Rotational motions of optically trapped microscopic particles by a vortex femtosecond laser

The rotational motions of the optically trapped microscopic particles by the vortex femtosecond laser beam are investigated in this paper.Black particles can be trapped and rotated by a vortex femtosecond laser beam very effectively because the vortex beam carries orbital angular momentum due to the helical wave-front structure in assoication with the central phase singularity.Trapped black particles rotate in the vortex beam due to the absorption of the angular momentum transferred from the vortex beam.The rotating directions of the trapped particles can be modulated by reversing the topological charge of the optical vortex in the vortex femtosecond beam.And the rotating speeds of the trapped microscopic particles greatly depend on the topological charges of the vortex tweezer and the used pulse energies.

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。

时间分辨光学涡旋日冕仪及其在空气等离子体诊断中的应用

将泵浦—探测技术的时间分辨能力引入到光学涡旋日冕仪成像系统中,从而在实现微弱相位型物体无背景成像的同时对其做时间分辨诊断。将该技术应用于飞秒激光激发的空气等离子体的诊断。实验结果表明,利用该技术可以清晰地观察到空气等离子体的生成过程,且实验结果与数值模拟结果符合较好。另外,还观测到空气等离子体的两个衰减过程,并对其进行了双指数拟合分析。其中,具有较快时间尺度(-65 ps)的过程主要由电子与正离子复合导致,具有较慢时间尺度(-810 ps)的衰减过程主要由自由电子在氧气分子上的附着所致。

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。