高功率脉冲氙灯中的等离子体放电通道

研究了高功率脉冲氙灯放电过程中等离子体通道的演化规律。分析了充电电压、主脉冲脉宽及主预脉冲时间间隔等对等离子体通道的影响规律。实验过程中在脉冲氙灯接地端子附近观察到了明显的等离子体通道分叉现象。研究发现,脉冲氙灯工作环境中的电场分布对氙灯内等离子体通道的形成与演化特性将产生十分重要的影响,其决定了等离子体通道的形态。其他影响因素则通过改变放电通道的亮度、均匀度与充盈度等特征施加其影响。     

超短脉冲激光产生等离子体通道寿命研究

利用强飞秒激光在大气中产生等离子体通道内带电粒子的动力学模型,综合考虑二体吸附、三体吸附、离解和复合等因素,分析后续激光退吸附作用对等离子体通道寿命的影响,给出有效延长通道寿命的后续激光控制参量。计算表明,选择不同的激光注入形式和注入时间,对通道寿命的延长有着不同的效果,适当优化的激光可以延长通道寿命达25 s以上。     

飞秒激光诱导锗等离子体辐射光谱特性

由于飞秒激光脉冲宽度小于靶材电子—晶格热弛豫时间,飞秒激光烧蚀靶材过程以及诱导击穿产生的等离子体膨胀动力学过程与纳秒激光作用过程不同,因此研究飞秒激光诱导等离子体发射光谱特性对于研究飞秒激光烧蚀机制以及飞秒激光诱导等离子体的膨胀动力学过程非常重要。Ge材料是一种常用的中远红外探测器以及光学元器件材料,对中心波长为800 nm,脉宽为50 fs的激光脉冲烧蚀空气中Ge靶材产生的等离子体发射光谱强度的时间和空间演化规律研究,并探讨了飞秒激光脉冲能量对等离子体发射光谱强度的影响规律。实验结果表明在等离子体羽膨胀初期,飞秒激光诱导Ge等离子体发射光谱主要由线状光谱和连续光谱构成,在200 ns时间内连续光谱强度逐渐减弱,线状光谱开始占主导地位。通过探测Ge等离子体的时间分辨发射光谱,随着等离子体的快速膨胀,等离子体发射光谱强度随着时间的增加呈现先增加后下降变化,在335 ns达到最大。通过探测Ge等离子体的空间分辨发射光谱,随着距离Ge靶材表面的位置增加,等离子体发射光谱强度随远离Ge靶材表面距离增加呈现先增加后下降变化,在0.8 mm位置达到最大。由于存在等离子体自吸收机制,等离子体发射光谱...     

相对论圆偏振激光与固体靶作用产生高次谐波

超短超强激光与固体靶表面等离子体相互作用可以通过高次谐波的方式产生从极紫外到软X射线波段的相干辐射,获得飞秒甚至阿秒量级的超短脉冲,可用于观测原子或分子中的电子运动等超快动力学过程.本文实验研究了相对论圆偏振飞秒激光与固体靶相互作用的高次谐波产生过程,实验结果表明,在较大入射角下,圆偏振激光也可以有效地产生高次谐波辐射.通过预脉冲控制靶表面的预等离子体密度标长,发现高次谐波的产生效率随密度标长的增加而单调下降.进一步通过二维粒子模拟程序,分析了激光的偏振以及预等离子体密度标长对高次谐波产生的影响,很好地解释了实验观测结果.     

