对飞秒激光等离子体中成丝现象的研究

采用光学阴影法和散射光成像,对飞秒激光等离子体中的局域密度涨落进行了研究.在实验中观察到了成丝不稳定性现象.从理论上对有质动力引起的局域密度涨落进行了分析.分析表明,这种成丝不稳定性主要是由有质动力造成的.     

飞秒激光等离子体中成丝现象的研究

采用光学阴影法和散射光成像,对飞秒激光等离子体中的局域密度涨落进行了,在实验中观察到了成丝不稳定性现象,从理论上对有质动力引起的局域密度涨落进行了分析,分析表明,这种成丝不稳定性主要是由有质动力造成的。     

空气中飞秒激光成丝的荧光测量和声音测量实验研究

基础知识学习与知识综合应用的脱节一直困扰着大学基础物理教学。由于空气自聚焦效应和等离子体散焦效应共同导致的飞秒激光成丝现象是强激光非线性光学研究的热点话题。为了培养学生的对光学、原子物理学、电子学、数值分析和机械制图等基础知识的综合应用能力,和学生一起设计了创新演示实验去探究飞秒激光成丝过程。采用荧光测量和声音测量两种方法对比研究光丝在不同位置处的演化情况。     

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.     

平顶飞秒激光经圆锥透镜在熔融石英中成丝及超连续辐射

实验研究了平顶飞秒激光经圆锥透镜后在熔融石英中的成丝及超连续辐射.与高斯飞秒激光的成丝对比发现,平顶飞秒激光可以获得在圆锥透镜焦深区域内强度分布更为均匀的等离子体细丝,这一特征更有利于飞秒激光在固体介质中进行微纳加工等领域的应用.并且,在不损伤熔融石英的条件下,平顶飞秒激光成丝可以获得更高能量、更高转换效率的超连续辐射,这是因为若产生光强相近的细丝,平顶飞秒激光所需的初始激光能量更高,此激光能量下产生的细丝长度更长、均匀性更好.     

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     

基于飞秒激光等离子体丝诱导击穿光谱探测土壤重金属Cr元素含量

本文基于飞秒激光等离子体丝诱导击穿光谱对土壤重金属Cr元素含量进行了实验研究.利用荧光法对等离子体丝的长度进行测量,给出了在不同焦距聚焦透镜作用下土壤中Cr425.5 nm的谱线强度空间分布,实验给出了Cr元素的定标曲线.实验结果表明,土壤中Cr元素浓度分析测量的相对标准偏差小于5%,土壤中重金属Cr元素的检测极限为7.85 ppm.表明飞秒激光等离子体丝诱导击穿光谱技术在土壤重金属Cr元素含量的定量探测方面是完全可行的.     

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。     

整形飞秒激光脉冲的成丝超连续辐射控制

飞秒激光成丝超连续辐射具有高强度和高时空相干性等优点,作为一种超宽带光源在很多领域都具有广泛的应用前景.本文提出一种结合微透镜阵列的空间调制和基于液晶空间光调制器的时域整形的飞秒激光脉冲整形方式,利用基于遗传算法的反馈优化控制,实现了飞秒激光在熔融石英中成丝产生的超连续辐射强度的调制,得到了在一定范围内光谱强度可控的超连续辐射光谱;光谱的能量密度可以从0.03μJ/nm调制到0.09μJ/nm,其能量密度变化达到了初始值的3倍.计算了典型迭代代数对应的整形脉冲时域包络,分析了超连续光谱随迭代代数的演化趋势,结果表明,脉冲包络的峰值强度和波形分布是影响超连续光谱展宽和强度的主要物理原因.     

空气中飞秒激光等离子体荧光辐射光谱研究

系统地研究了不同聚焦条件下飞秒激光空气等离子体的荧光辐射特性以及空间演化情况.在紧聚焦情况下,由于焦点附近比较高的激光强度以及比较高的电子密度,辐射光谱表现为连续谱和线状原子光谱的叠加.在弱聚焦情况下,辐射光谱主要由很多分子线谱组成,而没有观测到连续谱的产生.还研究了光谱谱线强度随激光传输距离的演化情况,结果显示,光谱谱线的强度变化在一定程度上间接反映了等离子体细丝的演化情况.     

温度对飞秒激光脉冲在NaCl溶液中成丝产生的超连续谱的影响

利用飞秒激光脉冲在NaCl溶液中成丝,研究了溶液温度对飞秒激光成丝过程中产生的超连续谱的影响.发现在激光脉冲能量较低时,溶液温度对超连续谱的影响几乎可以忽略;而在激光脉冲能量较高时,随着NaCl溶液温度的升高,超连续谱呈现出被压缩的趋势.此外,在激光脉冲能量较高的情况下, NaCl中会产生大量的气泡.通过分析,得出了飞秒激光在溶液中成丝产生的气泡是影响超连续谱发射的主要因素.     

