超短超强激光在稀薄等离子体中的自聚焦传输

 开展超短超强激光与次稠密等离子体相互作用实验,采用探针光对激光等离子体相互作用区域进行阴影成像,研究了不同激光功率与临界功率比值及不同激光脉冲长度与等离子体波波长比值下的激光在次稠密等离子体中的自聚焦传输。结果表明:相对论效应是超短脉冲在次稠密等离子体中的主要自聚焦机制,激光功率与临界功率比值是影响超短脉冲在次稠密等离子体中形成自聚焦的关键条件。     

超短激光脉冲在水中的非线性传输特性研究

基于扩展的非线性薛定谔方程及与其耦合的电子密度演化方程,理论研究了超短激光强脉冲在水中的非线性传输特性.理论模型综合考虑了衍射、正常群速度色散,多光子吸收、自聚焦及激光诱导产生的等离子体对光脉冲的自散焦效应.采用有限差分法模拟得到超短脉冲在传输过程中轴向上光功密度和等离子体密度的时空分布.系统分析了超短脉冲在水中传输的动力学过程,讨论了非线性自聚焦和等离子体自散焦效应在脉冲传输过程中的竞争关系.同时研究了不同入射激光能量,脉宽和聚焦条件对等离子体丝的时宅结构和脉冲能流横向分布的影响.该研究将有助于理解和推动超短光脉冲在激光医学、激光安全防护和水中激光加工中的应用.     

拉曼效应对负折射介质中超短脉冲传输的影响

通过数值法对包含拉曼延迟响应的(3+1)维非线性薛定谔方程进行求解,研究了超短脉冲激光在负折射介质中传输时拉曼效应对自聚焦传输特性的影响,着重分析其不同与常规介质的反常传输现象.结果表明:由于负的折射率影响,拉曼效应将导致超短脉冲在自聚焦过程中频谱发生蓝移现象,这与常规介质对应情形相反;而它对负折射介质中超短脉冲的自聚焦特性的影响与常规介质相同,即拉曼效应将诱导自聚焦效应首先发生在脉冲的前沿.本文研究工作对将来利用负折射介质来操控超短光脉冲串产生、自聚焦等许多实际应用领域研究具有重要的指导意义.     

皮秒光脉冲在光纤中的传播特性测量

文章讨论了皮秒激光脉冲在单模光纤传输中光纤介质的色散及非线性折射率等效应对皮秒光信号的影响，利用时间相关单光子计数系统，观测了皮秒激光脉冲在单模光纤中的展宽及皮秒自聚焦现象，并对光纤中皮秒光脉冲的畸变进行了检测与研究。     

熔石英介质中强紫外激光自聚焦效应研究

 针对脉冲宽度约1 ns、波长为351 nm的三倍频紫外激光,定量分析了熔石英介质中的自聚焦长度、峰值光强与强紫外激光光束质量及环境条件等因素的关系,研究了产生紫外光非线性自聚焦效应的阈值条件。研究结果表明：在强紫外激光光束质量一定的前提下,可将B积分值定义为自聚焦的阈值条件;入射强紫外激光光束质量越差,在熔石英介质中产生自聚焦的阈值条件越低;即使对于空间分布均匀的理想光束,当空气中存在灰尘时,经过一段距离的传输后,在熔石英介质中将导致强紫外激光自聚焦效应的产生,且灰尘尺寸较大时的自聚焦效应较明显,自聚焦的阈值条件也相对较低。     

强激光脉冲在部分离化等离子体中的传播特性

采用变分法给出了强激光脉冲在部分离化等离子体中传播的参数演化方程,其中考虑了相对论自聚焦、有质动力激发尾波场以及部分离化非线性极化强度的影响。通过非线性动力学分析的方法,得到了强激光脉冲以恒定焦斑半径传播时的激光、等离子体参数匹配条件。研究表明:在部分离化等离子体中,激光自聚焦随着电离程度的增大而增强;有质动力激发的尾波场进一步增强激光脉冲的自聚焦;相对于等离子体密度而言,激光强度对激光脉冲的自聚焦更有影响。     

