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：     

超连续谱激光在湍流大气中传输特性的数值仿真研究

采用多层相位屏的数值仿真方法,综合考虑大气衰减效应和湍流效应,研究了不同湍流强度和不同源相干度条件下超连续谱激光的光束扩展、光斑漂移以及闪烁特性,并对比分析了超连续谱激光传输与单色激光传输特性的差异.结果表明:湍流越强或源相干度越好,超连续谱激光的相对光束扩展越严重;湍流愈强,光斑漂移愈严重,但不同源相干度的超连续谱激光的质心漂移方差几乎相等;降低超连续谱激光的源相干度可以在一定程度上减弱光强起伏的闪烁效应,并降低闪烁指数对离轴距离的依赖性;与单色激光相比,湍流对超连续谱激光的光束扩展以及闪烁效应影响较弱,而质心漂移效应两者差异不明显.单色激光大气传输的数值仿真结果与理论解析结果基本吻合,在一定程度上说明了数值仿真过程的可靠性.该研究不仅提出了一种获得超连续谱激光大气传输特性规律的有效仿真手段,而且为超连续谱激光传输的工程应用提供参考.     

Cl~-和ZnCl_4~(2-)离子对水中超快超连续谱激光脉冲的影响

采用1.06μm、35ps激光脉冲泵浦,研究了四种不同卤化物水溶液(NaCl、KCl、ZnCl_2、K_2ZnCl_4)在不同浓度时所产生的超快超连续谱激光脉冲的光谱分布.在可见区、由于卤化物的种类和浓度不同、其光谱分布明显变化,其主要特点是由于Cl~-离子加入而使得受激喇曼散射强度明显地增加和由于络合离子ZnCl_4~(2-)形成而导致的有效光谱展宽.     

纳秒脉冲激光诱导CCD探测器铝层金属液-固相变时间特性研究

从理论仿真计算方面开展了脉冲激光诱导CCD探测器铝层金属温升变化的液-固相变时间特性研究。通过傅里叶热传导方程计算仿真了纳秒激光诱导CCD探测器铝层金属材料的温升曲线,获得了铝层金属材料液-固相变起始时刻和液-固相变时间长度随激光脉冲峰值功率和激光入射角度的变化规律。理论计算结果表明,随着入射激光脉冲峰值功率增加,激光诱导CCD探测器铝层表面的最高温度逐渐升高,铝层材料的液-固相变起始时刻往后延迟,且液-固相变时间长度增加;随激光入射角度的增大,铝层表面的最高温度逐渐降低,液-固相变起始时刻不断前移,而液-固相变时间长度逐渐变短。研究结果表明,激光脉冲峰值功率密度和激光入射角对激光诱导CCD探测器的液-固相变时间特性有重要影响,对揭示纳秒激光诱导CCD探测器的热损伤机制有重要的理论意义。     

红外激光对可见光CCD成像系统的干扰

采用连续波红外激光对可见光面阵CCD成像系统进行了干扰实验,观察到饱和串扰、全屏饱和等干扰现象,并测到串扰阈值小于2.0×102 W/cm2,全屏饱和阈值为1.2×104 W/cm2。通过分析CCD输出电压、视频信号,提出基于有效干扰面积的干扰效果评估方法,并利用该方法对干扰面积与激光功率密度、辐照时间之间的关系进行了半定量分析。结果显示：激光功率密度对干扰效果的影响较大,而辐照时间在0.5～2.0 s之间时,辐照时间对CCD干扰效果的影响不明显。     

红外激光对可见光CCD成像系统的干扰

采用连续波红外激光对可见光面阵CCD成像系统进行了干扰实验,观察到饱和串扰、全屏饱和等干扰现象,并测到串扰阈值小于2.0×102W/cm2,全屏饱和阈值为1.2×104W/cm2。通过分析CCD输出电压、视频信号,提出基于有效干扰面积的干扰效果评估方法,并利用该方法对干扰面积与激光功率密度、辐照时间之间的关系进行了半定量分析。结果显示:激光功率密度对干扰效果的影响较大,而辐照时间在0.5~2.0 s之间时,辐照时间对CCD干扰效果的影响不明显。     

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.     

中红外组合激光场调控宽带超连续谱的产生

本文对原子在波长为2000nm、脉宽为12.5fs的中红外驱动脉冲和脉宽为1.3fs的紫外控制脉冲叠加形成的组合场中产生的高次谐波进行了研究.通过组合场驱动氦原子得到了谱宽为230eV的超连续谱.利用组合场产生的谐波比单独利用中红外脉冲产生的谐波的强度高了3个量级.对超连续谱进行滤波并调节组合场中两束激光的延迟时间,可以直接产生100as的单个脉冲.我们发现超连续谱的宽度和位置几乎不会因为驱动场和控制场强度的变化而改变,这种性质有利于从实验上获得单个宽谱阿秒脉冲.     

