超短激光脉冲技术及其研究进展

首先阐述超短激光脉冲发展的几个历史阶段及其特点．并介绍了飞秒激光器的类型及飞秒脉冲的产生、放大与测量，最后介绍了飞秒激光技术的相关学科。     

超短脉冲激光脉宽的相关测量与脉冲重现

超短脉冲激光脉宽的相关测量与脉冲重现吴建光，张正泉（中国科学院上海光机所．上海２０１８００）前言在过去将近三十年的时间里，超短激光脉冲的产生与应用得到巨大发展，特别是近几年来可调谐超短脉冲固体激光器的出现，现在已可直接输出小于１０ｆｓ的脉冲。在物理学...     

基于单次自相关的超短脉冲激光脉宽测量研究

超短脉冲激光作为一种极短的时间探针,被广泛应用于物理学、化学、生物医学等各个领域。如何精确获取超短脉冲激光的时间脉宽,将是提高此时间探针精度的关键。文章展示了一种基于单次自相关技术的超短脉冲激光脉宽测量技术,并应用此装置进行了高精度实验测量,实验发现,随着和频光束束宽的增大,待测脉冲的脉宽也将随之增大。     

超短脉冲激光测量的标定方法

在研究总结现有超短激光脉冲测量方法的基础上，对皮秒激光脉冲的测量及飞秒激光脉冲自相关二次谐波(SHG)的测量方法进行了统一的校正。实验中，利用迈克尔逊干涉光路的相对光程差，产生已知时间间隔，作为时间基准对皮秒、飞秒激光脉冲的测量进行了标定。     

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。     

紫外超短脉冲的准分子激光放大技术

由于具有波长短、聚焦特性好、峰值功率高等优势,紫外超短脉冲在超快科学、强场物理等领域具有重要的应用价值。准分子激光工作气体作为增益介质在放大紫外超短脉冲方面具有独特的优势,利用准分子激光放大紫外超短脉冲获得高强度的激光输出为紫外激光的应用提供了新的可能性。概括介绍了准分子激光放大的特点,进而基于准分子的放大特性分单元介绍了紫外超短准分子激光放大技术,并对深紫外超短脉冲脉宽的测量进行了简单阐述。     

癌细胞的激光荧光光谱特性研究

研究用于癌症诊断与治疗的光敏剂血卟啉(hematoporphyrin derivative,HPD)对人体癌细胞与正常细胞的亲和性,采用超短脉冲激光光谱技术和皮秒时间相关单光子计数系统,测量经血卟啉培养的活体癌细胞与正常细胞的荧光光谱,观测到癌细胞样品在645nm处具有特有的光谱谱峰;测量不同浓度血卟啉荧光光谱,观测到随着血卟啉浓度的逐渐增大,在645nm处出现的光谱峰也随之显著增强。对荧光光谱的二阶导数光谱进行分析,发现癌细胞与浓度2×10-1mg/ml血卟啉的二阶导数光谱图形状相似,说明在癌细胞内部血卟啉浓度增大了约2个数量级。测量数据表明癌细胞对血卟啉有很强的亲和性,同时还得到了亲和性的量化值。测量结果确认了荧光光谱技术诊断与治疗癌症的可行性,并对化疗注射光敏剂药液浓度的计量提供参考。     

用于精密加工的超短激光脉冲

工业激光材料加工,常使用空间和时间上均密集的激光能量来作材料的烧蚀,诸如钻孔,切割、焊接或其它加工.激光已经成为一种独立的工业加工方法,激光的新应用领域正迅速发展.激光微细加工是激光材料加工的一个分支,一般是指那些特征尺寸小于100μm的加工.     

半导体激光超短脉冲宽度的非共线二次谐波自相关测量

设计了用于高重复率超短脉冲半导体激光脉宽测量的非共线二次谐波自相关测量装置。给出了实际测量结果。从理论上分析了该装置的时间分辨率。     

SOA双折射效应对超短光脉冲光谱特性的影响

探讨了半导体光放大器(SOA)中的双折射效应对超短光脉冲光谱特性的影响。双折射使得SOA对光的相位调制具有偏振相关性,TE模和TM模具有不同的光谱分布,从而总的光谱被展宽。研究表明,超短光脉冲在SOA中发生的光谱展宽中,很大程度上是来源于相位调制的偏振相关性,并与SOA的工作电流、光功率和脉冲形状等因素有关;通过在有源区中引进合适的应变和合适的波导设计,有可能消除这种不利影响。     

