脉冲激光导致水光学击穿阈值计算的简化模型

通过对自由电子密度速率方程的简化,得到了计算光学击穿阂值的解析式。将计算结果与波长分别在可见光和近红外波段,脉宽分别为纳秒、皮秒和飞秒的激光脉冲在纯净水和含有杂质的水中实验测量的击穿阈值做了比较,吻合较好。对于纳秒激光脉冲。在纯净水中多光子电离提供初始电子,随后雪崩电离很快在电离的过程中占主导地位。对于短脉冲,多光子电离作用显得尤为重要,并且在击穿的过程中复合损失和碰撞损失对击穿阈值的影响逐渐消失。     

深紫外飞秒激光脉宽测量

为准确测量193 nm深紫外飞秒激光的脉冲宽度，基于氟化钙的双光子荧光效应，设计并搭建了用于紫外飞秒激光脉冲的脉宽测量系统。双光子荧光信号强度与入射激光光强的平方依赖关系证明了获得双光子荧光信号的可靠性。利用插入法进行了CCD探测系统的数值标定，获得单像素对应的时间尺度为7.35 fs。单脉冲测量下，得到193 nm深紫外飞秒激光的脉宽为476.1 fs，与利用光谱法进行测量计算得到的结果基本吻合。     

走向阿秒前沿的X光脉冲

在采用7fs、770mm的激光脉冲进行的高次谐波实验中产生了光子能量约为90eV的单个软x光脉冲，并通过激光场中氪气的光电离过程对其进行了研究。在探测垂直于激光偏振方向的光电子能谱中，由于此方向上激光场引起的电子能谱展宽受到抑制，从而使研究人员能够观测到激光场引起的能谱移动，获得亚激光周期的时间分辨率。测量了脉宽为1.8fs( 0.7/-1.2fs)的单个X光脉冲，它比激光的振荡周期（2.6fs)还要短。本文采用的亚飞秒激光脉冲的产生和测量方法，对于很宽波长范围的X射线都是适用的，这为阿秒实验科学铺平了道路。探索比激发光场还要快的原子过程将不再是遥不可及的事。     

单分子弛豫时间的亚微微秒测量

贝尔实验室光学材料部的研究人员Β. I. Greene和R. C. Farrow已用时间分辨多光子电离的激光技术(紫外预备脉冲后面再有一个延迟时间精确可变的强电离脉冲,波长625毫微米，脉宽0.25微微秒）测量了在S1激发态的汽相顺式均二苯代乙烯0.32微微秒的指数弛豫时间常数，确信这个弛豫相应于其分子相对于碳-碳双键的快速扭转，扭转振动周期是0.38微微秒。     

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。     

不同脉宽激光和频产生蓝色超短激光的模拟研究

为了扩展现有飞秒激光的波段,采用非周期的准位相匹配光学超晶格进行了两束激光的和频研究.光学超晶格的结构由遗传算法根据要求模拟计算得到,在此结构晶体上进行平顶长脉宽激光与飞秒激光和频,可以有效地抑制和频光的脉宽展宽,生成457nm的蓝色飞秒激光.结果表明,该技术提供了一种通过两束不同激光和频产生新波长超短脉冲激光的全新技术方案.     

康奈尔大学获得超短紫外光脉冲

美国康奈尔大学一科学家小组已获得脉宽不到0.1 ps的紫外激光脉冲。脉冲的波长范围在315 nm，脉宽窄至43 fs,重复频率100 MHz,功率达20 mW。飞秒激光脉冲已成为研究化学反应之类极短寿命问题的重要工具，飞秒激光对研究高速半导体电子器件和光学器件的动力学过程及最终极限也有重要意义。     

紫外/可见皮秒条纹相机时空分辨率

从整机的角度出发，阐述了影响条纹相机空间分辨率和时间分辨率的主要因素。用不同的方法对ＺＰＴ－３Ｋ紫外／可见皮秒条纹相机在不同波段的空间分辨率进行了测量，分析了测量结果在紫外和可见光波段产生差别的原因。利用直腔式染料锁模激光器输出的超短激光脉冲，测量了条纹相机在可见波段的时间分辨率。估算了相机在紫外波段的时间分辨率，在测量条纹相机时间分辨率时，采用了光程差法，降低了测量相机时间分辨率对光源脉宽的限制，得到了较好的实验结果     