532 nm脉冲激光辐照CCD实验研究

采用532 nm,10 ns的脉冲激光对面阵CCD进行辐照实验,对每一阶段的实验现象和电路层面的破坏机理进行了深入分析,根据实验现象,把脉冲激光对CCD的硬破坏分为3个阶段：第1阶段在低能量密度激光辐照下,被破坏的CCD局部出现无法恢复的白色盲点,但其它部分仍可正常成像;第2阶段CCD探测器受到激光辐照后,在光斑处的时钟线方向出现白色竖直亮线,亮线处无法正常成像且激光辐照撤去后无法恢复;第3阶段受高能量密度激光辐照后,CCD完全失效,无法恢复成像。针对CCD的饱和及恢复阶段,利用Matlab编码对分辨力靶板的成像数据进行处理,分析了激光辐照CCD对饱和像元数和对比度的影响。结果表明：当CCD受到激光辐照时,饱和像元数迅速增多,图像对比度迅速下降为零,激光脉冲消失后,整个CCD成像亮度下降,饱和像元数迅速下降为零,经过一段时间后CCD又恢复至线性工作状态,激光的能量密度越高,CCD恢复所需的时间就越长。研究还发现：当恢复时间超过0.6 s,CCD出现不可恢复的白色条带,严重影响成像质量。     

光子晶体光纤超连续谱产生的实验研究

报道了利用掺钛蓝宝石飞秒激光器产生重复频率为80MHz,脉宽为10fs的超短激光脉冲在10cm长光子晶体光纤产生超连续谱的实验,获得展宽范围为450nm到1100nm的连续谱。实验中观察到孤子自频移和高阶孤子分裂现象,非孤子辐射与随后光谱向短波方向的拓展有密切关系。     

Numerical simulation of super-continuum laser propagation in turbulent atmosphere

Considering the atmospheric extinction and turbulence effects,we investigate the propagation performances of supercontinuum laser sources in atmospheric turbulence statistically by using the numerical simulation method,and the differences in propagation properties between the super-continuum(SC)laser and its pump laser are also analyzed.It is found that the propagation characteristics of super-continuum laser are almost similar to those of the pump laser.The degradation of source coherence degree may cause the relative beam spreading and scintillation indexes to decrease at different propagation distances or different turbulence strengths.The root-mean-square value of beam wandering is insensitive to the variation of source correlation length,and less aperture averaging occurs when the laser source becomes less coherent.Additionally,from the point of view of beam wandering,the SC laser has no advantage over the pump laser.Although the pump laser can bring about a bigger aperture average,the SC laser has a lower scintillation which may be due to the multiple wavelength homogenization effects on intensity fluctuations.This would be the most important virtue of the SC laser that can be utilized to improve the performance of laser engineering.     

光纤组束激光对可见光硅CCD的有效干扰距离分析

为了分析光纤组束激光对可见光硅CCD的有效干扰距离,对组束激光功率及可见光CCD的饱和阈值进行了分析。在弱湍流和热晕条件下对组束激光的远场功率密度进行了数值计算,计算结果表明该条件下组束激光对可见光CCD的有效干扰距离达到10km左右,组束激光是未来实施光电干扰的又一有效途径。     

500 fs超短脉冲激光对CCD探测器的破坏效应

 采用脉宽500 fs,脉冲能量250 μJ的超短脉冲激光辐照线阵CCD探测器,观察到了CCD从线性响应到像元饱和、饱和串音直至硬损伤的整个过程,并着重对两种辐照能量密度下的硬损伤机理进行了理论分析。结果表明：激光能量密度为0.45 μJ/cm²时,达到像元饱和;能量密度为0.14 J/cm²时,辐照6个脉冲后实现了CCD器件的硬损伤,硬损伤源于晶格被加热并汽化形成等离子体;能量密度为1.41 J/cm²时,单个脉冲就使CCD器件的输出波形无法辨认,2个脉冲后CCD器件没有任何信号输出,硬破坏源于电荷分离形成的电场库仑力。     

1.06 μm激光对CCD、CMOS相机饱和干扰效果对比研究

 为了对比激光对CCD、CMOS两种图像传感器的干扰效果,利用1.06 μm高重频激光开展了对CCD、CMOS两种相机的饱和干扰实验研究,分析了两种相机在干扰有效面积、饱和干扰面积、干扰前后图像相关度等与激光入射功率之间的关系。实验结果表明:CMOS相机达到单元像素饱和的激光功率阈值是CCD相机的20倍;要达到相同的干扰有效面积,所需的激光功率CMOS相机要大于CCD相机10倍～100倍;要达到相同的饱和像元数,所需的激光功率CMOS相机比CCD相机约大10倍～60倍。因此,CMOS相机要比CCD相机具有更好的抗1.06 μm激光干扰能力。     

