超短激光脉冲

概述了超短激光脉冲技术的发展进程、研究进展及其在液态分子研究方面、超快现象等领域的应用。     

利用激光感应瞬态光栅技术测量超短激光脉冲宽度

描述了利用激光感应瞬态光栅技术测量超短脉冲激光的脉冲宽度和相干时间的方法，来自同一光源的两束激光在非线性介质中相干形成积分光栅，测量光栅自衍射强度与两束光脉冲之间的延迟时间关系，利用相干光束的四阶相干函数关系，可以求出光源的脉冲宽度和相干时间。     

用飞秒激光在透明介质体内形成衍射光栅

用数值孔径为0.65的40倍显微透镜紧聚焦能量稍高于能量损伤阈值的200 fs的钛宝石激光脉冲,分别在ZK6玻璃和K9玻璃内部导致局部折射率改变,在透明介质内部形成透射式相位衍射光栅．在635 nm的He-Ne激光照射下,通过对光栅衍射效率的数值拟合计算,得出了的光栅条纹宽度与实际测量基本吻合,这从侧面证明了折射率改变区域为超高斯型的假定．还对折射率改变区域的性质进行了分析．在实验上观察到脉冲间的相互影响将导致折射率改变区域范围的增大．从理论上给出了增加1级衍射效率的途径．     

超短光脉冲——挑战极限

超短光脉冲———挑战极限用于产生飞秒脉冲的飞秒激光器是过去２０年间由激光科学发展起来的最强有力的新工具之一．１ｆｓ，即１０－１５ｓ，仅仅是１千万亿分之一秒．作为电磁波之一的光波，其相邻的两个波峰依次通过一点时，所用的时间也就是几个飞秒．这种接近光周期...     

飞秒超短脉冲激光加热金属平面靶

从能流分析出发,对飞秒超短脉冲激光与金属平面靶相互作用的机制进行了理论研究,对其中主要物理过程的能流损耗作了详尽的分析,并根据一维,双温热扩散模型推导了自由电子温度随时间变化的函数关系.并从理论上推导了超短脉冲近似假设成立的脉宽范围和在此条件下自由电子所能达到的最高温度表达式.     

紫外超短脉冲激光的单次测量

利用瞬态光栅衍射法研制了一台单次频率分辨光学开关激光参数测量仪,可以对脉宽范围在10 ps以内的紫外超短脉冲激光进行单次测量。利用该仪器对重复频率为10 Hz的放电泵浦和单次运行的电子束泵浦KrF准分子激光器的输出脉冲分别进行了单次测量,结果表明：对于放电泵浦,当系统工作在零啁啾附近时,脉冲波形和光谱分布较规则,相位分布起伏较小,当系统偏离零啁啾状态时,脉冲波形和光谱分布不再规则,并且相位分布为抛物线结构;对于单次运行的电子束泵浦,脉冲波形具有多峰结构,光谱具有复杂的调制,脉宽约为2 ps,带宽约为1.3 nm,相位分布为抛物线结构。     

紫外超短脉冲激光的单次测量

 利用瞬态光栅衍射法研制了一台单次频率分辨光学开关激光参数测量仪,可以对脉宽范围在10 ps以内的紫外超短脉冲激光进行单次测量。利用该仪器对重复频率为10 Hz的放电泵浦和单次运行的电子束泵浦KrF准分子激光器的输出脉冲分别进行了单次测量,结果表明：对于放电泵浦,当系统工作在零啁啾附近时,脉冲波形和光谱分布较规则,相位分布起伏较小,当系统偏离零啁啾状态时,脉冲波形和光谱分布不再规则,并且相位分布为抛物线结构;对于单次运行的电子束泵浦,脉冲波形具有多峰结构,光谱具有复杂的调制,脉宽约为2 ps,带宽约为1.3 nm,相位分布为抛物线结构。     

时空分布的超短激光脉冲烧蚀电介质材料时等离子体的产生

若考虑聚焦平面内固定区域,脉冲空间分布可简化为一维问题.在此基础上,从脉冲的传输过程出发,本文分析了时空分布的超短激光脉冲与电介质材料相互作用时等离子体形成模式.在材料内部累积的能量与脉冲宽度、与空间相关的损伤区域、等离子体形成时间及其吸收系数有关.     