1kHz飞秒激光脉冲在空气中传输成丝的演化过程

利用高重复频率(１kHz)、低能量的飞秒激光脉冲研究激光脉冲在空气中传输成丝的演化过程.采用成像的方法观测飞秒激光脉冲在大气传输过程中光束截面上光强分布变化，以及大气等离子体通道对光强分布的反作用.实验结果表明，激光脉冲在传输过程中先形成双丝结构，再逐渐合并成单丝结构.实验结果与利用非线性薛定谔方程耦合多光子电离的数值模拟结果基本一致. 关键词： 飞秒激光脉冲 等离子体通道 成像     

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     

基于泵浦脉冲诱导等离子体通道的空心光束产生

利用飞秒脉冲诱导生成的具有渐变折射率分布的等离子体通道产生空心光束.当飞秒脉冲在非线性介质中传输时将电离产生等离子体通道,该等离子体通道具有渐变的折射率分布,等离子体通道中激光束只能在电子密度低于临界等离子体密度的区域传播,故当探测光束在等离子体通道边缘传输时将偏转形成空心光束.当泵浦光束功率为8mW时,探测光束转变为典型的空心光束结构;当泵浦光束的入射功率、重复率或等离子体通道中轴向电子密度改变时,等离子体通道中可供探测光束通过的区域将随之发生改变,这将导致空心光束中黑斑的面积发生变化.因此通过调节泵浦光束的入射功率和重复率可以控制产生空心光束的黑斑大小.     

FLIPS技术同时测量流场速度与混合分数

流场速度酒测量和混合过程可视化是流场诊断中的重要内容。然而目前尚无一种合适的技术能够实现这两项参数的同时测量。本文提出了飞秒激光诱导等离子体光谱技术(FLIPS),能够填补这方面诊断的空白。飞秒激光在光学介质中传播时,会形成一条具有一维长度且强度均匀分布的等离子体。这段等离子体可将待测流场中的原子/分子激发到上能级。通过收集上能级原子/分子释放的荧光,并结合光谱分析,能够实现混合分数的测量;通过对不同时刻的长寿命的CN荧光信号进行成像,可实现流场速度的同步测量。FLIPS技术的提出为探究可燃混合气的流动及混合过程,以及二者之间的内在联系提供了有力的技术支持。     

纳秒激光单脉冲烧蚀硅表面的超快成像研究

利用ICCD可以在纳秒时间尺度下成像的特点,以飞秒准连续激光产生的超短脉冲光为探测光,对纳秒激光单脉冲烧蚀硅靶表面的演化过程进行动态监测。在能量密度为50J／cm^2时,捕获了纳秒单脉冲激光烧蚀硅靶面过程中等离子体演化的时间分辨图像。图像表明,纳秒激光烧蚀硅靶产生的等离子体开始时密度大,膨胀速度快,当纳秒激光脉冲过后,等离子体不再产生,并且其膨胀速度不再增加,直至完全消失。     

超短超强脉冲激光产生的电离通道的存活性态分析

用摄动理论对超短超强脉冲激光产生的电离通道进行了研究.得出了在复合、吸附、退吸附作用影响下，电离通道在不同演化时期，各种带电粒子密度的渐近表达式.揭示了各种作用对通道存活性态的影响. 关键词： 密度 激光脉冲 等离子体通道 摄动     

Low-density plasma channels generated by femtosecond pulses

We present an investigation of the plasma channel formed along the trail of an intense femtosecond (fs) laser pulse propagating through helium, air and nitrogen at low pressures. The lifetime of the generated plasma channel of up to 60 μs was measured. We determined the electron-attachment mechanism as a dominant mechanism for the plasma relaxation. The initial electron densities, electron-attachment coefficients and plasma channel conductivity for different experimental conditions were obtained. PACS 52.50.Jm; 52.25.-b; 51.50.+v     

Simulation of rippled structure adjustments based on localized transient electron dynamics control by femtosecond laser pulse trains

This study investigates the effects of pulse energy distributions on subwavelength ripple structures (the ablation shapes and subwavelength ripples) using the plasma model with the consideration of laser particle–wave duality. In the case studies, the laser pulse (800 nm, 50 fs) trains consist of double pulses within a train with the energy ratios of 1:2, 1:1, and 2:1. Localized transient electron densities, material optical properties, and surface plasmon generation are strongly affected by the energy distributions. Hence, the adjustment of the ablation shape and subwavelength ripples can be achieved based on localized transient electron dynamics control during femtosecond laser pulse train processing of dielectrics. The simulation results show that better, more uniform structures, in terms of ablation shapes and subwavelength ripples, can be easily formed at a lower fluence or subpulse energy ratio of 1:1 with a fixed fluence. It is also found that pulse trains at a 1:1 energy ratio are preferred for drilling high-aspect-ratio microholes or microchannels.     

