飞秒激光脉冲推进小球的实验研究

利用飞秒激光脉冲分别在水平和竖直方向上进行了推进微型小球的实验。实验中首次利用毫焦量级的飞秒激光脉冲(重复频率1kHz)推进质量在毫克量级的小球,将直径0.7 mm 的铁球水平推进了65 mm,直径接近1 mm 的聚苯乙烯小球竖直推进了72 mm。实验研究发现:无论是在水平还是在竖直方向上的推进,小球离开飞秒激光聚焦区域之前与小球发生作用的脉冲个数是决定推进效果的决定性因素。通过增大脉宽、换用较长焦距的聚焦透镜增加与小球作用的脉冲个数,可以将小球推进到更远的距离或更高的高度。

涡旋相位编码的径向矢量光束的紧聚焦特性

为了研究涡旋相位编码的径向矢量高斯光束经过高数值孔径物镜之后的聚焦特性,采用RICHARDS和WOLF提出的矢量积分理论和数值模拟方法,对聚焦场的特征进行了理论分析和模拟实验验证,取得聚焦场分布随涡旋相位物理参量之间的数据关系。结果表明,当单个涡旋相位编码于径向矢量高斯光束时,在聚焦场能够获得2维的径向和纵向分量;当双涡旋相位对称地编码于径向高斯矢量光束时,聚焦场会出现两个光学暗点,此光学暗点处的折射率低于周围环境的折射率。这一结果对提高光学微操控的灵活性,以及对双微粒的捕获与操控是有帮助的。

高强度飞秒激光脉冲烧蚀固体靶材的超快动力学过程的研究

本文报道了利用超快时间分辨阴影图方法对飞秒激光脉冲烧蚀金属铝的动态物理过程的研究。实验发现在50fs泵浦脉冲轰击靶表面后存在热与非热的烧蚀机制,证明在40J/cm2激光流量下超快激光烧蚀过程是一个涉及到多种不同物理和力学作用的复杂过程。在1—1.5ns延迟的阴影图中清晰地看到被烧蚀物质即将发生相位爆炸时产生的衍射条纹,在4ns和9ns延迟的阴影图中观察到喷射物内部存在由于极强热弹力波的出现而引起的间歇性物质喷射。在硅和玻璃的烧蚀实验中也观察到了类似的物理过程。但对于玻璃样品,没有观察到间歇性物质喷射现象。

基于萤火虫算法的衍射光学器件设计

针对采用经典的Gerchberg-Saxton算法设计的衍射光学器件(DOE)产生的光强分布相对误差较大,以及采用传统群智能优化算法设计的DOE光能利用率不高的不足,本文提出了利用萤火虫算法(FA)实现衍射光学器件设计的方法,兼顾了优化效率和优化结果。以激光匀束器的设计为例,在模拟计算中,利用FA经过5 000次迭代,得到的激光匀束器的光能利用率高达92.91%,绝对误差值低至0.60%。