超短脉冲激光对无机硅材料的损伤

通过控制作用于材料表面的激光能量和脉冲数量,实验研究了800nm,50fs,1kHz激光作用下融石英玻璃和硅片的破坏机制和损伤规律,计算了材料的损伤阈值与脉冲能量以及脉冲数量的依赖关系,并采用简化的理论模型计算了熔石英玻璃材料的损伤阈值与激光脉宽以及光子能量之间的依赖关系。对这两种无机硅材料在飞秒脉冲作用后的微区结构改变进行了扫描电子显微镜(SEM)测试,研究了其形貌特征。结果表明,硅片是由缺陷中的导带电子作为种子电子引发雪崩电离导致材料损伤,而熔石英玻璃是由多光子电离激发出导带电子引发雪崩电离导致材料损伤。     

飞秒脉冲的破坏阈值研究

在Stuart等人理论模型的基础上,综合考虑Ming等人对电子密度衰减机制的研究,对飞秒激光的破坏机制进行了分析。通过计算模拟,分析了多光子电离、雪崩电离、电子衰减等机制与被辐照介质中自由电子密度之间的关系。分析表明脉冲宽度越窄,多光子电离过程提供的自由电子比例越小,其对激光破坏的作用也越小,此时雪崩电离过程将提供绝大部分电子,起到主导的作用;而随着脉宽增大,多光子电离提供的自由电子比例也将增大,其作用逐渐增强。当考虑衰减机制的影响后,电子密度在脉冲后沿不是维持在一个稳定的值,而是在达到极大值后呈下降趋势。在研究电子密度的基础上,利用计算飞秒脉冲破坏阈值的模型,分析了不同的衰减因子对破坏阈值的影响,研究表明,考虑电子衰减机制模拟得到的破坏阈值比不考虑时有所提高。     

利用块状介质进行飞秒强激光脉冲的腔外压缩

高强度飞秒激光脉冲的腔外压缩是获得高次谐波阿秒脉冲驱动源的必要手段.实验研究了超强超短飞秒激光脉冲在经过块状介质后的光谱展宽和色散补偿压缩现象.单脉冲能量0.26 mJ,脉宽50 fs的激光脉冲经透镜在空气中聚焦后再入射到块状材料上,出射脉冲光谱被展宽到接近40 nm.由于在块状材料中的自聚焦效应,出射光束质量变好并保持较小的空间啁啾.利用熔融石英棱镜对补偿带有正色散的出射脉冲,最后得到＞0.1 mJ,19 fs的压缩脉冲.利用SPIDER装置测量了出射脉冲的脉宽和光谱相位.整个系统的能量效率大约为35%,压缩后的激光脉冲具有很好的空间分布和平滑的时域包络.实验结果实现了利用块状材料对飞秒激光脉冲的腔外压缩,这种方法将适用于对更高能量飞秒脉冲的压缩.     

频率分辨光学开关法测量飞秒脉冲

阐述了频率分辨光学开关法测量飞秒脉冲的原理,详细分析了模式尺寸效应和非线性效应对飞秒脉冲测量的影响.构建了一台用于飞秒脉冲测量的二次谐波-频率分辨光学开关装置,利用该装置对谐振腔输出的飞秒脉冲及压缩后的脉冲进行了测量.得到了飞秒脉冲的时间宽度及光谱宽度、电场及其相位在时域和频域的详细信息.谐振腔直接输出脉冲的时间宽度为56 fs,光谱宽度为27 nm,时间带宽积为0.686,算法中的最小误差为0.001792.脉冲压缩后的测量结果为27 fs,光谱宽度为92 m,时间带宽积为1.27,算法误差为0.0093289.     

飞秒激光产生与放大技术

介绍了飞秒激光的发展和相关的应用。重点讨论了产生飞秒激光脉冲的几种方法;激光脉冲色散的物理机制及补偿方法;获得变换极限脉冲的条件等。还介绍了超短超强激光脉冲的放大与压缩技术,获得高功率窄脉冲的基本条件和啁啾脉冲放大原理;详细地讨论了基于非线性效应实现高信噪比、宽光谱、高效率脉冲放大的光参量啁啾脉冲放大技术,在飞秒激光脉冲放大中的应用和发展前景。最后还阐述了阿秒光脉冲产生与测量的新技术。     

