一种教学用简易飞秒光纤激光器的研制

介绍了一种适合于日常高校光学或光电技术专业的研究生和高年级本科生熟悉、了解飞秒激光教学实验用的飞秒光纤激光器.该飞秒激光光源基于非线性旋转偏振效应被动锁模原理,输出脉冲宽度为440 fs、脉宽带宽积为0.362、中心波长在1560 nm附近、平均输出功率为12mW、脉冲重复频率为31.15MHz.     

利用单飞秒激光脉冲驱动类氖钛X射线激光的研究

提出了一种利用单飞秒激光脉冲驱动类氖钛X射线激光的物理方案.利用自相似方法研究了不同脉冲前沿的单飞秒激光辐照钛平板靶产生的类氖钛X射线激光等离子体的特性,得到了电子温度、电子密度和定标长度三者的定标律,讨论了给定输入参数下各定标律曲线的特性.研究表明,利用单个飞秒激光能够实现X射线激光的产生,而且脉冲前沿强度随时间增长平缓的飞秒激光有利于驱动X射线激光.本研究为实验上实现单飞秒激光脉冲驱动X射线激光提供了一种新的方案.     

Surface mico-structures on amorphous alloys induced by vortex femtosecond laser pulses

This paper investigates the generation of self-organized surface structures on amorphous alloys by vortex femtosecond laser pulses. The scanning electron microscope characterizations show that the as-formed structures are periodic ripples, aperiodic ripples, and `coral-like' structures. Optimal conditions for forming these surface structures are determined in terms of pulses number at a given pulse energy. The applicable mechanism is suggested to interpret the formation and evolution of the `coral-like' structures.     

用晶格玻尔兹曼方法研究颗粒在涡流中的运动

用晶格玻尔兹曼方法研究小颗粒在涡流中的运动.涡流由流经空腔的流体产生.用动量交换法和压力张量积分法计算颗粒在涡流中的运动轨迹、速度和角速度.最后用张量积分法计算两个不同半径的颗粒在涡流中的运动. 关键词： 晶格玻尔兹曼方法 涡流 颗粒     

Population transfer by femtosecond laser pulses in a ladder-type atomic system

The population transfer in a ladder-type atomic system driven by linearly polarized sech-shape femtosecond laser pulses is investigated by numerically solving Schr6dinger equation without including the rotating wave approximation （RWA）. It is shown that population transfer is mainly determined by the Rabi frequency （strength） of the driving laser field and the chirp rate, and that the ratio of the dipole moments and the pulse width also have a prominent effect on the population transfer. By choosing appropriate values of the above parameters, complete population transfer can be realized.     

High-intensity femtosecond laser absorption by rare-gas clusters

The energy absorption efficiency of high-intensity (～10^{16}W/cm^2) femtosecond laser pulses in a dense jet of large rare-gas clusters has been measured. Experimental results show that the energy absorption efficiency is strongly dependent on the cluster size and can be higher than 90%. The measurement of the ion energy indicates that the average ion energies of argon and xenon can be as high as 90 and 100keV, respectively. The dependence of the average energy of the ions on the cluster size is also measured. At comparatively low gas backing pressure, the average ion energies of argon and xenon increase with increasing gas backing pressure. The average ion energy of argon becomes saturated gradually with further increase of the gas backing pressure. For xenon, the average ion energy drops a little after the gas backing pressure exceeds 9 bar (3.2×10^5 atoms/cluster). The result showing the existence of a maximum average ion energy has been interpreted within the framework of the microplasma sphere model.     

飞秒激光诱导图案独立显示研究

介绍了采用中心波长为800 nm的飞秒激光在不锈钢(316L)表面诱导产生独立显示图案的研究。结果表明,当扫描速率为15 mm/s,扫描行距为20 m,能量密度为1.1 J/cm2时,飞秒激光能够在不锈钢表面形成均匀的周期为540 nm的亚波长条纹结构。利用条纹结构的方向与激光光波偏振方向严格垂直的特性,通过改变激光偏振,可以在金属表面形成不同方向的条纹图案。在照明白光的辐照下,改变样品的方位角,形成的图案能够以彩色方式显示出来。此外,对使图案彩色显示的坐标区域与图案色彩能够覆盖的可见光谱范围进行了研究,并对其可能的应用进行分析。     

飞秒激光诱导图案独立显示研究

介绍了采用中心波长为800nm的飞秒激光在不锈钢(316L)表面诱导产生独立显示图案的研究。结果表明,当扫描速率为15mm/s,扫描行距为20μm,能量密度为1.1J/cm2时,飞秒激光能够在不锈钢表面形成均匀的周期为540nm的亚波长条纹结构。利用条纹结构的方向与激光光波偏振方向严格垂直的特性,通过改变激光偏振,可以在金属表面形成不同方向的条纹图案。在照明白光的辐照下,改变样品的方位角,形成的图案能够以彩色方式显示出来。此外,对使图案彩色显示的坐标区域与图案色彩能够覆盖的可见光谱范围进行了研究,并对其可能的应用进行分析。     

