【摘要】：本論文對飛秒激光在非線性介質(zhì)(主要是空氣)中傳輸時的成絲現(xiàn)象及其伴隨的非線性效應(yīng)進行了研究。當(dāng)超強飛秒激光脈沖在空氣中傳輸時,由于克爾自聚焦效應(yīng)和等離子體散焦效應(yīng)之間動態(tài)平衡,會形成一定長度的高強度等離子體細(xì)絲。伴隨著細(xì)絲的傳輸,還會有超連續(xù)白光、三次諧波、太赫茲輻射和空氣激光等非線性效應(yīng)。因此,飛秒激光成絲及其伴生效應(yīng)的研究不僅有助于了解其中的物理機制,還能指引其在激光引雷、微波波導(dǎo)、遠(yuǎn)程探測等領(lǐng)域的應(yīng)用前景。首先我們在實驗室使用透鏡預(yù)聚焦的方式在空氣中形成了幾厘米到幾十厘米的等離子體細(xì)絲,而在室外則通過自由傳輸成絲的方式形成了幾十米的等離子體細(xì)絲。我們通過調(diào)節(jié)激光的能量、聚焦方式和啁啾等控制飛秒激光成絲的位置和長度。而等離子體細(xì)絲的診斷方法,不僅包括傳統(tǒng)的等離子體診斷方法,如陰影成像法、橫向干涉法、熒光測量法等,還根據(jù)等離子體細(xì)絲的特點發(fā)展出電導(dǎo)率法、THz散射法、微波阻斷法等。實驗中,我們主要通過側(cè)面成像法、熒光測量法、電導(dǎo)率法、電磁感應(yīng)法等對等離子體細(xì)絲進行了診斷。其中,電磁感應(yīng)法是我們在標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)率法的基礎(chǔ)上,結(jié)合B-dot探測,研究和發(fā)展出來的單發(fā)測量光絲電子密度衰減時間特征的方法。論文進一步研究了成絲參數(shù)的調(diào)制:利用一臺少周期飛秒激光器,研究了載波包絡(luò)相位對等離子體細(xì)絲電子密度的調(diào)制,調(diào)制深度達到20%;通過自行搭建的激光器產(chǎn)生脈沖序列以延長等離子體細(xì)絲的壽命,并得到準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的等離子體細(xì)絲,我們通過數(shù)值模擬對其中的機制進行了解釋;利用TW飛秒激光形成了超過30 m的等離子體細(xì)絲,我們標(biāo)定了其電子密度在10~(11)/cm~3量級。飛秒激光成絲的診斷在于了解等離子體細(xì)絲的形成、傳輸及其特征,而等離子體細(xì)絲的調(diào)制對其實際的應(yīng)用有很大作用,比如激光引雷,就對等離子體細(xì)絲的長度和壽命有很高的要求。遠(yuǎn)程探測是飛秒激光成絲的另一個重要應(yīng)用前景。我們研究了成絲過程中的三次諧波、THz輻射和空氣激光效應(yīng)。利用圓偏振雙色泵浦束,我們得到了強度和偏振可調(diào)的圓偏振三次諧波。由于這些伴生輻射能夠在飛秒激光遠(yuǎn)距離成絲時產(chǎn)生,因此研究其產(chǎn)生機制,強度和偏振調(diào)控等特征對其在遠(yuǎn)程探測方面的應(yīng)用有重要意義。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN249
【圖文】：

的生存環(huán)境和生產(chǎn)活動。人們對光的認(rèn)識經(jīng)歷了從經(jīng)驗認(rèn)知到本質(zhì)探究的發(fā)展過程。早在公元前五世紀(jì)，古希臘先哲恩培多克勒（Empedokles）提出眼睛通過光來感知世界，他認(rèn)為我們的眼睛能夠發(fā)射光線，物體如果在光的傳播路徑上就會被眼睛所感知到。這個認(rèn)知直到十世紀(jì)，才被伊斯蘭教科學(xué)家海什木（AlHazen）糾正：他在久閉的地牢里被突然入射的陽光刺傷眼睛時，才意識人眼是通過接收而非發(fā)射光線來感知世界的，并在此基礎(chǔ)上提出光的反射定律。而光的折射定律是在 17 世紀(jì)由荷蘭數(shù)學(xué)家斯涅爾（W.Snell）發(fā)現(xiàn)的，并被荷蘭物理學(xué)家惠更斯（C.Huygens）證明。對于光的本質(zhì)，早期惠更斯（C.Huygens）， 菲涅爾（A.Fresnel）等人提出光的 “波動說”，而牛頓（I. Newton）等人則提出“微粒說”。十九世紀(jì)，麥克斯韋（J. Maxwell）提出光電磁理論，認(rèn)為光是介于微波和伽馬射線波段之間的一種電磁波。二十世紀(jì)初，愛因斯坦（A. Einstein）在研究光電效應(yīng)時，在普朗克（M.Planck）能量量子化假說基礎(chǔ)上提出光量子說，從此光的波粒二象性漸漸被人們接受。

第 1 章 緒論級，追求大能量、高功率輸出，以用于高能量密度物理的大激光裝置，如美國的NIF 和 Omega 裝置，日本的 Gekko-XII 裝置，中國的神光裝置等；另一部分為追求高峰值功率而不斷減小激光的脈沖寬度，以應(yīng)用于超快物理領(lǐng)域，如歐洲的ELI 裝置。這是因為脈沖激光的脈沖寬度越短，理論上就能探測更快的物理過程。激光技術(shù)和激光能量密度的發(fā)展如圖 1.2 所示。

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本文編號：2729181