【摘要】：自1995年被首次在實驗上發(fā)現(xiàn)以來,激光誘導光絲這一獨特的非線性現(xiàn)象便吸引了諸多學者的關(guān)注。飛秒激光成絲被認為來源于光束在介質(zhì)中傳輸時光克爾效應的自聚焦以及多光子電離或者隧道電離產(chǎn)生的等離子體散焦作用之間的一種動態(tài)平衡。由于光絲特有的超高的鉗制強度等特性,它在諸如遠程遙感,火焰的燃燒診斷,太赫茲輻射產(chǎn)生等領(lǐng)域有極高的潛在應用價值。然而,飛秒激光成絲這一非線性過程嚴重依賴于外部的成絲環(huán)境,如激光的光束大小、傳播介質(zhì)、脈沖寬度與偏振態(tài)等。例如,實驗證明當入射激光的脈沖寬度發(fā)生變化以及激光傳播的介質(zhì)不同時,激光成絲的閾值功率都隨之發(fā)生變化。特別地,盡管人們普遍認為圓偏振光對應的成絲閾值功率要高于線偏振,但這一理論還未被實驗所證實。另一方面,飛秒光絲在介質(zhì)中誘導的非線性熒光強度也被證實依賴于偏振態(tài)這一重要的激光參數(shù)。因此,本論文重點研究了激光偏振態(tài)對激光成絲的閾值功率以及熒光強度的影響,并探討了激光成絲誘導大氣氮分子的熒光機理。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:(1)利用焦點移動法測量了飛秒激光在空氣中傳播時,不同偏振態(tài)下的激光成絲閾值功率,并據(jù)此計算了飛秒激光為線偏振以及圓偏振時所對應的空氣介質(zhì)二階非線性折射率。實驗結(jié)果表明,對于中心波長為800 nm,脈寬為40 fs的鈦藍寶石激光器來說,當入射激光的偏振態(tài)由線偏振變換到圓偏振時,激光成絲的閾值功率由9.6 GW增加至14.9 GW,相應的二階非線性折射率n_2由9.9×10~(-20) cm~2/W減小至6.4×10~(-20) cm~2/W。實驗結(jié)果和理論分析結(jié)果基本一致。(2)以空氣中的氮分子熒光信號為研究對象,我們探討了單絲條件下飛秒光絲誘導氮分子特征熒光強度與入射光偏振態(tài)之間的依賴關(guān)系。實驗結(jié)果表明,線偏振與圓偏振的入射光所誘導的氮分子離子與中性氮分子信號最終呈現(xiàn)出不同的作用結(jié)果。在三組高于閾值功率的驅(qū)動光場能量(0.7 mJ,1.2 mJ,1.8 mJ)條件下,對于處于391nm的氮分子離子信號,線偏振光所誘導的來自B~2∑_u~+-X~2∑_g~+能級躍遷的熒光強度要始終高于圓偏振。而對于處于337nm的中性氮分子信號,隨著驅(qū)動光場能量的增加,線偏振與圓偏振所誘導的來自C~3∏u B~3∏g能級躍遷的相對熒光強度之間會發(fā)生反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。研究結(jié)果表明飛秒光絲誘導的非線性熒光強度不僅依賴于光絲內(nèi)部的鉗制強度,同時也受等離子體密度的影響。
【圖文】：

圖 1.1 飛秒激光成絲傳輸?shù)目藸栕跃劢古c等離子體散焦模型[28]常，當飛秒強激光在介質(zhì)中自由傳播時，激光會在自聚焦的焦點位，但對于飛秒激光峰值功率不是特別大的條件下，形成光絲的起始成光絲前自由傳播距離較長，，不適合在空間受限的實驗室進行。因常引入外部聚焦透鏡對入射光進行聚焦，使得成絲位置提前。此時位置 f' 在外部透鏡的幾何焦點附近，可具體表示為[14]：1 f '=1 f +1/zf, (1. 為外部聚焦透鏡的幾何焦點位置，zf為高斯脈沖的自聚焦塌陷位置表示[19]：zf=0.367ka2{[(P Pcr )1 2-0.0852]2-0.0219}1 2, (1.

95 年美國密歇根大學的 Braun 等人初次在實驗上發(fā)現(xiàn)飛]，與其有關(guān)的諸多物理現(xiàn)象便一直有受到人們的密切關(guān)產(chǎn)生、多絲的形成、高次諧波等。這些現(xiàn)象不管是對于際應用都具有極大的參考價值，下面我們將簡單介紹與在空氣中形成的光絲直徑通常在 100 m 左右，該值相對說非常小。然而，在成絲過程中并不是所有的激光能量，研究發(fā)現(xiàn)光絲內(nèi)部包含的能量只占入射光總能量的約能量均以背底的形式分布在光絲周圍，形成強度較低的能庫。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN24

【參考文獻】

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1 徐淮良;Ali Azarm;陳瑞良;;Controlling neutral fragmentation yields of methane by femtosecond laser pulses[J];Chinese Optics Letters;2014年11期

2 Tie-Jun Wang;Shuai Yuan;Yanping Chen;See Leang Chin;;Intense broadband THz generation from femtosecond laser filamentation[J];Chinese Optics Letters;2013年01期

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本文編號：2612162