光栅在超短脉冲激光照射下的塔尔博特效应

首先导出了光栅在短脉冲激光照射下的菲涅耳衍射光场的方程 ,利用该方程分析了一个开口比为 1∶4的光栅的衍射光场。数值计算结果表明当激光脉冲的半极大值全宽 (FWHM)Δτ在皮秒数量级时 ,可以得到塔尔博特自成像。当激光脉冲的 Δτ从皮秒逐渐减小时 ,塔尔博特自成像现象逐渐消失。而当激光脉冲的Δτ小于几十个飞秒时在第一个塔尔博特距离处光栅的衍射光强的最大值随Δτ的减小而减小     

基于高重复频率飞秒激光直写技术制作衍射光栅的研究

基于由光子晶体光纤飞秒激光器产生的高重复频率飞秒激光搭建了飞秒激光微加工系统,利用LabVIEW编写程序精密控制三维移动平台的移动路径和高速快门,在加工功率为1.5W、移动速率为1mm/s时,利用直写技术在无胶铬版上得到了微米量级的任意形状的平面衍射光栅。利用CCD相机对光栅制备过程进行实时监视,保证了光栅的加工质量。制备的光栅在显微镜下观察,条纹边缘清晰、线纹粗细均匀。使用He-Ne激光照射加工的光栅,可以获得清晰、稳定、与理论符合很好的夫琅和费(Frauhofer)衍射图样,显示了所加工的光栅具有良好的光学性能。实验结果也表明了光子晶体光纤飞秒激光在光栅制作过程中所具备的良好的加工性能。     

Interaction of intense laser pulses with hydrogen atomic clusters

The interaction between intense femtosecond laser pulses and hydrogen atomic clusters is studied by a simplified Coulomb explosion model. The dependences of average proton kinetic energy on cluster size, pulse duration, laser intensity and wavelength are studied respectively. The calculated results indicate that the irradiation of a femtosecond laser of longer wavelength on hydrogen atomic clusters may be a simple, economical way to produce highly kinetic hydrogen ions. The phenomenon suggests that the irradiation of femtosecond laser of longer wavelength on deuterium atomic clusters may be easier than that of shorter wavelength to drive nuclear fusion reactions. The product of the laser intensity and the squared laser wavelength needed to make proton energy saturated as a function of the squared cluster radius is also investigated. The proton energy distribution calculated is also shown and compared with the experimental data. Our results are in agreement with the experimental results fairly well.     

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     

基于瞬态光栅频率分辨光学开关法测量飞秒脉冲的研究

超宽光谱的飞秒脉冲测量一直是超快激光领域的重要研究方向之一.常规的飞秒脉冲自相关方法是通过测量自相关倍频信号来获得,而倍频信号具有波长选择性,不同中心波长的飞秒脉冲测量需要更换不同的倍频晶体,十分不方便.因此,提出了一种改进型的瞬态光栅频率分辨光学开关(TG-FROG)方法用于测量飞秒脉冲.该方法结合四波混频和频率分辨光学开关方法,其基本过程是将待测脉冲分为三束,其中两束脉冲经过精密的延时控制并聚焦在光学介质上达到时空重合,利用三阶非线性效应产生稳定的瞬态光栅作为开关光;另一束脉冲作为探测光与产生的瞬态光栅进行相互作用产生一个信号光,使用光谱仪对该信号光的光谱与延迟时间进行测量,并通过反演迭代算法处理而获取待测飞秒脉冲的光谱与电场信息.该方法只需要待测光的功率密度达到三阶非线性效应就可以实现测量,因此可以应用于任意中心波长的飞秒脉冲测量.利用该方法对中心波长分别为800 nm, 400 nm的飞秒脉冲,以及超连续亚10 fs的周期量级超宽光谱飞秒脉冲进行了测量,并与常规的干涉自相关仪器测量结果进行了比较,所得测量结果基本一致.实验结果表明,建立的基于TG-FROG方法对不同中心波长,不同脉冲宽度的飞秒脉冲测量是十分有效的.     