飞秒激光脉冲在正色散固体材料中的自压缩

实验研究了正色散固体介质中的激光脉冲自压缩现象,证明了无需任何外加色散补偿情况下，固体透明介质中的自聚焦传输过程可使高功率飞秒激光脉冲实现时域脉冲压缩，并详细研究了输出脉冲的时域和频域特性随入射脉冲强度的演化规律.实验结果表明脉冲自压缩量随入射脉冲强度的增加呈递增趋势，然而当入射光强增大到足以引起超连续谱及锥形辐射产生时，脉冲时域形状会发生分裂.此外还发现发散光束入射情况下同样可以观察到脉冲自压缩现象. 关键词： 超短激光脉冲 脉冲压缩 非线性传输     

超短脉冲激光空间调制下小尺度自聚焦的实验研究

实验研究了超短脉冲激光的空间小尺度自聚焦的动态变化过程.具体实验过程是使经过正交细丝的衍射来实现激光的空间调制,然后通过非线性Kerr介质二硫化碳,随着输入功率的增大,超短脉冲开始出现小尺度自聚焦增长现象.实验发现,每个小尺度自聚焦峰值并不是随着功率的增大而无限地增长下去,而是在不同位置出现了新的调制增长点,这些新出现的增长与原有的增长相互竞争,最终导致了分裂成丝.通过数值模拟相应的传输过程,发现数值模拟结果与实验结果符合很好. 关键词： 小尺度自聚焦 高功率激光 超短脉冲     

超短强激光脉冲在等离子体隧道中传输的理论与数值模拟研究

研究了超短强激光脉冲在非扰动抛物型部分电离的预等离子体隧道中的传输特性.从Maxwell方程出发得到了两个包含衍射、三阶强度非线性、等离子体散焦、等离子体隧道聚焦以及相对论自聚焦等效应在内的激光场演化方程，即折射率方程和哈密顿-雅可比方程.在此基础 上得到了激光在等离子体隧道中传输的包络方程以及光斑半径与传输距离、隧道宽度等初始 参量的关系. 关键词： 等离子体隧道聚焦 相对论自聚焦 势阱     

无引导磁场Raman自由电子激光实验的理论分析

本文分析Raman自由电子激光中常用的双绕螺旋线摇摆器的自聚焦过程和自聚焦能力,得出束流稳定传输的条件,并与无引导磁场Raman自由电子激光实验中测得的传输束流进行分析比较。文中还对在电子脉冲线加速器EPA-74上完成的无引导磁场自由电子激光实验的辐射输出进行分析。理论分析与实验结果相符合。 关键词：     

高功率激光在非均匀大气中传输的自聚焦效应研究进展

地基激光空间碎片清除和利用激光辐射把转换的太阳能从空间轨道输运到地面等应用中,不可避免地遇到高功率激光在非均匀大气中的传输问题。由于激光功率已远远超过大气非线性自聚焦临界功率,大气自聚焦效应是影响光束质量的一个重要物理因素。概述了近年来国内外高功率激光在非均匀大气中上行或下行传输的自聚焦效应研究进展,主要介绍了高功率激光在非均匀大气中的传输模型、理论基础、数值和解析研究方法,着重介绍了自聚焦效应对激光传输特性和光束质量的影响,并总结了优化靶面光束质量的方案。此外,还介绍了大气群速度色散效应和大气湍流效应等物理因素对激光光束质量的影响。最后,还提出了该领域值得进一步深入研究的一些问题。     

强飞秒激光在云雾环境中的非线性传输

基于分层散射介质传输模型的概念,建立了综合考虑非线性光学效应、湍流扰动及粒子散射的飞秒激光云雾传输模型。利用该模型数值模拟了大气湍流和粒子散射等大气扰动类型对飞秒激光传输成丝动态演化过程的影响。结果表明,大气湍流能使脉冲形状产生不规则变化,对自聚焦成丝过程中的脉冲能量流动有重要影响;粒子散射可以使脉冲能量明显衰减,从而影响光丝的形成过程;飞秒激光在云雾环境中传输时,粒子数浓度越高,粒子半径越大,则形成光丝的长度越短,成丝过程中能量衰减越快,脉冲能量的总衰减量越多。研究结果可为真实大气条件下飞秒激光实际应用效能评估提供一定的理论依据。     

高强度飞秒激光脉冲在空气中的自压缩

利用高重复频率（1kHz）、吉瓦级飞秒激光脉冲实验验证了高强度飞秒脉冲在空气中的自 压缩现象，研究了入射脉冲在不同初始啁啾情况下经空气中聚焦成丝后，时域及频域特性随 入射脉冲能量的变化规律.实验结果表明，在无需后继色散补偿情况下，高强度飞秒脉冲仅 通过在空气中的非线性传输过程就可以实现脉冲压缩；在入射脉冲为负啁啾情况下，实验观 察到脉冲光谱及时域宽度同时得到压缩，并可获得比激光源所能提供的更短的近双曲正割型 变换限脉冲. 关键词： 高强度飞秒激光脉冲 自压缩 自聚焦     