飞秒抽运随机激光输出波形的可控性研究

本文基于随机激光的时域理论,研究了飞秒脉冲抽运下二维随机激光的辐射特性,并着重讨论了抽运脉冲的峰值强度、脉宽和脉冲波形对辐射光时域波形的影响.结果表明, 辐射光的时域波形强烈依赖于抽运光脉冲的参数,通过调整抽运方式可以控制辐射光的输出波形.数值模拟结果为研究随机激光输出波形的可控性技术提供了理论依据. 关键词： 激光物理 随机激光器 飞秒抽运 脉冲波形     

飞秒激光在双折射微结构光纤中模式控制的四波混频效应的实验研究

利用飞秒激光脉冲在长度为10cm，包层具有大空气比的双折射微结构光纤中通过高阶模相位 匹配的四波混频获得了波长可调谐的反斯托克斯波.实验中脉冲宽度为35fs，中心波长820nm ，单脉冲能量4nJ的飞秒激光脉冲耦合到长轴直径为5μm，短轴为46μm的双折射微结构光 纤中.在高阶模传输情况下，通过调制耦合光的偏振方向，获得了具有不同中心波长的反斯 托克斯波.通过对比分析，讨论了输入光的偏振态对双折射微结构光纤中高阶模式下四波混 频效应的影响情况.理论计算分析很好的解释了实验结果. 关键词： 微结构光纤 飞秒脉冲激光 四波混频     

飞秒激光烧蚀硅表面产生等离子体的发射光谱研究

对中心波长为800 nm,脉宽为100 fs的激光脉冲烧蚀空气中硅(111)产生的等离子体发射光谱进行了时间和空间分辨研究. 结果表明,在等离子体羽膨胀初期(小于50 ns时间范围内),等离子体发射光谱主要由连续光谱构成,此后连续光谱强度逐渐减弱,线状光谱开始占主导地位;在羽体膨胀过程中离子谱线的存在时间短于原子谱线的存在时间. 由时间分辨发射光谱发现在羽体膨胀过程中等离子体辐射波长存在红移现象,波长红移量随时间演化呈二次指数衰减. 最后给出等离子体发射光谱谱线强度的时空演化规律. 关键词： 飞秒激光 脉冲激光烧蚀 等离子体 发射光谱     

光学成像法和穿孔法测量飞秒激光焦斑特征

超短超强激光焦斑参数的精确测量是深入开展精密物理实验的前提。在SILEX-Ⅰ激光装置上,采用光学成像法和穿孔法测量了μJ级能量下的激光焦斑特性,采用光学成像方法得到了激光主瓣大小及能量集中度信息,通过穿孔法得到了激光能量透过率与不同大小孔径的关系曲线,并对两种方法得到的测量结果进行了比对研究。研究结果表明,光学焦斑测量法和穿孔法都可以比较准确地反映激光焦斑的能量分布情况,得到的能量分布偏差小于10%。     

飞秒激光作用下的硅表面微结构及发光特性

采用近红外飞秒激光辐照浸泡在硫酸溶液中的N型单晶硅片,激光波长800 nm,脉宽200 fs,重频1 kHz,平均功率为100 mW,而硫酸溶液的质量分数分别选择为0.1%和1%。辐照后硅表面呈直径为5~8 mm,高度15 mm的柱型结构。分析其荧光特性,并通过比较硅材料表面微结构与激光光源、扫描参数、硅片背景环境的关系,确定最佳辐照条件为激光扫描速度750 mm/s,扫描间距5 mm/s。最终在厚度0.5 mm、直径26 mm的硅片上获得10 mm×10 mm的方形扫描区域,荧光光谱显示激光扫描后的区域在700 nm附近有很强的荧光发射。分析结果表明飞秒激光扫描改变了样品的表面微结构尺寸,增大了吸收面积,扩展了荧光激发波长,有效提高了样品的吸收效率和荧光发光相对强度(超过扫描前发光相对强度的2倍),荧光发射谱的变化是由量子限制效应和表面态模型共同作用的结果。     

飞秒激光加工蓝宝石超衍射纳米结构

蓝宝石具有超强硬度及耐腐蚀、耐高温、在紫外-红外波段具有良好的透光性等优点,在军工业以及医疗器械方面具有广泛的应用前景.然而这些优点又对蓝宝石的机械加工或化学腐蚀加工带来困难.飞秒激光脉冲具有热损伤小、加工分辨率高、材料选择广等特点,被广泛应用于固体材料改性和高精度三维微纳器件加工.本文提出了利用飞秒激光多光子吸收特性在蓝宝石表面实现超越光学衍射极限的精细加工.利用聚焦后的波长为343 nm的飞秒激光,配合高精密三维压电位移台,实现激光焦点和蓝宝石晶体的相对三维移动,在蓝宝石晶体衬底上进行精确扫描,得到了线宽约61 nm的纳米线,纳米线间的最小间距达到142 nm左右.利用等离子体模型解释了加工得到的纳米条纹的产生原因,研究了激光功率、扫描速度对加工分辨率的影响.最终本工作实现了超越光学衍射极限的加工精度,为实现利用飞秒激光对高硬度材料的微纳结构制备提供了参考.     

