 关键词：     

线偏振、圆偏振和椭圆偏振的飞秒激光诱导熔融石英损伤(英文)

基于电子分布函数的等离子体模型被广泛应用于熔融石英上飞秒激光诱导损伤过程的研究.在本研究中,等离子体模型被修正以研究不同的偏振状态的损伤过程,包括线偏振、圆偏振和椭圆偏振等.首先,使用扩展的Keldysh理论拟合得到不同偏振下的多光子电离截面.其次,为消除沉积能量梯度对模拟过程的影响,对介电函数进行了"非局部化处理".模拟结果表明:不同偏振下光子电离过程的差异是导致损伤过程差异的主要原因,而材料光学特性的改变导致的负反馈效应会使得该差异减小.修正等离子体模型预测的不同偏振下损伤阈值与实验结果吻合良好.     

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.     

High power supercontinuum generation by dual-color femtosecond laser pulses in fused silica

High power supercontinuum (SC) is generated by focusing 800 nm and 400 nm femtosecond laser pulses in fused silica with a microlens array. It is found that the spectrum of the SC is getting broader compared with the case of a single laser pulse, and the spectral energy density between the two fundamental laser wavelengths is getting significantly higher by optimizing the phase matching angle of the BBO. It exceeds μJ/nm over 490 nm range which is from 380 nm to 870 nm, overcoming the disadvantage of relative lower power in the ranges far from the fundamental wavelength.     

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.     

紧聚焦飞秒脉冲与石英玻璃相互作用过程中的电子动量弛豫时间研究

本文通过数值模拟(3+1)维扩展的广义非线性薛定谔方程,研究了紧聚焦飞秒激光脉冲在诱导石英玻璃的非线性电离过程中电子动量弛豫时间对于该电离过程的影响.计算结果证明电子动量弛豫时间会直接影响入射脉冲在焦点区域所形成的峰值场强、自由电子态密度和能流等参量的分布态势,因此在与实验结果相比较后发现适合于相互作用过程的电子动量弛豫时间的理论值约为1.27 fs.进一步的研究表明,电子动量弛豫时间与逆韧致吸收效应、雪崩电离的概率、等离子体密度、等离子体的自散焦效果以及间接引起的焦平面位置的移动都有着密切的联系.当前的研究结果表明电子动量弛豫时间在飞秒激光脉冲与物质相互作用的过程中发挥着重要作用.     

时间整形飞秒激光诱导熔融硅表面纳米周期条纹的电子动力学研究

研究了时间整形飞秒激光在熔融硅表面诱导纳米周期条纹结构的电子动力学过程.通过引入非线性电离机制和表面等离子激元的瞬态作用机理,建立了关于时间整形飞秒激光诱导和调控熔融硅表面纳米周期条纹结构的电子动力学模型,并应用该模型研究获得了纳米条纹周期与时间整形脉冲时间间隔的定量关系.理论研究结果表明,通过调节时间整形脉冲的时间间隔可以实现操控表面等离子激元与激光瞬态干涉过程中的波矢配对,最终可实现对诱导的纳米条纹周期的调控.此模型预测得到的纳米条纹周期与实验结果符合得很好.该研究对于深刻理解整形脉冲链诱导材料表面纳米周期结构的电子动力学操纵机制以及对条纹周期的调控都具有重要的理论价值.     

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     

飞秒激光脉冲和液体等离子体相互作用产生的高能电子特性研究

文章研究了单脉冲和多脉冲飞秒激光和水等离子体相互作用产生的高能电子特性 ,发现多脉冲激光构型可以大幅度地增强超热电子的产生和提高其温度 .实验观测到在激光偏振面内 ,沿与激光轴反向夹角 4 6°的方向 ,对称地喷射出两束能量大于 2 5keV的高能电子 .二维粒子模拟结果和实验符合很好 .实验和理论都表明 ,这些超热电子是通过后续脉冲与前面脉冲形成的球形液滴相互作用产生的 ,具体机制为共振吸收 .     

飞秒强激光能量在Ar原子团簇中的沉积

飞秒强激光与团簇的相互作用是一个十分活跃的研究领域, 本文采用一种新的理论模型, 研究了飞秒激光在团簇中的传输的过程, 计算了Ar原子团簇对超强激光能量的吸收, 并通过解析计算连续曲折射程、最大穿透深度和特征时间三个重要的物理参量来重新估算了这一模型的可行性.     

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     

Intense THz-radiation from semiconductors under magnetic field irradiated with femtosecond laser pulses

The THz-radiation power from InAs reaches sub-mW level in a 1.7-T magnetic field irradiated with femtosecond laser pulses of 1.5-W average power. The THz-radiation power is related almost quadratically both to the magnetic field and to the excitation laser power. Furthermore, the THz-radiation spectrum is found to be controlled by the excitation pulsewidth, chirp direction of the excitation pulse, and the magnetic field.