飞秒激光等离子体单丝导电性能的空间分辨研究

对飞秒激光等离子体单丝的导电性能进行空间分辨研究. 在消除测量时引入的接触电阻的影响后,得到单丝电阻在280-630 kΩ/cm范围. 为了进一步研究单丝的导电性能,对单丝诱导放电能力进行了空间分辨测量. 结果显示,最低放电阈值降低至自发放电的~50%. 从每段细丝的电阻和诱导放电阈值的空间分布看出:在成丝阶段,二者的变化趋势基本一致,细丝的电阻值和放电阈值均在焦点附近出现迅速下降. 将每段细丝的电阻和放电阈值相对应,建立了细丝诱导放电阈值-电阻的线性拟合关系,证实了细丝电阻对放电阈值的影响. 关键词： 飞秒激光 等离子体丝 电阻率 接触电阻     

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     

飞秒脉冲激光辐照下硅表面光致荧光特性

采用钛宝石飞秒脉冲激光对单晶硅在空气中进行辐照,研究了硅表面在不同扫描速度和能量密度下的光致荧光特性。光致荧光谱（PL）测量表明,在样品没有退火处理的情况下,激光扫描区域观察到橙色荧光峰（603 nm）和红色荧光带（680 nm附近）。扫描电子显微镜（SEM）测量显示,在飞秒脉冲激光辐照硅样品的过程中硅表面沉积了大量的纳米颗粒。利用傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）检测到了低值氧化物SiOx（x＜2）的存在,并且结合能谱仪（EDS）检测结果发现氧元素在光致发光中起着重要作用。研究表明：603 nm处橙色荧光峰来自微构造硅表面低值氧化物SiOx,680 nm附近红色荧光带来自量子限制效应。同时样品表面硅纳米颗粒的尺寸和氧元素的浓度分别决定了红色荧光带和橙色荧光的强度,通过调节飞秒激光脉冲的扫描速度和能量密度,可以有效地控制样品的荧光强度。     

激光诱导荧光技术在高焓空气氮原子测量中的应用

高超声速飞行器再入大气层时,受到激波的压缩和激波层内粘性阻滞作用,周围绕流流场的空气温度在4000～15000 K之间,使空气中的氧、氮分子发生离解,从而出现高温气体效应,形成高焓化学非平衡流.飞行器表面防热材料基本都含有大量的碳元素,通常情况下主要是氧原子与碳发生反应,但在焓值大于18 M J·kg-1的情况下,氮原...     

基于飞秒激光诱导化学发光的流场速度测量研究

研究了飞秒激光诱导化学发光测速技术,在氮气中加入少量甲烷,利用飞秒激光诱导其产生化学反应,并生成信号强度强,发光持续时间长的氰基荧光信号,进而实现高信噪比、高精度、宽范围的速度测量.实验发现,改变甲烷的浓度可以改变氰基荧光信号的强度和持续时间,浓度越低荧光信号持续时间越长.在甲烷浓度为500 ppm的实验条件下,可以得...     

基于飞秒激光的一维速度场测量方法

飞秒激光诱导氰基化学发光利用飞秒光丝标记流场中的气体分子,通过观测被标记分子在固定时间内的位移可获得流场的速度信息.一维的光丝在实验结果中包含了一维的速度场信息,但由于无法将光丝移动前后的位置信息精确关联,因此只能给出中心一点的速度.针对此问题,我们提出了一种一维速度场反演算法,可根据移动后光丝的位置及其线型反演出整条...     

飞秒激光技术的最新进展

详述飞秒激光脉冲技术的最新进展。利用激光系统直接产生的激光超短脉冲达６．５ｆｓ,通过脉冲的压缩放大技术,获得了４．５ｆｓ 的结果。     

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.     

飞秒光丝中等离子体密度时间演化特征

采用能够较为清晰、完整描述强飞秒激光等离子体通道内带电粒子产生过程及其演化的物理模型,进一步研究了飞秒光丝中等离子体密度的时间演化特征。计算结果表明：对于不同时间线型的脉冲,在等离子体通道形成过程中,氧气分子的电离贡献率及氮气分子的贡献率明显不同,不同线型的脉冲对高效维持高密度等离子体的寿命具有较大的影响。有效控制成丝脉冲线型能够达到对等离子体通道的高效利用。长脉冲、短波长虽能够获得较高密度等离子体通道,但其存活寿命却完全受限于通道的后期演化。