基于热效应飞秒激光诱导LiNbO3表面结构的研究

为了研究飞秒激光与铌酸锂表面作用过程中热效应对其表面的影响,采用重复频率为25MHz、脉宽为100fs、平均输出功率为500mW的紧聚焦飞秒激光对铌酸锂表面进行刻蚀.通过建立热扩散理论模型,模拟重复频率25MHz的飞秒激光在刻蚀点的温度场分布,并通过电子显微镜对刻蚀点的形貌进行分析,发现刻蚀点从内至外形成了3种大小不同、排列疏密不同的颗粒状结构区域,且中心区域被高温烧蚀并伴有裂缝产生.通过能量色散谱仪对刻蚀点的3种不同结构区域中Nb和O元素的相对含量进行测量,结合刻蚀点的温度场分布、形貌和元素含量进行了分析.结果表明,Nb和O元素在温度场的驱动下向外扩散;两者的相对含量对刻蚀点的表面结构具有极大影响.这一结果对高重频飞秒激光刻蚀铌酸锂物理机制及应用的研究是有帮助的.     

飞秒激光测距中空气色散补偿理论研究

研究了飞秒激光测距中空气色散对其脉冲宽度的影响,探讨了飞秒激光脉冲宽度随入射初始飞秒脉冲宽度、中心波长和激光传输距离等参数的变化关系。为保证飞秒激光测距精度,提出采用高密度透射式光栅的飞秒激光测距空气色散补偿方法,并详细分析了光栅周期、光栅对间距对不同中心波长的飞秒激光脉冲宽度压缩的影响。该方法具有体积小和操作方便等优点,对采用飞秒脉冲激光进行长距离高精度测量实验研究具有一定的指导意义。     

Micro-LED蓝宝石衬底AlN上GaN激光剥离研究

为了比较分析纳秒激光和皮秒激光剥离微型发光二极管(micro-LED)时AlN上GaN的热传导效果, 采用了改进的实时紫外光吸收和热传导的激光剥离理论模型进行计算分析的方法, 取得了在不同的激光波长、激光脉冲宽度、激光能量密度下的紫外波段光辐照时和停止辐照后GaN材料热场分布等数据, 并获得了适合micro-LED器件剥离的所用纳秒激光和皮秒激光的阈值条件。结果表明, 激光脉宽、激光波长、激光能量密度是实现激光剥离工艺的关键因素; 较适合的激光波长为209 nm~365 nm的紫外波段; 皮秒激光的剥离效果优于纳米激光, 且激光的脉冲宽度越短, 激光的波长越短, 剥离所需激光脉冲阈值能量也越低, 则对LED芯片区域的热影响也越小。该研究可为开发新型激光剥离设备和相关工艺应用提供重要参考。     

Soliton dynamics in photonic-crystal fibers for coherent Raman microspectroscopy and microscopy

We describe various generation schemes that employ soliton dynamics in photonic-crystal fibers to generate a red-shifted femtosecond pulse with high efficiency. We then detail how to use this pulse along with the initial femtosecond laser pulse for coherent Raman experiments. We describe various measurement schemes that, though utilizing this pair of femtosecond pulses, mimick the preferred measurement scheme for coherent Raman microspectroscopy where one pulse is transform-limited and of picosecond duration; or for coherent Raman microscopy where both pulses are transform-limited and of picosecond duration. We finally discuss how to increase pulse energy and give some perspective on the realization of a coherent Raman endoscope based on soliton dynamics.     

高功率掺镱全固态飞秒激光器

开展了激光二极管泵浦的高功率掺镱全固态飞秒激光器的研究。利用Yb:LYSO晶体实现了高功率高效率的半导体可饱和吸收镜锁模飞秒振荡器,分别在1 035、1 042 nm实现了3 W的稳定锁模运转,相应的脉冲宽度分别为351、287 fs,斜效率分别为88.2%和89.7%;通过将增益介质与克尔介质分开,利用大功率多模LD直接泵浦Yb:CYA晶体实现了高功率的克尔透镜锁模飞秒振荡器,脉冲宽度70 fs,平均输出功率2.52 W,重复频率50 MHz,获得了50 nJ的单脉冲能量且峰值功率达到0.71 MW。表明上述掺镱晶体在高功率二极管泵浦全固态激光器领域中具有非常优异的性能。     

超短及超强脉冲激光研究进展

超短及超强脉冲激光是具有广泛应用的前沿技术，结合国际上有关该研究的最新进展，介绍了最近在周期量级脉冲激光的产生及包络相位测量、红外飞秒镁橄榄石激光研究、高精度飞秒激光同步、350 TW啁啾脉冲放大激光、飞秒激光腔外压缩等方面取得的结果。