Simulation of a chirped femtosecond relativistic laser pulse interaction with underdense plasma by using a hydrodynamic approach

A chirped laser pulse indicates that the laser frequency changes over the duration of the pulse: a positively (negatively) chirped pulse implies that the laser frequency increases (decreases) with time. In this paper, we use a simplified, fully relativistic hydrodynamic approach to simulate the influence of chirp on the propagation of a femtosecond relativistic laser pulse in underdense plasma. Based on this simplified cold‐fluid model, the influence of chirp on the main dynamics of the laser pulse, such as self‐steepening, red‐shift in the leading edge, variation of the frequency chirp, and the generated wakefields can be studied self‐consistently. The simulation results show that a pulse with a positive chirp results in a larger increment in the intensity parameter a₀ when propagating a certain distance into an underdense plasma compared with an un‐chirped and a negatively chirped pulse, which is largely because of a much greater forward shift of the peak amplitude and more severe pulse self‐steepening effect due to the frequency red‐shift at the leading edge when exciting a plasma wave. The ponderomotive force, which relates to the first‐order differential of the laser pulse intensity envelope, is expected to be stronger for a positively chirped pulse because of its steeper leading edge and larger intensity parameter a₀. As a result, the wakefield driven by the positively chirped laser pulse is more intense than that driven by an un‐chirped and a negatively chirped laser pulse, which is confirmed by our self‐consistent hydrodynamic simulation.     

飞秒脉冲激光辐照对硅发光性能的影响

利用飞秒脉冲激光对单晶硅进行辐照,研究了在不同环境(纯水和空气)和能量密度条件下激光刻蚀过后硅片的光致荧光特性.对于辐照后的硅片,利用了场发射扫描电子显微镜(FESEM)、能谱仪(EDS)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、光致荧光光谱仪(PL)进行表征.结果显示:在空气中样品表面形成了条纹状微结构,纯水中硅片表面生成了尺寸更小的珊瑚状微结构;激光刻蚀后在硅片表面的生成物主要是SiOx(x2),在纯水中处理后硅片氧元素的含量接近是空气中的4倍;傅里叶变换红外透射谱中主要为Si—Si键(610 cm-1)和Si—O—Si键(1105 cm-1)的振动;在空气和纯水中激发出的荧光均为蓝光(420—470 nm),在各自最佳激发波长下,纯水中荧光强度比空气中强2到3倍,但是在可见光范围内荧光峰的位置和形状都基本没有发生变化.研究表明:氧元素在光致发光增强上起着重要作用,光致发光最主要是由形成的氧缺陷SiOx(x2)导致的,生成低值氧化物SiOx的多少决定了发光的强弱.     

金纳米棒的飞秒激光组装研究

金属纳米粒子对于研究表面等离子体共振具有非常重要的意义,其自组装形成的功能组装体能够展现出更加优异的整体协同性能.本文通过飞秒激光加工对金纳米棒直接进行组装,不引入其它的修饰剂,过程简单、快速(约1 min),不仅保留了金纳米棒表面等离子特性,且可以实现金纳米棒的任意精细图案化.将组装的微纳结构用于微流控芯片表面增强拉曼散射探测,可以得到很好的增强效果,为等离子体器件的制备提供了新的方法.     

飞秒激光双光子微细加工技术及研究现状

飞秒激光双光子微细加工技术以其特有的高精度三维微加工优势,成为微型机械加工领域新的发展方向之一。介绍了飞秒激光双光子微细加工技术的原理和应用的现状。结合目前已有的微细加工技术,对双光子微细加工技术的特点加以评述。简要报道了利用飞秒激光双光子微细加工技术的一些研究进展。探讨了飞秒激光双光子微细加工技术今后的发展方向及其存在的基本问题。     

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     

基于飞秒激光模间拍频法的大尺寸测距方法

本文基于飞秒激光模间拍频法实现多波长相位式绝对距离测量, 通过改变光频梳重复频率合成波长扩大测距量程, 并采用监测臂和双快门切换系统补偿和消除由电路产生的相位差单向漂移和大幅抖动. 实验中以20倍重复频率的拍频进行测量, 在30 min内相位测量的标准偏差为0.022°; 与双频激光干涉仪比对1125 mm行程内位移测量结果, 测距精度优于50 μm; 实验验证了合成波长方法扩大量程方案的可行性, 获得的测距重复性优于3 μm, 该系统理论上可扩展量程至7.5 km.