飞秒超强激光在空气中光丝现象的研究

综述了飞秒超强激光脉冲在大气中传输机理的研究进展和现状 ,阐述了光丝现象的形成原理及其传输机制 ,并对其实验方法及其在实际中的应用做了详细分析 ,进而提出了光丝理论中尚未解决的问题及未来研究的方向     

飞秒光脉冲的应用

１２年前，产生（后来创记录的）６ｆｓ脉冲的真正魅力实际在于其本身的适用性。６ｆｓ时间光只传播了１．８μｍ，因此这种脉冲持续时间只有几个光波长。这种光脉冲并未接近时间分辨的量子极限，但它确实切出了一段科学家未曾在实验室见到的最精细时间。贝尔实验室一研究小组的演示标志着从皮秒锁模脉冲到飞秒状态的长期进程达到了顶峰并得到了头筹［１］。问题在于如何重复。像脉冲压缩方案把其输出脉冲压缩到６ｆｓ一样，碰撞脉冲锁模染料激光源也是物理学理论的优良运用。做此任务的设备摆满５～６张光学台，并需由专门小组作仔细调整。…     

飞秒大气探测灯

太阳、月亮、星星或定位在一定高度的灯是表征地球表面大气层特性的重要辐射源。但是这类发光源不能放在所需的任意理想测位上进行观察。因此，大气科学家长期来一直梦想将一种不需要馈线的的灯放在空中。在我们的实验中，将高功率飞砂激光脉冲垂直射入天空并观察白光产生的现象。我们采用与光谱仪和快速光电倍增器联机的望远镜记录后向散射光的特性，就能识别来自12km以上高度的后向散射白光。这种飞秒大气探测灯的特性近于实现空中无线白光光源的梦想，提供了大气研究领域颇具吸引力的新前景。采用吉瓦超短脉冲激光的聚焦光在气体中产生白…     

飞秒激光及其应用

从1980年后期起，超短光脉冲的产生及放大技术迅速发展。现在脉冲宽度已从飞秒(10^-15s)向阿秒(10^18s)发展，光脉冲峰值强度也从太瓦(1TW=10^12W)到拍瓦(1PW=10^15W)，聚焦光强度超过10^20W／cm^2。因此可以说飞秒激光的特征是超高速和超高强度,使飞秒激光器及其在各领域的应用倍受关注。     

飞秒激光光丝电学特性实验及模型分析

飞秒激光在高压放电、电场测量等领域中有广阔的应用前景,准确测量飞秒激光的相关电学参数是各领域中飞秒激光应用的前提。基于激光电学特性实验得到了光丝通道在恒定电场下的电流特征,通过电路仿真得出了实验电路的等效元件参数,并通过仿真结果与实验条件联立的方法逆推得出以下结论：对于飞秒激光经过辅助聚焦后形成的光丝,其在实验电路中的等效电阻随光丝传播距离的增加呈现先减小后增大的变化趋势。2.7 mJ飞秒激光光丝在通过5 m焦距透镜后,贯穿2.5 cm放电间隙。在这个过程中,当光丝传播距离为473.6～501.6 cm时,等效电阻为457.5～9122.5 kΩ。所提分析方法能够表征具体激光能量和聚焦距离下的飞秒激光光丝的电学特性,研究结果为飞秒激光在高电压领域中的应用提供了参数支持。     

强飞秒激光大气传输成丝特性研究

基于对强飞秒激光大气传输的非线性薛定谔方程的变分法,模拟研究飞秒激光大气传输成丝特性.研究了在是否考虑多光子吸收损耗的情况下,激光成丝状态的演化。研究表明：多光子吸收损耗会破坏自聚焦与等离子体散焦之间的动态平衡,进而引起成丝的不稳定性;在不同的入射功率下,成丝的起点位置会发生移动;在实验室条件下,Pin大于等于3Pcr 时才可能形成多次聚焦成丝传输。在继续增加激光入射功率时,光束因强烈聚焦发生崩塌而成多丝结构。     

飞秒激光成丝诱导荧光空间分布特性研究进展

光丝内部的超高钳制光强可诱导大气中的原子、分子等发生隧道电离或多光子电离,并辐射指纹荧光谱。得益于其在复杂大气环境中能够远距离传输的特点,飞秒激光成丝在大气远程探测方面具有广阔的应用前景。光丝诱导物质荧光的空间分布特性与成丝过程中激光、等离子体等参数密切相关,对于理解光丝内物理过程及调控光丝、提升远程探测信噪比等具有重要意义。综述了光丝诱导荧光在侧向、背向及前向三个重要方位的空间分布的研究进展,详细讨论了基于侧向分布表征光丝内光强及等离子体分布的方法,以及实验条件对荧光空间分布的影响,并对放大自发辐射现象及前向、背向远场空间分布的研究进展进行了介绍。最后对飞秒激光成丝诱导荧光空间分布的研究趋势进行了展望。     

用光谱位相相干电场重构法还原飞秒脉冲相位

基于光谱相位相干直接电场重建法(SPIDER)测量飞秒激光脉冲的基本原理和重构相位的反演算法,数值模拟了SPIDER技术重构飞秒脉冲相位的过程,分析了非线性晶体、时间延迟τ、光谱剪切量Ω的选取原则。以高斯型线性啁啾脉冲为例,还原出了脉冲的位相,得到不同的待测脉冲重构出的最佳位相曲线具有不同的最佳延迟时间和光谱剪切量。     

