外电场作用下飞秒激光成丝辐射太赫兹波的全电流模型

针对外加横、纵直流电场作用下的单色飞秒激光成丝辐射太赫兹波现象,提出了一种将微观等离子体电流振荡与宏观电流传输线辐射相结合的全电流模型,旨在解释外电场作用下太赫兹波增强、空间分布演变等辐射特征。与现有渡越-切连科夫辐射理论相比,所提出的全电流模型在等光速条件下可实现相位匹配,物理图像清晰、公式简洁,且能很好地复现实验结果。     

PtSe2薄膜的时间分辨太赫兹光谱特性研究(特邀)

基于时间分辨太赫兹光谱技术,研究了不同厚度的二硒化铂(PtSe2)薄膜在太赫兹波段的光学特性.实验结果表明,当泵浦光功率从0增强至2540μJ/cm2时,11 nm-PtSe2薄膜的电导率逐渐增大,透射太赫兹信号强度减小;而197 nm-PtSe2薄膜的电导率逐渐减小,透射太赫兹信号强度增大.由此构造的光控太赫兹调制器...     

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.     

整形超短激光脉冲与硒化镓晶体光整流效应的可调谐宽带太赫兹波产生

从非线性光学基本原理出发研究了整形超短激光脉冲与硒化镓晶体光整流效应产生的可调谐宽带太赫兹辐射,并采用数值计算对上述过程进行了仿真研究,探索了整形激光脉冲参数对太赫兹辐射的影响。研究发现,利用4F整形系统调节激光频谱分量获得的整形超短激光脉冲与硒化镓晶体的光整流效应可以产生频谱可调的宽带太赫兹辐射,并且可以使太赫兹脉冲的中心频率由高频部分向低频部分调制,同时带宽也会发生一定的变化。     

磷化铟(InP)在太赫兹波段的特性研究

太赫兹(THz)时域光谱(TDS)技术,能同时测量幅值和相位信息,因而能检测到物质丰富的物理化学性质,已逐渐成为科学界一大热点。磷化铟(InP)因其载流子寿命短、质量小等优良性能,正逐渐成为产生和检测THz波辐射的首选光电导材料之一。文章利用THz-TDS测试技术,在室温氮气环境中,对n型0.35 Ω·cm的InP材料在0.2～4 THz波段的特性进行了研究。文章根据物理传输模型,利用更准确的迭代方式,选用新的初始值,更快更准确的得到了复折射率,介电常数,电导率等THz光学常数,并且用Drude模型进行了理论上的模拟计算,所得结果与实验吻合很好,最后还得到了载流子的寿命、迁移率和浓度等THz重要参数。     

基于光场调控的飞秒激光直写光波导研究进展(特邀)

飞秒激光直写是一种无掩模、高效、灵活的三维加工技术,可以对材料实现微纳米级加工,已经成为应用最广泛的材料精密加工技术之一.基于光波导的微纳光子器件(如分束器、频率转换器和电光调制器等),不但可以保持块体材料本身的优异特性,还能极大提高器件的性能和集成度,具有块体材料器件所不具备的特点和优势.因此,对集成光波导和光波导器...     

激光在大气中驱动的强太赫兹辐射的理论和实验研究

两束双色激光脉冲能在大气中产生MV/cm的强太赫兹波.本文主要介绍了我们最近的三项理论和实验工作,澄清了双色激光方案的物理机制这个长期存在的问题,并对该方案进行了推广.为了在气体中有效地产生太赫兹波,在广泛研究的双色激光方案中两束激光的频率比ω_2/ω_1总是被取为1:2.首先从理论上预测采用其他频率比时,此方案仍能有效地工作,并通过实验进行证实.实验上观察到在新的频率比ω_2/ω_1=1:4,2:3下,也能有效地产生太赫兹波;观察到通过旋转较长波长的激光脉冲的偏振方向,能够有效地调节太赫兹波的偏振,但是旋转波长较短的激光脉冲的偏振方向,太赫兹波的偏振几乎没有变化,这违背了多波混频理论中极化率张量对称性的要求;采用不同的频率比时,太赫兹能量定标率并没有显示出明显的区别,这与多波混频理论预测的能量定标率不符.这些实验结果与等离子体电流模型及粒子模拟结果符合得很好.因此,该研究不仅对双色激光方案进行了推广,而且证实了其物理机制应该归结为等离子体电流模型.     

