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。     

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...     

非线性光学效应在激光大气传输补偿中的应用

简要介绍了利用非线性光学效应实现激光大气传输补偿的基本过程,分析了非线性光学效应在激光大气传输补偿中的应用现状及可能的发展趋势。最后还简要介绍了国内在这个方向上开展的工作和进展情况。     

相位共轭补偿大气传输中SBS的阈值效应对目标上光强分布的影响

提出了在用非线性光学技术补偿激光大气传输过程中，利用受激布里渊散射（ＳＢＳ）的阈值效应可以在非配合目标上主动获得小面积的信标光斑。从理论上证明了在存在大气湍流的情况下，阈值效应对目标上信标光强分布的影响。最后分别就最初目标上的光斑是由两个强反射光点组成的光斑和是一个大面积的强度连续分布的光斑的情况进行了实验研究，实验结果与理论相符合。     

强激光大气传输特性分析及自适应光学技术

分析了强激光在大气传输中产生的折射、吸收、散射和湍流等线性光学效应，以及热晕、受激喇曼散射和大气击穿等非线性光学效应。同时介绍了自适应光学技术，以用于强激光发射。     

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。     

高能固体脉冲激光热晕效应相位补偿的数值分析

热晕效应是高能激光大气传输最重要的非线性效应之一。利用激光大气传输四维仿真程序,针对高能固体脉冲激光大气传输的非线性热晕效应,采用常规自适应光学系统与随机并行梯度算法自适应光学系统对其相位补偿进行了数值模拟和分析。结果表明:当脉冲宽度1 ms,重复频率10 Hz,单脉冲发射功率500 kW时,常规自适应光学系统补偿效果较好;当脉冲发射功率增加或者重复频率增加时,随机并行梯度下降算法自适应光学系统补偿效果较好。     

基于超快光克尔效应的超短脉冲光限幅器

超短脉冲激光因其独特的传播性质,在光电对抗领域具有重要的应用潜力。针对传统光限幅器件在超短脉冲激光限幅防护领域中存在的若干问题,提出一种基于超快光克尔效应的超短脉冲光限幅器。该限幅技术利用超短脉冲在非线性介质中诱导非线性偏振椭圆旋转(NER)效应,可实现超低阈值的光限幅输出,同时将非线性偏振椭圆旋转和自聚焦效应相结合,可保证器件在较大动态能量范围内具备限幅功能,该器件具备响应速度快、适用光谱范围宽的优点。系统阐述了NER效应的基本原理,并利用飞秒脉冲激光验证了基于NER和自聚焦效应的光限幅器的限幅性能。     

白光激光雷达的发展与应用

飞秒激光脉冲在空气中传输时产生独特的成丝现象,伴随着波长从紫外到中红外的超连续光谱辐射。高强度的光丝能继续与物质发生强烈的非线性相互作用,诱导多光子荧光和等离子体光谱等非线性光谱辐射。白光激光雷达以飞秒激光脉冲大气传输特性为基础,能提供多种遥感探测方法。文章阐述了飞秒激光脉冲成丝机理与白光激光雷达系统结构特点,介绍了国内外主要白光激光雷达的性能特点、白光激光雷达的主要探测方法与应用情况,最后分析了白光激光雷达的发展趋势。     

Self-focusing and guiding of short laser pulses in ionizing gasesand plasmas

Several features of intense, short-pulse (≲1 ps) laser propagation in gases undergoing ionization and in plasmas are reviewed, discussed, and analyzed. The wave equations for laser pulse propagation in a gas undergoing ionization and in a plasma are derived. The source-dependent expansion method is discussed, which is a general method for solving the paraxial wave equation with nonlinear source terms. In gases, the propagation of high-power (near the critical power) laser pulses is considered including the effects of diffraction, nonlinear self-focusing, ionization, and plasma generation. Self-guided solutions and the stability of these solutions are discussed. In plasmas, optical guiding by relativistic effects, ponderomotive effects, and preformed density channels is considered. The self consistent plasma response is discussed, including plasma wave effects and instabilities such as self-modulation. Recent experiments on the guiding of laser pulses in gases and in plasmas are briefly summarized     