大气中激光等离子体通道寿命的延长及测量分析

介绍了一种反卷积方法.利用该方法分析了实验中测得的等离子体通道的光电信号特征，获 得了空气中等离子体通道的真实寿命.还证明了利用双脉冲激光结构，可以将等离子体寿命 延长近5倍. 关键词： 反卷积 大气激光等离子体通道 等离子体寿命     

超短超强脉冲激光在空气中产生的电离通道的寿命研究

对超短超强激光脉冲在大气中传播时形成的电离通道的寿命进行了理论研究.综合考虑了通道中自由电子，正离子，负离子的复合，自由电子和中性分子的吸附以及在后续 激光作用下的退吸附过程.推导出了退吸附激光强度恒定时通道中带电离子密度的速率方程 的解析解.计算结果表明，通过引入退吸附激光抑制电子和中性分子的吸附作用能够在微秒 的时间尺度上将电子密度维持在10¹²—10¹³cm^-3的水平，在相同的波长 和平均功率下，短脉冲序列的退吸附效果要略好于连续激光 关键词： 等离子体通道 复合 吸附 退吸附 寿命     

Prolongation of the fluorescence lifetime of plasma channels in air induced by femtosecond laser pulses

The lifetime of plasma channels induced by femtosecond laser pulses is investigated by detecting the decay time of the fluorescence signals from ions. It is found that the lifetime of the plasma can be prolonged to the order of microseconds when an additional sub-nanosecond laser pulse is injected into the channel. This prolongation is due to the heating and further ionization through the inverse bremsstrahlung absorption of the post-pulse.     

飞秒激光成丝诱导Cu等离子体的温度和电子密度

研究了飞秒激光成丝诱导铜击穿光谱,利用光发射光谱对产生的铜等离子体光谱强度沿着丝长度进行了测量,获得了在不同样品与聚焦透镜间距离的Cu(I)的强度分布.结果显示,由于强度钳箍效应成丝诱导的光谱在较大的透镜样品间距离范围内有较强的辐射强度.另外,利用玻尔兹曼图和斯塔克展宽计算了整个成丝繁衍距离中Cu等离子体温度和电子密度.     

超短超强激光导引及对电子加速的影响

使用粒子模拟程序对30 fs超短超强激光在均匀与抛物型两种密度分布等离子体中的传输, 以及在稳定传输状态下尾场的电子注入与加速形成的电子能谱进行了模拟与分析. 固定入射激光束斑尺寸, 在(0.4-2)×10¹⁹/cm³等离子体密度范围, 对比分析了归一化峰值强度从1-6范围的激光脉冲在上述两种密度分布等离子 体中传输时激光束斑尺寸的演化, 结果表明抛物型分布的等离子体密度通道能够对超短超强脉冲实现良好的导引, 有利于高能电子加速. 对于较高密度情况,即使在均匀等离子体中依靠相对论自聚 焦等机制也可以实现良好的自导引传输,有利于实验简化以及产生更大电量的加速电子.     

空气中单个激光等离子体通道的形成条件

利用皮秒和飞秒激光研究了激光在空气中聚焦产生单个等离子体通道的条件.研究发现，能量为8—12mJ皮秒激光被焦距为15cm的透镜聚焦后，可以产生较为稳定的单个通道.通过横向纵向阴影成像分析发现，通道的管壁对聚焦产生的自发光具有箍缩作用，而通道内部却有利于光的传输.同时还发现，当采用短焦距透镜时，能量低于10mJ的飞秒激光在空气中较易形成单个等离子通道. 关键词： 等离子体通道 皮秒激光 飞秒激光 阴影成像