飞秒光丝中等离子体荧光和声音信号的研究

为了探究飞秒激光成丝的内在机制以实现长度表征,采用荧光法和声学法,得到了不同入射激光脉冲能量下和偏振态下等离子体光丝的荧光光谱和声音信号信息。结果表明,在相同激光脉冲能量下圆偏振光产生的N_(2)荧光信号强度约为线偏振光的2倍,而线偏振光产生的N_(2)^(+)荧光信号强度则约为圆偏振光的1.3倍;等离子体荧光测量是获取等离子体光丝长度的有效途径,相比于声学测量法更精确。该研究为揭示相干激光发射随光丝长度变化的物理实质提供了光丝长度表征的可行方案。

丝电弧等离子体强化超声速点火和燃烧

在总结国外关于丝电弧等离子体强化超声速点火和燃烧现状的基础上,分析了丝电弧等离子体强化超声速点火和燃烧的特点.基于等离子体点火强化超声速燃烧的基本原理,设计了4种丝电弧等离子体强化超声速点火和燃烧的电极布置方案,凹槽式燃烧室强化燃烧方案、平板式单排纵向放电强化燃烧方案、平板式双排横向放电强化燃烧方案和平板式多排纵向放电强化燃烧方案.对每种方案的优缺点进行了分析;设计了丝电弧等离子体强化超声速点火和燃烧的放电特性试验系统,并进行了初步的放电试验.

超短强激光大气等离子体细丝中太赫兹辐射现象及其应用

超短强激光在大气中传输形成的等离子体细丝由于能够辐射出太赫兹信号而成为一种新的太赫兹辐射源,这对实现远距离太赫兹的远程传感具有重要的意义,在太赫兹辐射产生技术领域备受关注。详细综述了超短强激光大气等离子体细丝中产生太赫兹辐射现象的研究进展和现状,并着重对等离子体细丝产生太赫兹辐射的形成机理进行了概述和初步探讨,最后对其应用前景进行了展望,进而提出目前尚未解决的问题。

杨树叶片的飞秒等离子体丝诱导击穿光谱研究

开展了杨树叶片的飞秒激光等离子体丝诱导击穿光谱研究,定性比较分析了长春市区的第一汽车厂、火车站、净月潭公园及长春理工大学四个地理区域的杨树叶片中重金属元素Ca,Fe和Cr.实验结果表明,通过分析杨树叶片中CaⅡ393.37 nm和FeⅠ422.87 nm光谱谱线可知叶茎中Ca和Fe元素浓度均高于叶肉.比较长春四个地理区域的杨树叶的飞秒激光等离子体丝诱导击穿光谱,发现汽车厂附近的杨树叶内重金属Ca,Fe和Cr元素浓度最高,净月公园的杨树叶重金属浓度最低.由于飞秒激光等离子体丝光强度的"光学钳箍"效应,对于杨树叶片这种表面不平整样品,仍可获得稳定性较好的等离子体光谱.飞秒激光等离子体丝诱导光谱技术有望在环境污染在线检测具有广泛的潜在应用.

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．

丝阵Z-pinch等离子体内爆过程单丝特性研究

研究了丝阵 Z-pinch 等离子体内爆过程中,单丝行为及其物理参数的匹配,X 射线的发射情况,并对单丝的内爆过程进行了数值模拟。利用丝阵 Z-pinch等离子体动力学—维模型,研制了相关的计算程序,对丝阵箍缩匹配关系进行了计算。给出了丝阵初始半径、电流脉冲宽度和峰值电流的匹配关系。还对丝阵内的最小丝间距,材料的选择等的等问题进行了优化研究。

消融等离子体对金属丝阵Z箍缩内爆动力学的影响

结合火箭模型和雪耙模型,建立了完整自洽的丝阵Z箍缩消融-内爆模型,分析了消融等离子体对丝阵Z箍缩内爆动力学的影响,得到了比零维薄壳模型合理的内爆轨迹。在考虑消融等离子体向轴运动的情况下,计算了丝阵Z箍缩的内爆时间、内爆速度和动能,并且与零维薄壳模型进行了对比。结果表明,考虑消融等离子体运动得到的内爆动能低于零维薄壳模型计算结果,其内爆动能最大值所对应的负载线质量也低于薄壳模型。