强激光大气传输非线性热畸变效应的解析分析

高功率激光在大气中传输时产生的非线性热畸变效应对激光的传输形成严重的限制，使光束质量严重下降，到达靶面的光强远低于初始光强。文中分析了非线性热畸变形成的物理机制，从光波大气中传输的标量波动方程以及流体动力学方程组出发，对稳态和瞬态的各种非线性热畸变现象进行了分析，给出了非线性热畸变效应与激光参数的相关性，获得了较为满意的结果。     

有限长激光脉冲在部分离化等离子体中的传播

为了研究有限长激光脉冲在部分离化等离子体中的传播特性,采用变分法推导出有限长激光脉冲在部分离化等离子体中的参量演化方程,分析了尾波场、相对论自聚焦和部分离化非线性极化强度的影响因素;通过分析焦斑半径和脉冲宽度满足的耦合方程,讨论了横向和纵向尾波场影响下的激光脉冲传播特性。结果表明,由于焦斑半径和脉冲宽度的耦合,激光脉冲在部分离化等离子体中传播必须满足一定条件;在部分离化等离子体中,考虑激光传播时脉冲宽度的变化是有必要的;对给定强度的激光脉冲,等离子体密度不变时,随着电离程度增大,尾波场会进一步增强激光脉冲的自聚焦,其中纵向尾波场比横向尾波场对激光脉冲的自聚焦作用更明显。这一结果对有限长激光脉冲电离诱导自注入及尾波场加速电子的方案具有理论指导意义。     

超短光脉冲的频率分辨光学开关法测量研究

为了对二次谐波型和偏振开关型频率分辨光学开关法测量超短光脉冲的研究,利用矩阵的方法对实验系统中几种常见超短光脉冲的二次谐波-频率分辨光学开关和偏振开关-频率分辨光学开关光谱图进行了数值模拟,并采用基于矩阵的主元素广义投影算法从数值模拟的二次谐波-频率分辨光学开关光谱图中恢复了脉冲的振幅和相位,误差达到收敛的标准(G-4)。结果表明,频率分辨光学开关能够精确地测量超短光脉冲。     

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...     

Self-focusing during femtosecond micromachining of silicate glasses

Many recent investigations of micromachining with lasers, in vacuum and in ambient air environments, have demonstrated the improvements possible when using femtosecond-duration laser pulses compared with long laser pulses. There are obvious practical advantages for rapid micromachining in ambient air conditions. However, the maximum laser intensity and repetition rate are then eventually limited by the avalanche breakdown and nonlinear effects in the air through which the focused laser beam must propagate both outside the work piece and within the structure that is being machined. This paper investigates these limits in femtosecond deep hole drilling at high laser intensities in silicate glasses. In particular, it shows how nonlinear optical effects, particularly self-focusing, can dramatically affect hole shape and the rate of penetration during deep hole drilling. The experiments described here demonstrate how nonlinear Kerr focusing of femtosecond laser pulses occurs during propagation of intense femtosecond laser pulses through the atmosphere within the machined channel at powers levels significantly below the critical power for self-focusing in ambient air.     

极紫外啁啾多层膜反射镜产生亚飞秒脉冲

超短超强激光与稀有气体相互作用产生高次谐波获取亚飞秒脉冲是近年来超短超快光学的研究热点之一.具有谐波选择和啁啾补偿作用的极紫外啁啾多层膜反射镜是产生亚飞秒脉冲的有效元件.阐述了运用极紫外啁啾多层膜反射镜由高次谐波得到哑飞秒脉冲的机制,计算了特定实验条件下高次谐波产生过程中的啁啾,利用遗传算法完成了极紫外啁啾多层膜反射镜的设计,模拟分析了其产生亚飞秒脉冲的作用.结果表明,所设计极紫外啁啾多层膜反射镜能够获得半峰全宽为132 as的脉冲.