基于光丝效应的飞秒激光单次高质量直接切割薄石英玻璃工艺研究(特邀)

提出了一种基于光丝效应的利用高重频飞秒激光结合高速扫描振镜对200μm石英玻璃进行单次直接切割的方法.优化加工工艺参数,实现了薄石英玻璃的快速高质量切割,加工速度可以达到10 mm/s,崩边小于7.5μm,断面粗糙度小于1μm.该方法实现了薄玻璃切割效率和质量的同步提升,在激光加工领域有较好的应用前景.     

电子在激光驻波场中运动产生的太赫兹及X射线辐射研究

采用单电子模型和经典辐射理论分别对低能和高能电子在线偏振激光驻波场中的运动和辐射过程进行了研究. 结果表明: 垂直于激光电场方向入射的低速电子在激光驻波场中随着光强的增大, 逐渐从一维近周期运动演变为二维折叠运动, 并产生强的微米量级波长的太赫兹辐射; 高能电子垂直或者平行于激光电场方向入射到激光驻波场中, 都会产生波长在几个纳米的高频辐射; 低能电子与激光驻波场作用中, 激光强度影响着电子的运动形式、辐射频率以及辐射强度; 高能电子入射时, 激光强度影响了电子高频辐射的强度, 电子初始能量影响着辐射的频率; 电子能量越高, 产生的辐射频率越大. 研究表明可以由激光加速电子的方式得到不同能量的电子束, 并利用电子束在激光驻波场的辐射使之成为太赫兹和X射线波段的小型辐射源. 研究结果可以为实验研究和利用激光驻波场中的电子辐射提供依据.     

飞秒激光诱导微结构中飞秒时间分辨等离子体的时空动力学过程(特邀)

利用飞秒时间分辨泵浦探测阴影成像技术研究了不同数值孔径显微物镜聚焦的单脉冲飞秒激光诱导熔融石英微结构中等离子体的瞬态时间-空间演化特性及瞬态电子密度空间分布与激光诱导微结构的联系.实验结果表明显微物镜聚焦的飞秒激光在样品中诱导瞬态峰值电子密度随延时的增加先增大后逐渐减小.当显微物镜的数值孔径为0.45时,飞秒激光在样品...     

LiNbO3∶Fe晶体中圆偏振光散射引起的偏振态变化(特邀)

报道了LiNbO3∶Fe晶体内光致散射过程中偏振态的变化.将圆偏振光聚焦成极细的光片,并将其照射在c轴沿竖直方向放置的晶体上,研究了不同入射角时的光散射现象.在散射光从产生到达到稳态的数十分钟内,散射光主要在平行于c轴的方向上产生,同时在平行于光片的方向上存在分量,散射光产生速度随入射角的增大而减小.进一步观察表明,圆...     

C_2H_2@C_(60)在飞秒激光作用下的分子动力学模拟

本文用含时密度泛函模拟了体系在外场为强激光场时的非线性光学性.并计算了C_2H_2@C_(60)和孤立C_2H_2分子在飞秒激光中分子的动力学过程,发现体系在脉冲激光作用的时间段内迅速电离,然后随时间演化也会发生持续的电离,这时的电离率不太高.在整个分子动力学过程中,可以观察到C_(60)内的小分子原子发生化学键的断裂和重组的行为,C_(60)结构在此过程中慢慢发生膨胀,最后分子键发生断裂,形成很多单电荷或者多电荷离子.同时发现体系被电离和解离的程度与激光的偏振方向有很大的关系.当激光偏振方向平行于分子轴时,分子发生共振的几率很大,能够产生丰富的碎片离子;垂直于分子轴时,共振的几率几乎为0,仅有母体离子出现.本文还发现当飞秒激光的偏振方向与分子轴平行时,能从氢化分子中有效提取H原子.     