数值仿真HPM大气击穿中等离子体丝状阵列的形成

文章结合Maxwell方程,修正的自洽电子流体方程,采用时域有限差分法(FDTD)对高功率微波(HPM)大气击穿进行了仿真,分析了等离子体丝状形成过程、原因,结果表明:气体击穿后,形成沿着波的传播方向规律的排列着的等离子体丝状,离散的丝状向源的方向发展,相邻等离子体丝状之间的距离略小于1/4波长,等离子体丝状向源方向发展是电离和扩散共同的结果。

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。

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。

飞秒激光等离子体丝金属表面微纳结构制备与调控

飞秒激光等离子体丝(飞秒光丝)表面处理技术可以实现远程、快速的、任意曲面的功能微纳结构制备,具有重要的应用价值。本文研究了在改变激光入射激光能量、扫描间距、扫描速度等参数的情况下,寻找稳定微纳结构的加工范围(在光丝传输方向上可以实现尺寸稳定的微纳结构制备的传输距离)。实验结果表明,在不同实验条件下,可实现稳定尺寸的微柱结构制备加工范围不同,这与飞秒光丝有效烧蚀金属表面的空间分布随丝传输方向变化有关。

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。

飞秒激光成丝过程中由等离子体光栅引起的超连续谱增强与转移

在飞秒宽带激光脉冲成丝过程中,由于双光束干涉效应而形成的空间等离子体光栅,研究了空气中飞秒宽带激光脉冲成丝所产生的超连续谱增强效应,并进一步观测到泵浦光脉冲成丝产生的超连续谱能量向较弱的未成丝的探测光脉冲转移,有效拓展探测光脉冲带宽的新现象.通过基于布拉格衍射特性的理论计算较好地解释了实验结果.

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.

110GHz微波电离大气产生等离子体过程的理论研究

将描述电磁波的Maxwell方程组和简化的等离子体流体方程组耦合数值求解,对110GHz微波电离大气产生等离子体的过程进行了理论研究.研究发现:在高气压下等离子体成丝状;中等气压下等离子体先成丝状,在向微波源移动的过程中逐渐向连续的等离子体区域过渡;低气压下电离产生连续的等离子体区域.不同气压下等离子体区域都向微波源方向移动.初始电子数密度分布只影响放电初始阶段的等离子体区域形状,不会影响成丝与否.等离子体区域在垂直于电场方向和平行于电场方向的移动规律不同.当电场平行于计算平面时,由于沿着电场方向等离子体两端存在强场区,等离子体区域被拉长,在较低的气压下会出现等离子体丝阵.

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。

Spatiotemporal evolution of high-aspect-ratio filamentary trace in sapphire of picosecond pulse burst-mode for laser lift-off

The influence of the picosecond(ps) pulsed burst with a nanosecond scale of temporal separation(50 ns) on filamentary traces in sapphire substrate is investigated. The spatiotemporal evolution of the filamentary plasma string induced by sub-pulses of the burst-mode is revealed according to the analysis of the instantaneous photoluminescence images. Due to the presence of residual plasma, the energy loss of sub-pulse during the balancing of self-focusing effect is reduced, and thus refreshes the plasma via refocusing. The refreshed plasma peak generated by the subsequent subpulse appears at relatively low density positions in the formed filamentary plasma string, which results in more uniform densities and less spatial overlap among the plasma peaks. The continuity and uniformity of the filamentary trace in sapphire are enhanced by the burst-mode. Besides, the burst filamentary propagation can also remain effective when the sub-pulse energy is below the self-focusing threshold. Based on this uniform and precise energy propagation mode, the feasibility of its use for the laser lift-off(LLO) process is verified.

整形飞秒激光脉冲在熔融石英中的成丝控制研究

利用基于液晶空间光调制器的飞秒激光脉冲整形技术,对飞秒激光在熔融石英中形成等离子体丝的过程进行优化控制研究。实验结果表明:通过脉冲整形可以在固体介质中的指定位置产生等离子体丝。实现了整形脉冲在熔融石英中成丝起点的长距离可控移动,最大移动量达到5.4 mm。通过求解(3+1)维非线性薛定谔方程,对整形脉冲在熔融石英中的成丝过程进行理论模拟研究,得到了与实验一致的结果。研究结果表明:等离子体丝起始位置是由整形飞秒脉冲的中心峰值强度和包络分布决定的。