飞秒强激光大气遥感新技术的原理和研究进展

飞秒强激光脉冲在大气中传输时,会形成狭长的、具有高激光强度、高等离子体密度、可远程产生和操控的通道,即光丝。光丝与物质相互作用时,高激光强度可激发物质辐射具有指纹特征的荧光谱线,成丝过程可产生覆盖整个大气光学传输窗口的超连续谱激光,通过光学差分吸收实现多组分大气成分的检测分析。飞秒强激光非线性成丝为多相态、多组分大气遥感提供了新的技术途径。主要围绕飞秒激光大气成丝远程诱导击穿光谱技术和光丝超连续谱激光雷达技术两种基于飞秒激光的大气遥感新技术,综述了两种技术的原理、光谱测量和分析方法及其相关研究进展,分析了飞秒强激光大气遥感应用存在的关键科学和技术问题并对未来发展进行了展望。

飞秒激光诱导多丝产生与调控研究进展

强飞秒激光在大气中的成丝过程伴随着自聚焦、群速度色散和等离子散焦等非线性光学现象,对于研究激光雷达、新型光源、人工降雨、大气污染物探测、激光远程探测和激光遥感等具有重要意义。飞秒激光在大气中传输时,通常会由于大气湍流导致的空气折射率扰动以及飞秒激光初始能量分布不均匀而产生随机多丝现象,从而影响了光丝的能量分布,缩短了光丝的传播距离并降低了光斑质量,限制了光丝的实际应用。本文介绍了近20年来国内外有关多丝调控研究的进展,分析了调节入射光束的椭圆率、改变激光场强梯度、调制激光相位、引入像散等多丝调控手段,旨在为研究飞秒激光多丝调控提供参考。这些调控手段都能在一定程度上消除多丝产生的随机性,但仍然存在多丝分布控制精度不高、激光能量损耗偏大、激光传输距离不够远等问题。因此,对多丝的调控还有待更加深入的研究。