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.

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 。

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。

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,p_(in)≥3p_(cr)时才可能形成多次聚焦成丝传输。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。

野外环境下太瓦飞秒激光等离子体通道特性研究

对太瓦(TW)飞秒激光在自然大气中传输时产生的超长等离子体通道的物理性质进行了研究。试验结果证实2 TW飞秒激光在大气中自由传输时实现了2km长的等离子体通道,长距离传输后通道内的等离子体电子密度约为10^11 cm^-3,仍然保持良好的导电性。高压放电试验也证实了有等离子体通道存在,可以将放电电压降低30%,说明激光诱导高压放电的有效性。本次试验研究表明长度为公里量级、长寿命大气等离子体通道的实现是可行的,将为激光引雷、大气监测、人工干预气候等实用化应用扫清技术上的障碍。

面向在轨遥感应用的飞秒激光成丝调制延长方法研究

飞秒激光在大气中的远距离传输对于实时快速的遥感探测具有重要的应用价值。文章通过在聚焦镜前增加圆孔石英板,提出了一种延长激光光丝产生等离子体通道的新方法,结果显示飞秒激光等离子体通道延长了一倍;同时,研究了不同激光脉冲能量下,圆孔石英板的直径和厚度对形成的等离子体通道的影响,发现石英板中心圆孔的直径对形成光丝长度具有显著影响。基于延长的飞秒激光光丝,探测了氦气中充入空气量对混合气体光谱的影响,发现光谱信息对氦气的浓度变化非常敏感。

飞秒激光在空气中成丝的研究进展

飞秒激光脉冲在空气中传播时,当克尔自聚焦效应与等离子散焦效应达到动态平衡之后,会形成稳定的等离子体通道。这个过程中伴随着超连续谱产生、太赫兹辐射、高次谐波发射和荧光发射等非线性现象。回顾了飞秒激光成丝的机理,介绍了国内外在飞秒激光成丝的应用以及控制方法方面的研究现状和进展。

大气中飞秒激光等离子体丝上荧光特性的研究

本文通过研究超短强激光脉冲在空气中形成的等离子体丝上荧光的特性，提出了一种间接获得等离子体丝上光强分布的方法．实验研究表明，等离子体丝上荧光主要分布在290—430nm的紫外区域，该区域内的线状谱来自于N2的第二正带分子谱线和N2^＋的第一负带离子谱线．同时等离子体丝上荧光强度与入射激光能量呈非线性增长关系，当入射激光能量低于11mJ，荧光强度快速增强表明丝上光强增大，当激光能量进一步增大时，丝上的光强变化缓慢，此时成丝结构逐步由单丝向多丝演化．同时通过研究等离子体丝上光强随光脉冲传输距离的变化规律，进一步验证了等离子体成丝机制是基于光束自聚焦效应和等离子体散焦过程之间的动态平衡的正确性．

激光等离子体丝阵列对10GHz微波传输特性的影响

为了研究飞秒激光等离子体丝阵列对10 GHz微波传输特性的影响,利用COMSOL软件构建了飞秒激光等离子体丝阵列与微波相互作用的数值仿真模型,研究了等离子体丝阵列参数、等离子体特征参数、阵列层数对微波反射率和透射率的影响。数值结果表明:当微波的电场方向垂直于等离子体丝轴向时,无论微波相对于丝阵列的入射角如何变化,丝阵列对微波完全没有影响。增加丝的直径或者电子数密度、减少阵列间距或者电子温度都可以使反射率增加,透射率减小。光丝直径为500μm,阵列间距为1 mm的等离子体丝阵列对10 GHz微波反射率最大可达到0.88,此时等离子体的特征参数为ne=1×1023m-3,Te=0.3 e V。当增加丝阵列的层数时,透射率减小,最终趋近于0,而反射率则保持不变。该研究结果对飞秒激光等离子体丝阵列屏蔽干扰微波具有重要意义。

飞秒激光脉冲成丝过程中激射信号的实验研究

为了使理工科专业学生了解和应用飞秒激光技术,设计搭建了双色激光场泵浦-探测实验测量装置,采用高分辨光谱仪测量了飞秒激光成丝过程中N+2离子391 nm激射信号。通过对比圆偏振和线偏振的泵浦激光作用下的激射光谱,探究了391 nm激射产生的物理机制,观测了不同转动能级间跃迁的量子拍频现象,并提取了拍频信号的频率。