飞秒激光脉冲与金属光阴极相互作用

本文从理论上分析了飞秒激光与光阴极相互作用过程，采用双温模型分析了飞秒激光脉冲辐照下金属薄膜的温度效应。通过建立一个简单的光电效应模型，获得了最佳的金属光阴极厚度，通过该模型可以发现，产生的光电流对在飞秒激光脉冲辐照下的电子温度和晶格温度有着很大的依赖关系。     

飞秒激光激发空气电离的阈值研究

报道在脉宽50fs—22ps,波长800nm脉冲激光作用下的空气电离阈值的研究结果.利用探测等离子体发光信号的方法,实验测量了激发空气电离所需的阈值激光强度.结果表明,当激光脉冲宽度从50fs增加到22ps时,阈值光强I_th从8.7×10¹⁴W/cm²下降到2.7×10¹³W/cm²;I_th经历了由迅速降低逐渐发展为缓慢降低的过程.在50fs—1p 关键词： 飞秒激光 阈值 多光子电离 碰撞电离     

飞秒激光激发空气电离的阈值研究

报道在脉宽50fs—22ps，波长800nm脉冲激光作用下的空气电离阈值的研究结果.利用探测等离子体发光信号的方法，实验测量了激发空气电离所需的阈值激光强度.结果表明，当激光脉冲宽度从50fs增加到22ps时，阈值光强I_th从8.7×10¹⁴W/cm²下降到2.7×10¹³W/cm²；I_th经历了由迅速降低逐渐发展为缓慢降低的过程.在50fs—1p     

飞秒激光脉冲的频率分辨偏振光学开关法测量研究

建立了一台频率分辨偏振光学开关（PG FROG）法飞秒脉冲测量装置，利用该装置对“极光Ⅱ号”飞秒激光放大系统进行了测量.在利用偏振光学开关法测得的时域和频域信号基础上，结合对信号光强度分布的计算机迭代处理，得到了有关飞秒激光电场、光谱及其相位的信息；并且对系统工作在不同状态时的激光脉冲进行了测量和比较分析，给出了有关该系统较详细的电场、光谱、相位以及啁啾状况.结果显示，当系统工作在零啁啾附近时，该系统输出的激光脉冲的电场、光谱和相位分布较规则，相位起伏较小；当系统偏离零啁啾状态时，虽然电场和光谱变化不很明显，但相位分布变化剧烈. 关键词： 频率分辨偏振光学开关(PG FROG)法 飞秒激光 自相关     

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。     

飞秒纳秒脉冲激光微构造和掺杂单晶硅

在SF6气氛下,分别利用钛宝石飞秒脉冲激光与掺钕钇铝石榴石纳秒脉冲激光对单晶硅表面进行了微构造和重掺杂,以用于光伏材料。对制备的单晶硅表面微结构的形貌、结晶性和硫元素杂质含量与分布进行了研究。实验结果表明纳秒脉冲激光制备的单晶硅表面微结构的薄层电阻较小,缺陷密度较低（结晶性高）,硫元素杂质含量较高且在表面分布的范围较广,深度较大（约1 m）。此外,材料的可见-近红外波段吸收率可接近80%。基于纳秒脉冲激光微构造的单晶硅的优异性能,在样品表面制备了有效光照面积达8 cm2的太阳能电池。其中,最佳太阳能电池的串联电阻、开路电压、短路电流密度分别为0.5 , 503 mV, 35 mA/cm2,转换效率约12%。上述太阳能电池性能还可通过优化制备工艺进一步提高。