飞秒涡旋激光在空气密度孔中成丝延长的理论研究

数值模拟空气密度孔对飞秒涡旋激光在空气中成丝的影响。研究结果表明,对于不同初始能量的飞秒涡旋激光,通过在涡旋光成丝起点附近引入适当长度的空气密度孔,其成丝长度都可以得到极大的延长,最大可延长为无密度孔情况的4倍多。进一步研究揭示其物理机制,空气密度孔的引入导致脉冲中心涡旋环的散焦,改变了原有的电子密度及其分布,削弱了对后沿脉冲的散焦,使得飞秒涡旋脉冲后沿能够再聚焦,进而延长了成丝过程。

圆偏振涡旋激光脉冲驱动等离子体产生飞秒磁脉冲的研究

飞秒磁场脉冲对研究超快磁化、超快退磁、超快磁存储和自旋超快动力学等过程具有重要意义。传统的脉冲磁场受限于脉冲电源性能无法获得毫秒量级以下的超短脉冲磁场,无法研究飞秒尺度的磁动力学过程。利用超短脉冲激光驱动等离子体产生旋转电流是目前产生飞秒磁场脉冲的有效方法。本文利用质点网格法模拟圆偏振拉盖尔高斯光束驱动等离子体中的电子运动从而产生光电流以及飞秒磁脉冲的过程,模拟产生了特斯拉量级的飞秒超短磁脉冲,并系统讨论了驱动激光强度与等离子体密度对磁脉冲的影响。结果表明,脉冲磁场的脉宽与驱动光一致,其强度随着激光场强度、等离子体密度增加而增加。通过本文研究寻找产生飞秒磁脉冲的优化实验参数,有望将超快磁动力学研究推进到飞秒时间尺度。

基于飞秒激光的可运动微结构加工与旋转驱动

微驱动技术由于驱动方式的多样性和应用的广泛性,在近年来受到了越来越多的关注。本文提出一种利用飞秒激光同时实现微结构加工和旋转驱动的技术。利用双光子聚合加工直径20~30μm的微转子结构,然后结合空间光调制器调制出带有光学轨道角动量的光场,实现对微转子结构的旋转驱动,并获得了40 r/s的转动速率。详细介绍了利用飞秒激光直写技术加工可运动微转子结构的实验过程与优化参数,利用空间光调制器生成了不同拓扑荷的涡旋光,研究了其传播与聚焦特性,并用于驱动转子的顺、逆时针旋转运动。这种可控光学驱动技术在微流控、光镊技术、靶向药物运输、细胞动态行为等领域具有广阔的应用前景。

飞秒涡旋光拓扑荷数的检测方法研究

基于夫琅禾费远场衍射理论和扇形屏衍射法,分别对低阶飞秒激光进行了涡旋光场检测的理论分析与实验研究。研究结果表明,飞秒激光包含的频率成分仅会对衍射结果的高频项结果产生相消作用,且频率成分越丰富该效应越强;但是,频率成分并不会改变中央主极大部分。因此,利用扇形屏衍射法可以对所产生超快涡旋光场进行检测。此外,扇形屏衍射结果的光场能量分布均匀性会受到扇形屏角度的影响,并随角度的增加而降低。本研究将该方法的适用范围扩展至飞秒脉冲激光领域,为扇形屏最佳测量角度的选择提供了依据,并为后续开展飞秒放大器的涡旋光场调制与检测提供了理论与实验基础。

飞秒涡旋光与产生的3次谐波在空气中的耦合传输

模拟飞秒涡旋光在空气中成丝产生涡旋3次谐波的过程。研究初始基频波的扰动分布和峰值功率对双色涡旋光演化的影响。对于具有对称扰动分布的初始基频波,双色涡旋不受初始峰值功率影响,能够在成丝过程中保持环形强度分布。但是,在高峰值功率情况下,涡旋的螺旋相位分布受到多丝的影响,多丝引起的相位积累效应破坏了双色涡旋的螺旋相位分布。对于具有不对称扰动的初始基频波,当形成多细丝时,双色涡旋的空间环形分布和螺旋相位分布都会被破坏。

离轴涡旋光束诱导空气等离子体产生太赫兹波

使用涡旋光束代替高斯光束作为产生光源,研究了涡旋光束产生太赫兹波的过程。探究了具有不同拓扑荷数的涡旋光束在产生太赫兹波时的差异,相位奇点的位置对产生太赫兹波的影响,不同脉冲强度和激光波长下涡旋光束产生的太赫兹波能量、频谱和偏振的变化。结果表明,产生的太赫兹波强度会随涡旋光束拓扑荷数的变化而变化,并且与涡旋中心的位置密切相关。涡旋光束所产生的太赫兹波随脉冲强度和激光波长的变化趋势与高斯光束一致。高斯光束与涡旋光束产生的太赫兹波在频谱和偏振上的变化趋势一致。