超短脉冲强激光大气传输的非线性效应

超短脉冲强激光大气传输在光学遥感、电子对抗、以及人工放电等方面具有重要的应用．例如,利用超短脉冲强激光使得远距离处的大气局域电离,其所产生的紫外辐射可以为大气组分主动荧光光谱学研究提供光源。对短脉冲强激光在大气中的传输进行了理论分析,对超短脉冲强激光大气传输中的各种线性效应及非线性效应,诸如色散效应、非线性自聚焦效应、受激拉曼散射效应、多光子电离及隧道电离效应、电离引起的能量损耗效应、相对论聚焦、有质动力激发的等离子体尾波场等效应进行了讨论,给出了一组描述超短脉冲强激光大气传输的三维非线性传输方程,为此类问题的进一步研究提供了理论基础。     

超短强激光脉冲大气传输效应建模

超短脉冲强激光大气传输在光学遥感、电子对抗以及人工放电等方面具有重要的应用,对超短脉冲强激光在大气中的传输进行了理论分析,对超短脉冲强激光大气传输中各种线性效应及非线性效应。诸如色散效应、非线性自聚焦效应、受激拉曼散射效应、多光子电离及隧道电离效应、电离引起的能量损耗效应、相对论聚焦、有质动力激发的等离子体尾波场等效应进行了讨论,给出了一组描述超短脉冲强激光大气传输的三维非线性传输方程,为此类问题的进一步研究提供了理论基础。     

超短脉冲激光在导体中穿透深度的估算

对超短脉冲激光辐导电介质之间的相互作用进行了理论研究,在研究中把脉冲作为按泊松分布光子流,而介质被当作一种利用逆韧致效应来吸收光子的准自由电子系统对强超短脉冲激光辐射在导电介质中的穿透深度进行了估算。     

拉曼延迟克尔效应对超短脉冲激光自聚焦传输特性的影响

通过对包含拉曼延迟响应的非线性传输方程进行数值计算,研究了具有几十飞秒脉宽的超短脉冲激光在空气中传输时拉曼延迟克尔效应对自聚焦传输特性的影响.结果表明:克尔效应中的拉曼延迟响应使整个脉冲内的非线性折射率的峰值减小并向脉冲尾部偏移,使自聚焦效应首先发乍在脉冲的尾部,不仅降低了脉冲前部的自聚焦效应,也降低了整个脉冲的非线性...     

激光脉冲在氧气中传输受到高阶克尔效应非线性折射率变化的影响

强飞秒线性和非线性效应会影响强飞秒激光脉冲在氧气中的传输,非线性高阶克尔效应对其影响尤为重要。针对在氧气中的飞秒激光传输基于一个二维轴对称激光传输模型进行数值模拟,研究了激光在氧气中传输受到高阶克尔效应非线性折射率变化的影响。     

超短脉冲激光微孔加工(上)——理论研究

自20世纪60年代激光器被发明以来,其脉冲宽度被不断压缩至亚皮秒及飞秒量级,使得激光加工技术进入到了超短脉冲阶段。为了进一步优化超短脉冲激光的微加工,理论研究必不可少。主要论述了超短脉冲激光与不同类型材料之间的相互作用机制。简述了超短脉冲激光微孔加工中的典型物理特性,如等离子体效应、自聚焦和光丝效应及锥形辐射等。分析了超短脉冲激光微孔加工的理论研究现状,并得出了目前理论研究中存在的问题。     

准直脉冲激光大气传输热晕数值分析

大气通道上介质对激光部分能量的吸收,导致大气折射率的改变,形成自散焦负透镜,产生热晕．使激光发生畸变,限制了激光能量在大气中的有效传输．以准直脉冲高斯激光束大气传输为例,数值分析了热晕对由光束的声传递时间（即流体动力学时间）定义的两种脉冲长、短脉冲大气传输的影响：长脉冲受到非线性热晕效应影响很大,光束截面上光强发生了重新分布,轴上光强凹陷,峰值光强向周围扩展;短脉冲主要受到线性吸收的作用,受到的非线性热晕效应影响很小．提出了采用脉冲间隔适当的序列短脉冲传输来提高激光传输能量的方法．     