凝视焦平面探测器的空间采样效应建模仿真

为了增加红外凝视焦平面阵列探测器成像仿真的置信度,对探测器所存在的空间采样效应产生机理进行了分析,并且从空间域角度对其进行了建模,借助于基于图像像素处理的方法进行实验仿真;为了客观地评价空间采样效应对探测器成像质量的影响,定义了图像的负指数型平滑度,实验结果表明,叠加空间采样效应后探测器输出图像的平滑度减小了11.7%,图像局部波动变大,从而验证了红外探测器成像仿真中空间采样效应考虑的必要性。     

连续波CO2激光对多晶硅探测器干扰损伤实验研究

为进一步研究激光对光电探测器的干扰及损伤,利用10.6 m连续CO2激光辐照多晶硅光电探测器,进行了干扰与损伤阈值实验研究,得到了对多晶硅探测器的饱和干扰、损伤干扰阈值分别为5.5510-4 W/cm2、0.48 W/cm2;分析了不同干扰功率、不同干扰时间的干扰效果,依据探测器受干扰程度提出了将干扰等级划分为点饱和、中度饱和、重度饱和与点损伤4个等级;通过干扰激光功率与干扰光斑面积的变化关系,得到两者按幂函数y=76.3x0.29关系变化,并依据该变化关系探讨了10.6 m脉冲激光对红外成像系统的干扰效果。     

Enhancement and modulation of terahertz radiation by multi-color laser pulses

We study theoretically intense terahertz radiation from multi-color laser pulse with uncommon frequency ratios. Comparing the two-color laser scheme, of which the uncommon frequency ratio should be set to be a specific value, we show that by using multi-color harmonic laser pulses as the first pump component, the lasers as the second pump component can be adjusted in a continuous frequency range. Moreover, these multi-color laser pulses can effectively modulate and enhance the terahertz radiation, and the terahertz yield increases with the increase of the wavelength of the uncommon pump component and is stable to the laser relative phase. Finally, we utilize the electron densities and velocities of ionization events to illustrate the physical mechanism of the intense terahertz generation.     

Optimization of multi-color laser waveform for high-order harmonic generation

With the development of laser technologies,multi-color light-field synthesis with complete amplitude and phase control would make it possible to generate arbitrary optical waveforms.A practical optimization algorithm is needed to generate such a waveform in order to control strong-field processes.We review some recent theoretical works of the optimization of amplitudes and phases of multi-color lasers to modify the single-atom high-order harmonic generation based on genetic algorithm.By choosing different fitness criteria,we demonstrate that:(i) harmonic yields can be enhanced by 10 to 100 times,(ii) harmonic cutoff energy can be substantially extended,(iii) specific harmonic orders can be selectively enhanced,and(iv) single attosecond pulses can be efficiently generated.The possibility of optimizing macroscopic conditions for the improved phase matching and low divergence of high harmonics is also discussed.The waveform control and optimization are expected to be new drivers for the next wave of breakthrough in the strong-field physics in the coming years.     

激光辐照下PV型HgCdTe探测器反常响应机理

 利用PV型探测器开路电压的表达式,并考虑探测器的温度变化建立模型,对激光辐照下PV型HgCdTe探测器开路电压的变化进行了理论计算。当激光较弱时,计算结果与实验结果符合得很好。当激光较强时,对于辐照过程当中探测器输出变化的一般性趋势以及激光完全停照后的热弛豫过程,该模型也能给出较好的解释;但对于激光开始辐照时输出下跳和激光停止辐照时输出上跳的反常现象,该模型不能给出合理的解释。分析认为,该模型较好地描述了晶格温升对探测器输出的影响,但是它没有考虑热载流子效应;当激光较强时,热载流子效应不可忽略,特别是激光开始辐照和激光停止辐照时,载流子与晶格的温度差有比较明显的快速变化,从而导致了探测器的反常响应。     

水中单光束扫描激光引信捕获率建模与仿真

为了提高反鱼雷鱼雷（ATT）激光近炸引信对来袭鱼雷的捕获率,首先根据鱼雷目标的激光反射特性,分析了鱼雷目标回波功率随激光束入射角度和入射位置的变化规律。采用空间解析几何方法描述了ATT与来袭鱼雷的交会模型,给出了任意交会距离和姿态时目标回波功率计算方法。根据系统最小探测功率,建立了水中单光束扫描激光引信捕获率蒙特卡罗仿真模型,仿真了系统捕获率随激光脉冲频率的变化关系,获得了探测不同距离目标的最大捕获率和相应的激光扫描频率和脉冲频率。结果表明：当激光扫描频率为15 Hz,脉冲频率为4 kHz,系统能可靠捕获距离9 m内目标。所得系统捕获率仿真模型和结果可为ATT单光束扫描激光引信系统设计提供理论参考。