飞秒激光脉冲在混合气体介质中传输特性研究

围绕飞秒激光脉冲在混合气体介质中的成丝特性展开理论研究。通过数值求解非线性薛定谔传输方程,对比了不同气体介质中所形成光丝特征。研究结果表明,通过在氮气介质中掺入少量的惰性气体,可以实现对光丝内部光强、等离子体密度以及光强的时域演化特征进行调控。这一方法相比于传统方案,即通过调控入射激光脉冲参数或聚焦条件从而调控光丝特性,克服了对泵浦脉冲性能指标参数以及实验光路的依赖。该方法有望在飞秒激光诱导的非线性光谱研究领域得到更为广泛地应用。     

高斯光束和超高斯光束在空气介质中的成丝特性研究

研究了入射激光光束空间形态对飞秒激光光丝的影响。系统地比较了高斯光束和超高斯光束在空气介质中形成的光丝的特性。理论研究结果表明,在相同的条件下,相比于标准高斯光束,超高斯光束在轴上位置处更有利于获得高的钳制光强以及等离子密度。该研究结果表明,通过改变入射光束空间形态可以实现对光丝特性的调控。在实验上,该方法可以简单地通过在光路中插入圆形光阑,或者利用空间光调制器将传统的高斯光束转变为超高斯光束。     

高阶克尔效应对氩气介质中飞秒光丝的影响

利用飞秒光丝的强场非线性效应可大幅提高激光高精加工技术。在产生光丝的过程中,克尔效应起到了显著作用。由于以往没有测得高阶克尔折射系数,因此模拟计算只取低阶值。随着高阶克尔折射系数的测定,其作用受到了越来越多的关注。本文以氩气为传输介质,采用非线性薛定谔传输方程,分4组不同的折射系数情况来研究高阶克尔效应对成丝的影响。结果表明,尽管折射系数值相差不大,但其对成丝的影响却异常明显,甚至出现了不同的自聚焦-散焦过程和等离子体密度相差一个数量级等差异。这就意味着,在模拟利用光丝的强场非线性光学效应进行激光材料加工时,需选择与环境相一致的折射系数,以提高加工精度。     

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。