飞秒激光在掺Yb~(3+)磷酸盐玻璃中写入光波导及波导激光器的实验研究

利用重复频率为1kHz,中心波长为800nm,脉冲宽度为120fs的飞秒激光在掺Yb3+磷酸盐玻璃中刻写光波导,测试了不同参数下刻写的波导的导光模式,研究了写入速度和写入脉冲能量对模场直径、波导折射率的影响,给出了波导形成的写入窗口范围,对比测试了激光作用区域和未作用区域的荧光光谱特性。实验结果表明,在采用20×显微物镜,写入速度为20μm/s,写入脉冲能量为1.8μJ时,所得到的光波导在976nm波段模场直径为20μm,波导区域折射率改变为2.7×10-4,飞秒激光作用区域的荧光光谱与基质的荧光光谱几乎完全重合,荧光特性在飞秒激光作用后保持良好。利用双色镜和2%的输出耦合镜构成了法布里-珀罗(F-P)腔掺Yb3+波导激光器,获得了波长为1031nm的连续激光输出,激光功率为2.9mW。     

激光诱导铜等离子体中激发态4d′~4F_(9/2)的瞬态特性

利用时间分辨光谱技术,研究了激光诱导Cu等离子体中激发态4d′4F9/2的形成及其辐射跃迁的瞬态特性。结果表明:电子离子复合、粒子间碰撞、自蚀吸收等过程在等离子体不同演化时刻,对激发态4d′4F9/2原子的制备起着不同作用。粒子间碰撞作用剧烈时,激发态4d′4F9/2原子以相同几率向低能态4p′4Do7/2及4p′4Fo9/2跃迁转移能量;等离子体辐射约500 ns后,粒子间相互作用变弱,激发态4d′4F9/2原子主要通过辐射谱线CuⅠ359.91 nm转移能量。     

封闭空间中易燃混合气体在HF和CO_2激光作用下的燃烧引发(英文)

研究了封闭圆柱石英腔中化学计量CH4∶O2混合气的燃烧试验。使用了非定域脉冲HF激光触发和直接使用脉冲CO2激光器助燃两种引燃方法。第二种引燃方法是使用小剂量的可以强烈吸收脉冲CO2激光辐射的SF6来加热易燃混合气。研究了燃烧过程,并确定了燃烧辉光的谱线特征。试验表明,即使在小体积反应器中,固定数量反应气的快速激光加热也能够极大地加速燃烧进程并达到混合气燃烧的爆炸模式。得到了阈值情况下沿腔轴的初始温度分布。     

980nm脉冲激发下Er~(3+)掺杂材料中~4I_(13/2)→~4I_(15/2)跃迁的瞬态行为(英文)

在过去的几十年人们对Er3+掺杂的玻璃材料进行了广泛的研究,因为Er3+的 4I13 /2→ 4I15 /2跃迁能够给出适合红外光通讯窗口的 1. 5μm的发射。据我们所知,目前关于脉冲激光激发下Er3+掺杂材料 1. 5μm发射的动力学行为研究报道仍很少。我们引入了转移函数理论,研究了 980nm脉冲激发下Er3+的 4I13 /2能级荧光的动力学行为。发现在 980nm脉冲激发后,其荧光衰减遵循双指数规律,4I13 /2能级布居分为指数上升和指数下降两个过程。     

980nm脉冲激发下Er3+掺杂材料中4I13/2→4I15/2跃迁的瞬态行为(英文)

在过去的几十年人们对Er³⁺掺杂的玻璃材料进行了广泛的研究,因为Er³⁺的⁴I_13/2→⁴I_15/2跃迁能够给出适合红外光通讯窗口的1.5μm的发射。据我们所知,目前关于脉冲激光激发下Er³⁺掺杂材料1.5μm发射的动力学行为研究报道仍很少。我们引入了转移函数理论,研究了980nm脉冲激发下Er³⁺的⁴I_13/2能级荧光的动力学行为。发现在980nm脉冲激发后,其荧光衰减遵循双指数规律,⁴I_13/2能级布居分为指数上升和指数下降两个过程。