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...     

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。     

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。     

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。     

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。     

波前像差对超短飞秒激光脉冲聚焦特性的影响

为了研究波前像差对超短飞秒激光脉冲聚焦特性的影响, 基于瑞利-索末菲标量衍射理论, 对比研究了在散焦、像散、慧差、三叶形像差以及球差等各类波前像差下, 均匀强度分布和高斯强度分布的超短飞秒激光脉冲的聚焦特性。结果表明, 波前像差对均匀强度分布的飞秒脉冲在焦平面处的光强分布具有明显的不利影响, 从而降低飞秒脉冲的聚焦峰值功率, 而对高斯强度分布的飞秒脉冲影响相对较小, 即在高斯强度分布下, 在焦平面处仍然有可能获得较好的、近衍射极限的聚焦光斑; 在非焦平面处, 即使初始脉冲具有高斯强度分布, 非焦平面处的光强分布受各类波前像差的影响也较为明显; 对于所研究的30fs(1/e2半宽度)超短脉冲, 波前像差对脉冲持续时间的影响几乎可以忽略。此研究结果对超短飞秒激光束的光束质量评估及聚焦特性分析具有实际的指导意义。     

自陡效应对飞秒脉冲光束自聚焦特性的影响

为了研究在非线性正常色散介质中,自陡效应对高强度飞秒脉冲光束自聚焦特性的影响,同时考虑色散、时空聚焦和克尔效应。基于(3+1)维的修正非线性薛定谔方程,采用对称分步傅里叶数值计算方法,分不考虑自陡效应即只有色散、时空聚焦及克尔效应和考虑自陡效应两种情况,对90fs超短脉冲光束的自聚焦特性进行了数值仿真。结果表明,色散、时空聚焦和克尔效应的共同作用会使脉冲分裂成丝,能量减少,脉冲展宽,时空聚焦和色散的相关性使脉冲产生了另一延迟,延迟和传输距离及色散成正比;而自陡效应则可以明显降低脉冲峰值强度,减弱非线性的影响,抑制脉冲自聚焦,使时间波形分裂更小,对脉冲延迟量影响较小。     

光纤通信波段KN晶体二次谐波相位匹配角的计算

在光纤通信系统中，超短光脉冲的检测一直是一个重要的问题。二次谐波强度自相关法是被广泛使用的超短光脉冲波形测量的方法。由于光纤通信系统中光功率很低，使得满足晶体的相位匹配变得更加重要。KN作为双轴晶体相位匹配问题比较复杂，本文从双轴晶体主平面上的相位匹配出发，讨论KN的相位匹配问题，得到其在光纤通信波段1．55um处的最佳相位匹配参量。     

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。     

啁啾脉冲光学参量振荡器及宽谱中红外激光的产生（特邀）

宽谱中红外激光光源在红外显微光谱学、环境监测、医疗诊断以及超短脉冲产生等领域有着广阔的应用前景和急迫的需求。聚焦同步泵浦光学参量振荡器（SPOPO）的输出光谱带宽,提出了一种能够有效消除泵浦脉冲宽度对于SPOPO宽谱输出性能的限制的运转模式,即啁啾脉冲光学参量振荡器（CPOPO）。提出并介绍了基于自相位调制（SPM）效应和采用啁啾准相位匹配（CQPM）晶体这两种CPOPO的具体技术方案。基于周期极化铌酸锂（PPLN）晶体成功实现了以宽谱啁啾脉冲运转的CPOPO,最终分别获得了覆盖2.9~4.1 μm （约30 THz）、功率为92 mW和2.9~5.0 μm （约44 THz）、功率为64 mW的宽谱中红外激光输出。     

板状材料中脉冲激光激发超声导波的数值分析

利用有限元法(FEM)对板状金属材料中脉冲激光激发的超声导波进行了理论研究。在考虑热弹激发的条件下,利用三维轴对称的有限元模型,计算了相同能量的分别具有不同聚焦半径以及脉冲宽度的脉冲激光光源直接作用于Al板表面激发出的声表面波信号的时域特征,并利用Wigner-Ville分布的时频分析工具得到了信号能量在频域上的分布特征。研究结果表明,激光单脉冲能量不变的情况下,超声导波信号的峰值幅度随着脉冲激光的聚焦半径的减小而逐渐增大;同时缩小聚焦半径也可以提高超声导波的频带宽度;然而脉冲宽度的变化却没有引起超声信号在时域及频域特征上的明显变化。     