利用高阶光孤子压缩效应获得4．8ps超短半导体激光脉冲

对有损光纤中高阶光孤子压缩进行了理论分析，利用Ｆ－Ｐ光谱窗和高阶光孤子效应使增益开关ＤＦＢ激光器输出光脉冲脉宽由４４．２ｐｓ压缩至４．８ｐｓ，实验结果与理论结果相一致。     

激光脉冲对碳电极活化的研究

用１．０６μｍ波长的激光脉冲对玻璃碳电极、碳纤维电极进行了照射处理，处理后的碳电极表面活性有很大改善，Ｆｅ３＋／２＋、抗坏血酸的电极反应速率显著提高。初步认为，这种结果是在瞬间强激光的作用下，清除了表面惰性层，改变了表面微结构，暴露出更多的活性质点所致。     

超短脉冲掺Yb3+光纤激光器实验研究

报道了使用976nm半导体激光器作为抽运源。以掺Yb^3 光纤作增益介质构成环形腔激光器产生超短脉冲的实验研究。在腔体净群速度色散为正的掺Yb^3 光纤环形腔激光器中，采用非线性偏振旋转的相加脉冲锁模技术。通过调节偏振控制器的方向和减少腔内损耗，实现稳定的锁模运转。用示波器观察光纤激光器在时域的输出特性，在抽运光一定的情况下，随着光偏振状态的变化，光纤激光器锁模激光的变化呈现稳定和不稳定两个区域。在不稳定锁模区域，激光为不规则的脉冲。通过仔细调节光纤偏振控制器的位置，当光纤偏振控制器在某一适当位置时。激光器工作在稳定的锁模区域。获得最大功率为9．46mW，脉冲激光光谱宽度为10nm．脉冲的重复频率为15．4MHz。     

超短激光脉冲烧蚀铜材料的数值模拟

使用约化后的双温方程（DTE）对超短激光脉冲烧蚀铜薄层的过程进行了数值模拟；基于超短激光脉冲烧蚀过程中电子与晶格的温度不平衡性，分别模拟了这两个系统的温升过程，并由此得到了单脉冲烧蚀深度；通过变化激光能流，研究了脉冲能量对烧蚀深度的影响。模拟结果表明，随着激光能流的增加，相变爆炸引起的喷射出现得越深，同时材料烧蚀深度越大；理论计算与实验结果相吻合。     

用改进的光谱相位相干直接电场重构法装置测量飞秒激光脉冲的相位

在对光谱相位相干直接电场重构法(SPIDER)硬件和软件进行深入研究的基础上,建立了光谱相位相干直接电场重构法测量系统。测量装置中,利用厚度为50μm的非线性晶体(BBO)来保证测量装置的带宽,并对分束镜进行改进,使之引入色散减小。自行开发了一套基于Labveiw软件的光谱相位相干直接电场重构法测量系统,并能够用于实时测量。其中在还原算法中以脉冲对倍频干涉条纹中的ωτ作为线性快变项,并只对具有干涉条纹部分的频率范围进行还原相位,大大提高了光谱相位相干直接电场重构法测量的精度。用此系统测量了钛宝石激光振荡器的输出脉冲特性,并与干涉自相关比较,证实了测量的准确性。     

超快激光与生物含水组织相互作用

研究了超快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。在达到光学击穿阈值时 ,激光能量沉积在厚度约 1μm的薄层之内 ;随着激光能量显著超过击穿阈值 ,有效的激光透过深度减小。     

正五阶非线性下啁啾超短脉冲相互作用的研究

基于包含五阶复系数的高阶Ginzburg—Landau方程为模型,采用分步傅立叶方法数值研究了正五阶非线性作用下啁啾超短脉冲间的相互作用,结果表明:正、负五阶非线性对啁啾超短脉冲的影响并不相同,正五阶非线性作用下其相互作用更为严重,这对光通信系统是非常有害的。利用不等振幅法对啁啾超短脉冲间的相互作用进行有效的抑制。当相邻孤子的初始间距为6.8,正五阶非线性参数为+0.001,振幅比为1.2:1时,可以实现2个孤子长距离的保型传输。最后讨论了正五阶非线性作用下多孤子之间的相互作用及抑制。