超短脉冲大气传输展宽及脉冲波形分析

激光通信技术是实现高效通信的重要手段.大气激光通信链路中,大气的散射、吸收和湍流严重制约激光传输质量.分析了激光通信系统中由于大气湍流和色散造成的脉宽展宽,计算了脉宽展宽量与湍流大气折射率结构常数、初始脉宽和传输距离之间的关系;比较了不同发射激光脉宽、不同发射能量下的脉冲波形特性.数值计算及仿真结果表明,激光脉宽随传输距离、大气湍流的增大而增大,长脉宽的超短脉冲激光受大气湍流和色散的影响小,并且脉宽增大,激光功率降低,研究结论对超短脉冲的应用具有一定的意义.     

高能激光大气传输中热晕与自聚焦的比较

通过分析激光在大气中传输所产生热晕效应和自聚焦效应的临界功率PWB和PK表明,在同样大气条件下,产生自聚焦的临界功率PK比产生热晕的临界功率PWB大约高5个量级。另外,分析了在同样激光功率下,不同宽度的脉冲激光在大气中传输时的热晕效应与自聚焦效应,一般情况下,微秒量级的脉冲激光在大气传输中的自聚焦效应可忽略,而对于超短飞秒脉冲激光,必须考虑自聚焦效应对传输的影响。     

高能激光大气传输中热晕与自聚焦的比较

通过分析激光在大气中传输所产生热晕效应和自聚焦效应的临界功率PTB和PK表明,在同样大气条件下,产生自聚焦的临界功率PK比产生热晕的临界功率PTB大约高5个量级。另外,分析了在同样激光功率下,不同宽度的脉冲激光在大气中传输时的热晕效应与自聚焦效应,一般情况下,微秒量级的脉冲激光在大气传输中的自聚焦效应可忽略,而对于超短飞秒脉冲激光,必须考虑自聚焦效应对传输的影响。     

超短脉冲偏振分割放大技术研究进展(特邀)

介绍了超短脉冲偏振分割器的基本类型和放大器的光路布局,总结了国内外采用偏振分割放大技术抑制光纤非线性效应、提高超短脉冲输出能量和突破增益介质抗损伤阈值方面的新进展。重点报道了偏振分割放大技术在高重复频率高功率掺铒飞秒激光器研制方面的最新进展,基于双程放大结构和多级偏振分割,同时实现超短脉冲的非线性放大与脉冲压缩,结合光学倍频,获得百毫瓦百飞秒,中心波长780 nm的激光脉冲,为实现结构紧凑、使用方便、环境稳定、光束质量好的飞秒激光光源提供了一个有效的技术途径,有望部分替代钛宝石激光器,在太赫兹产生、生物医学成像、光学非线性效应研究等方面拓展应用。     

高能量低重复频率超短激光脉冲的测量

利用非线性晶体 (BBO)的非共线匹配倍频效应 ,研制了实时测量高能量低重复频率超短激光脉冲宽度的单脉冲自相关仪 ,并对飞秒 (fs)参量放大器的输出脉冲宽度进行了测量 ,测得了 10 3fs的超短激光脉冲宽度。     

飞秒强激光的拉曼延迟克尔非线性效应研究

飞秒强脉冲激光具有高功率、窄脉宽和宽光谱等特点,其在大气传输过程中涉及很多线性和非线性的物理机制,高阶效应对传输将产生一系列重要的影响.采用数值方法求解包含拉曼延迟响应的非线性传输方程,研究了与拉曼延迟响应时间相当的、具有几十飞秒脉宽的飞秒强激光大气传输中拉曼延迟克尔非线性效应引起的非线性折射率变化、自聚焦和光谱展宽特...     