高峰值功率皮秒超短脉冲抽运KTP晶体倍频研究

脉冲光纤激光器具有输出光束质量好、峰值功率高等优势,易于激发晶体内部的非线性效应。晶体非线性效应能够将光纤激光的近红外输出波段变换至深紫外或中红外等波段。利用实验室自主搭建的中心波长为1064nm,脉宽为650ps的脉冲光纤激光器抽运KTP(磷酸钛氧钾)晶体,实现了高功率超短脉冲对1064nm激光的单程倍频,输出532 nm激光。将脉冲宽度由650 ps压缩至1 ps后,抽运激光的峰值功率密度达到24.97GW/cm2,有效地将单程倍频转换效率从0.8%提高到8.4%。研究了不同平均功率、脉宽、光斑直径的超短脉冲下KTP晶体的倍频效率,验证了未来在振荡腔结构下实现KTP晶体高效倍频的可行性。     

脉冲激光小尺度自聚焦过程中不同空间位置的时间演变研究

基于宽带啁啾脉冲的小尺度自聚焦形成过程,利用包含时空项的非线性薛定谔方程进行数值计算,比较分析了不同空间位置(特别是空间调制峰位置及调制谷位置)的时间演变过程,发现不同空间位置的时间演化过程完全不一样。在小尺度自聚焦过程中,调制峰处的脉宽随传输距离的增加而减小,当调制峰值处的强度达到最大时,其脉宽达到最小值;而在调制谷位置处的脉宽则一直处于展宽状态。分析了脉冲啁啾对不同空间位置时间演变的影响规律,负啁啾加速了调制峰位置处的脉冲压缩,却抑制了调制谷位置的脉冲展宽;而正啁啾则起相反的作用。     

超短光脉冲及孤子效应

本文描述了超短光脉冲在介质中传输的自相位调制效应、啁啾效应、孤子效应及其产生的物理过程。评述了孤子效应在超短脉冲激光技术中的应用。     

高非线性光子晶体光纤中超连续谱产生的特性研究

利用数值方法求解广义非线性薛定谔方程,数值模拟了光脉冲在高非线性光子晶体光纤正常色散区超连续谱产生的演化,研究和分析了脉冲参数如峰值功率,脉冲宽度及初始频率啁啾对超连续谱形成的影响.结果表明,当脉冲峰值功率一定时,随着传输距离增大,超连续谱随之愈宽,平坦度愈好;随着脉冲峰值功率逐渐增大,超连续谱随之更宽,平坦度有所劣化.相反,脉冲宽度逐渐增大,超连续谱展宽范围减小,其平坦度也逐渐劣化;具有适当的正负啁啾脉冲,在高非线性光子晶体光纤传输中获得宽而平坦超连续谱.     

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.     

湍流大气中聚焦高斯光束焦移的数值模拟分析

湍流大气不仅使在其中传输的聚焦高斯光束的束腰处光斑发生扩展,也使光束的束腰位置发生移动。采用不均匀分布相屏的傅立叶变换法数值模拟了湍流对聚焦高斯光束束腰位置的影响,发现在湍流大气中传输的聚焦光束不再聚焦在真空传输的焦点处,焦点的移动与湍流强度和初始光束半径有关。数值模拟结果表明：聚焦高斯在均匀湍流强度的水平路径传输上传输时,湍流将导致光束的焦点向发射点移动,而且焦移的幅度随着湍流强度的增大而增大;在同等强度湍流大气中传输的聚焦高斯光束,其焦点前移的幅度将随着光束半径的增大而减小。     

湍流大气中聚焦高斯光束焦移的数值模拟分析

湍流大气不仅使在其中传输的聚焦高斯光束的束腰处光斑发生扩展,也使光束的束腰位置发生移动。采用不均匀分布相屏的傅立叶变换法数值模拟了湍流对聚焦高斯光束束腰位置的影响,发现在湍流大气中传输的聚焦光束不再聚焦在真空传输的焦点处,焦点的移动与湍流强度和初始光束半径有关。数值模拟结果表明:聚焦高斯束在均匀湍流强度的水平路径传输上传输时,湍流将导致光束的焦点向发射点移动,而且焦移的幅度随着湍流强度的增大而增大;在同等强度湍流大气中传输的聚焦高斯光束,其焦点前移的幅度将随着光束半径的增大而减小。