飞秒激光脉冲在大气中的色散及补偿

卫星飞秒激光测距理论上可达到亚微米量级的测距精度,但飞秒激光脉冲在大气中传输时由色散导致的脉冲展宽显著,会使测距精度下降。为补偿飞秒激光脉冲在大气中的色散需对其色散量进行定量计算。推导了飞秒激光脉冲在大气中的群速度色散和脉冲展宽公式,表明脉冲展宽程度和群速度色散及传输距离有关;中心波长相同的飞秒激光脉冲脉宽越窄色散越严重,而当脉宽相同时,中心波长越短色散越严重。计算比较了大气和BK7玻璃的群延时、群速度色散和三阶色散。卫星激光测距系统应采用中心波长较长的1 550 nm的飞秒激光脉冲,脉宽应适当选取。由于飞秒激光色散严重,提出了采用单模光纤序列进行粗补偿和采用光栅对进行精密补偿的两种补偿相结合的方式对其色散进行补偿。     

非线性光学效应在激光大气传输补偿中的应用

简要介绍了利用非线性光学效应实现激光大气传输补偿的基本过程,分析了非线性光学效应在激光大气传输补偿中的应用现状及可能的发展趋势。最后还简要介绍了国内在这个方向上开展的工作和进展情况。     

飞秒激光微孔加工发展综述

随着飞秒激光器的成熟,飞秒激光的应用越来越广泛。由于飞秒激光独特的属性,在微孔加工中具有明显的优势。本文介绍了飞秒激光与材料之间的相互作用机理、飞秒激光打孔的理论研究发展、打孔方式的研究以及各种飞秒激光加工参数的探索。总结了目前发展遇到的问题,未来的发展趋势并提出自己的观点。     

飞秒激光脉冲数对P型HgCdTe激光打孔成结效果的影响

飞秒激光对p型Hg Cd Te打孔形成PN结.该实验基于1 k Hz低重复频率飞秒激光采用不同脉冲数在p型Hg Cd Te上打孔形成尺寸不同的微孔结构.实验发现脉冲数是影响成结效果的重要参数.激光诱导电流(LBIC)检测表明,随着脉冲数由单个增至10个,微孔侧壁反型层宽度由13.5μm减小到10.5μm.当脉冲数增大至100个时,微孔LBIC信号曲线已严重偏离PN结所对应的正负峰对称线形,意味着结特性趋于失效.对LBIC曲线拟合表明,单脉冲打孔形成的PN结给出最大的载流子扩散长度,约为17μm,而10个脉冲对应的环孔PN结扩散长度则减小为12μm.     

连续偏光干涉法测量波片宽波段延迟量变化

为了测量石英波片宽光谱下相位延迟量,根据连续偏光干涉原理,提出了一种新的测量方法,并给出了相应波长的延迟量数据处理办法。采用岛津UV-3101PC分光光度计双光路比对测量方法,增加了采集数据的稳定可靠性,获得了已知厚度的石英波片300nm~800nm波段的连续偏光干涉谱,进行了理论分析和实验验证,获得了波片的宽光谱相位延迟量数据。结果表明,实验曲线和理论曲线吻合较好,测量平均误差不大于2°。这一结果对研究波片延迟量色散性质以及工艺进程的引导有重要实际意义。     

激光大气传输湍流与热晕综合效应

讨论了激光大气传输时的湍流与热晕综合效应问题.提出了根据湍流效应对热晕经验公式进行修正的处理方法,其物理基础是在湍流效应较明显的情况下,由相干距离决定的湍流Fresnel衍射参数远小于由发射口径决定的Fresnel衍射参数时,小尺度热晕的影响超过整束热晕占主导地位.将修正的经验公式与基于数值计算的定标公式相比较,结果令人满意.     

飞秒激光烧蚀石英玻璃所激发的内部应力波

通过重复采样和泵浦探测的实验方式,对飞秒激光烧蚀石英玻璃的内部动态过程进行了实验研究,获得了石英玻璃内部的时间分辨阴影图像.实验结果表明,在不同的延迟时间下,石英玻璃内部依次出现了多个应力波,并通过测量应力波的位置获得了其速度的实验演化规律.这些结果直观地展示了飞秒激光与物质之间相互作用中,材料内部的动态行为.     

飞秒激光制备光纤U形微结构应用于折射率传感

为了实现低成本、高精度的折射率测量,采用飞秒激光微加工技术,制备出基于U形微结构的多模光纤液体折射率传感器。研究了传感器的通光功率变化值与U形槽深度以及U形槽内液体折射率的关系,同时探究了在相同光损耗情况下不同烧蚀长度对灵敏度的影响,并使用射线理论和模式理论对传感机理进行了分析。结果表明,该传感器在折射率1.3331~1.3731范围内具有良好的线性响应,且可以做到5700μW/RIU的灵敏度;同时在10dB损耗情况下20μm烧蚀长度具有较好的灵敏度。该传感器具有结构简单、容易制备、灵敏度高和低成本等优点,在化学、生物、医学、环境监测等方面有广泛的应用前景。