海水散射引起激光脉冲传输延迟的研究

将经典电子散射理论运用到光子散射研究中去,分析了海水散射效应引起的水下激光脉冲传输延迟效应,并采用小角度近似处理方法,推导出了传输延迟时间表达式,为机载激光测深中的实时测深误差校正提供了重要依据。     

高阶克尔效应非线性折射率的变化对激光脉冲在氮气中传输的影响

强飞秒激光脉冲在氮气传输时会受到线性和非线性效应的影响,其中非线性高阶克尔效应颇为重要。基于一个二维轴对称激光传输模型对强飞秒激光在氮气中的传输进行数值模拟,研究了高阶克尔效应各项非线性折射率的变化对激光传输的影响。     

超短脉冲激光与生物软组织相互作用机理研究

详细研究了超短脉冲激光与生物组织相互作用的机理,建立了生物软组织中激光诱导光学击穿模型;结果表明,对于纳秒或亚纳秒脉冲激光,强吸收介质的热电子发射对电子雪崩电离过程有很大影响,等离子体光学击穿阈值随生物组织吸收的增加而降低;在激光脉宽为亚皮秒量级时,多光子电离成为光学击穿的主要机制,介质的击穿阈值几乎与线性吸收系数无关.     

超短脉冲激光对生物软组织的等离子体诱导蚀除

详细研究了超短脉冲激光与生物组织相互作用的机理 ,建立了生物软组织中激光诱导光学击穿模型 ;结果表明 ,对于纳秒或亚纳秒脉冲激光 ,强吸收介质的热电子发射对电子雪崩电离过程有很大影响 ,等离子体光学击穿阈值随生物组织吸收的增加而降低 ;在激光脉宽为亚皮秒量级时 ,多光子电离成为光学击穿的主要机制 ,介质的击穿阈值几乎与线性吸收系数无关     

飞秒激光多脉冲烧蚀金属铁的数值模拟

从表面微结构加工需求出发,研究了超短脉冲对金属材料的烧蚀作用。利用双温方程推导了多脉冲辐照分析模型,分别对单脉冲及多脉冲烧蚀金属铁的温度变化规律进行了定量计算和比较。结果表明,激光能量密度、脉冲宽度、脉冲时间间隔是影响电子/晶格温度变化规律的几个主要因素,并最终绘制出了在不同的激光能量密度烧蚀下,材料达到烧蚀阈值需要的脉冲个数,以此为加工过程中的激光控制提供理论依据。     

无节点反谐振空芯光纤1064nm高功率皮秒脉冲传输

本文报道了利用自制低损耗、无节点反谐振空芯光纤传输高功率1064 nm皮秒脉冲激光的研究。光纤包层由7根平均壁厚为700 nm的细玻璃管组成,纤芯直径为42μm,外径为175μm。选择脉冲宽度为15 ps且重复频率可调谐的高功率激光器作为实验光源。使用不同长度的光纤进行了传输测试,测试结果表明：当输入单脉冲能量为403μJ、平均功率为40.3 W、峰值功率为26.8 MW的激光时,最高可实现370μJ的高能量激光输出,传输效率高达91.8%。分析了超短脉冲经过不同长度光纤后时域和频域的变化情况,结果表明：当光纤长度为1 m时,脉冲保持无畸变传输,光谱发生轻微变形;当光纤长度增长至3.3 m时,由于非线性效应的影响,脉冲宽度展宽至26 ps,光谱展宽至70 nm。本研究表明无节点反谐振空芯光纤有望在超短脉冲激光的传输应用领域发挥重要作用。     

基于少周期激光脉冲与气体等离子体作用的太赫兹到中红外超宽带辐射产生

超强少周期激光脉冲与气体等离子体作用可以产生强的宽带太赫兹脉冲辐射。本文以数值计算为主要工具研究了少周期激光脉冲与气体等离子体成丝作用产生的等离子体电流及对应的太赫兹辐射特性。该过程中的等离子体电离处于多光子电离和隧道电离的过渡阶段。结果显示,该机制能够产生从太赫兹到中红外的超宽带辐射,且辐射的电场振幅是少周期激光脉冲载波相位的周期函数。太赫兹脉冲由激光脉冲脉宽和等离子体电离的时间演化确定,而不是由等离子体密度决定。本文为基于少周期激光脉冲与气体等离子体作用产生超宽带太赫兹辐射的实验提供了一定的理论参考。