负啁啾高强度飞秒脉冲在正常色散材料中传输特性研究

利用块状正常色散材料作非线性介质，实验研究了负啁啾强激光飞秒脉冲在正常色散材料的传输过程中，脉冲波形及频谱随入射脉冲能量的变化特性.实验发现，负啁啾脉冲经过材料后激光光谱在被整形和压缩的同时，脉冲宽度也被压缩.实验获得的压缩脉冲宽度短于相等光谱宽度下的双曲正割转换极限脉冲宽度.数值模拟结果显示，在实验条件下模拟结果具有同样的变化特性. 关键词： 飞秒脉冲 自压缩 负啁啾 自聚焦     

时空非对称光脉冲在饱和自聚集克尔介质中的传输

综合考虑了（２＋１）维和自聚焦克旬质昨时间非对称光脉冲的传输问题，利用变分法得以了光脉冲在传输中的准动量、能量守恒律，利用数值法研究了初始始不对称光脉冲饱和度，耦合强度对其束宽、脉冲宽度的影响。     

光脉冲在饱和自聚焦克尔介质中传输

综合考虑了在（２＋１）维饱和自聚焦克尔介质中光脉冲的传输问题，利用变分法得到了光脉冲在传输中的准动量，动量守恒律，利用数值法研究了初始不对称光脉冲饱和强度，耦合强度对其束宽，脉宽的影响。     

Compton散射对短脉冲强激光在次临界等离子体中自聚焦的影响

应用相对论理论和多光子非线性Compton散射模型,研究了Compton散射对短脉冲强激光在次临界等离子体中自聚焦的影响,提出了将入射光和Compton散射光作为形成激光自聚焦的新机制,给出了三级电流密度满足的修正方程,并进行了数值模拟。结果表明,相对论效应使等离子体中的短脉冲强激光自聚焦趋势减缓,而散射则加速了自聚焦的发展,总自聚焦趋势比无相对论时来得快一些,主要原因是由于散射光和入射光形成的耦合光频率较入射光频率增大,散射效应补偿了因相对论效应引起的自聚焦减缓效应的缘故。     

Compton散射对短脉冲强激光在次临界等离子体中自聚焦的影响

应用相对论理论和多光子非线性Compton散射模型,研究了Compton散射对短脉冲强激光在次临界等离子体中自聚焦的影响,提出了将入射光和Compton散射光作为形成激光自聚焦的新机制,给出了三级电流密度满足的修正方程,并进行了数值模拟。结果表明,相对论效应使等离子体中的短脉冲强激光自聚焦趋势减缓,而散射则加速了自聚焦的发展,总自聚焦趋势比无相对论时来得快一些,主要原因是由于散射光和入射光形成的耦合光频率较入射光频率增大,散射效应补偿了因相对论效应引起的自聚焦减缓效应的缘故。     

大芯径石英光纤中皮秒脉冲激光的自聚焦

本文报道了对大芯径石英光纤中皮秒脉冲激光自聚焦现象的实验研究和理论分析.文中测量了自聚焦先场的近场光强轮廓,研究了自聚焦光场的时域和频域性质,并对环形自聚焦光场的成因进行了解释.     

激光带宽抑制光束小尺度自聚焦效应的条件

激光带宽有利于抑制光束的小尺度自聚焦效应,从而突破非线性效应的限制提高高能固体激光器的输出功率。研究表明,带宽抑制小尺度自聚焦效应的程度与带宽和脉宽之比密切相关,相同脉宽条件下带宽越大对空间小尺度自聚焦的抑制作用越明显,而带宽一定时随着脉冲宽度的增大,带宽的抑制作用则逐渐变弱。在实际的钕玻璃激光放大系统中,由有限的增益带宽以及增益窄化等因素所限制的带宽量,决定了在这类固体激光系统中需要脉冲宽度短至皮秒量级才能有效利用激光带宽抑制小尺度自聚焦效应,而对于长至数十皮秒,甚至纳秒量级的长脉冲而言,如此有限的带宽量对小尺度自聚焦的抑制几乎不起作用。