强飞秒激光脉冲诱导空气等离子体细丝长度的声学测量

利用光电离模型对强飞秒激光脉冲诱导空气等离子体成丝做了理论解释,对等离子体细丝辐射的声音信号进行了探测,根据等离子体细丝在激光传输方向上不同位置辐射声音脉冲信号的强度不同,得到了等离子体细丝的长度信息。

飞秒激光脉冲在空气中成丝调控研究进展

在衍射、色散、克尔效应和多光子电离的动态平衡作用下,飞秒激光脉冲能够形成长距离的自引导光丝结构,并且伴随着狭长的等离子体通道。为精确控制超强飞秒激光脉冲在大气中的传输特性,针对飞秒光丝传输模式及光丝光场时空分布的有效调控已成为当前研究热点。在介绍飞秒激光成丝物理模型的基础上,对飞秒激光成丝调控方面的最新进展进行了综述,将光丝调控方式大致归结为两部分:时间调控和空间调控。其中,在空间维度上的调控主要可以分为相位调控、振幅调控以及特殊光场调控。同时指出飞秒激光大气成丝调制能产生众多的新效应,可为促进飞秒光丝实现更多新颖的潜在应用奠定基础。

强飞秒激光脉冲的水下传输特性及调控

通过数值模拟研究强飞秒激光在水下传输的特性,利用输入脉冲能量、透镜焦距及束腰宽度对其进行调控。结果表明:当系统参数选取合适时,可以通过透镜焦距有效地调控光丝在水下1 m到10 m范围内形成,且传输长度达到米级。随着透镜聚焦能力变弱(如f=10 m),产生的等离子体丝会发生剧烈的振荡,不利于波谱的水下探测,此时通过增加光束的束腰宽度,实现光丝在水下较远目标位置较稳定地传输。通过增加输入功率来平衡海水中杂质对激光能量的衰减效应,实现光丝在水下远距离的传输。

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 .

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 .

脉冲能量对飞秒激光等离子体丝形成的影响

研究了脉冲能量对飞秒激光等离子体丝形成的影响,基于荧光光谱法和照相图像法得到脉冲能量对飞秒激光等离子体丝长度和成丝起点的影响规律。实验结果表明:飞秒激光在大气中传输时,经透镜聚焦后形成较长的等离子体丝;随着脉冲能量的增大,等离子体丝的成丝起点位置向聚焦透镜位置移动,同时等离子体丝的长度增加;等离子体丝辐射的N2337nm荧光谱线强度峰值位置靠近聚焦透镜,并且整体荧光光谱强度得到增强;相比于照相图像法,荧光光谱法测量得到的等离子体丝长度更加可靠。最后对脉冲能量对等离子体丝起点位置的影响进行了理论解释。

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.

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—630kΩ/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.

超快强场激光在高温燃烧场中的成丝现象及其应用

超快强场激光在大气等光学介质中传输时会受到克尔自聚焦效应和等离子体散焦效应的动态调制,产生一种独特的非线性光学现象——激光成丝,在大气传感、太赫兹光谱产生、天气控制等研究领域具有重要的应用前景.针对超快强场激光在高温燃烧场成丝燃烧诊断应用,介绍了超快强场激光在燃烧场中成丝动力学过程以及传输成丝特性,综述了强场超快激光成丝诱导非线性光谱的机理及其在高温燃烧场诊断应用中的研究现状和进展,并探讨了当前强场超快激光成丝在该领域所面临的挑战和应用前景.

飞秒激光成丝的衍射分析方法

提出了一种用于模拟探测光穿过等离子体通道后衍射成像过程的分段衍射模型,该模型考虑了等离子体对探测光的散焦效应。将分段衍射模型与现有计算模型进行对比,并将模拟结果与基于纵向衍射测量法的实验结果进行拟合,获得了不同衍射环结构下的电子密度分布。结果表明:分段衍射模型可以拓展探测范围,实现对较高电子密度等离子体的测量。基于分段衍射模型测量电子密度和光丝尺寸的方法为精确诊断光丝提供了一种新思路。