【摘要】：光-物質(zhì)相互作用領(lǐng)域自激光器誕生至今便是光學(xué)研究的熱門方向。隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展,近年來在實驗上已經(jīng)能夠產(chǎn)生僅包含幾個光學(xué)周期的超短激光脈沖,使激光技術(shù)在科學(xué)領(lǐng)域上的應(yīng)用日趨蓬勃。超短超強激光脈沖的發(fā)展同樣使光-物質(zhì)相互作用研究不斷開拓和發(fā)展,許多有趣的非線性光學(xué)現(xiàn)象先后被人們發(fā)現(xiàn),比如拉比振蕩(Rabi flopping,RF)、自感應(yīng)透明(Self-induced transparency,SIT)和光子回波等。而當(dāng)少周期脈沖與物質(zhì)發(fā)生相互作用時,除了會產(chǎn)生更強的非線性現(xiàn)象以外,在一定條件下還能夠產(chǎn)生脈沖持續(xù)時間更短的脈沖,以及在超強光場的調(diào)控方面有著突出的優(yōu)勢,因此關(guān)于少周期脈沖與物質(zhì)相互作用特性的研究具有重要意義。少周期激光脈沖是與傳統(tǒng)長周期脈沖有著明顯特性差異的激光脈沖,因為在少周期脈沖瞬態(tài)相干作用中,脈沖載波變化太快導(dǎo)致介質(zhì)對其響應(yīng)比較遲緩,從而傳統(tǒng)的解析長周期脈沖的緩變包絡(luò)近似(Slowly varying envelope approximation,SVEA)和旋轉(zhuǎn)波近似(Rotating wave approximation,RWA)都會失效,因此需要對載波精確求解才能研究少周期脈沖的傳輸效應(yīng)。本論文將采用時域有限差分(FDTD)法精確數(shù)值求解全波麥克斯韋-布洛赫方程(Full-wave Maxwell-Bloch equations),研究少周期脈沖在共振二能級中的傳播特性。論文的主要研究內(nèi)容如下:1.詳細地討論了少周期脈沖在真空共振二能級介質(zhì)中傳輸?shù)默F(xiàn)象。包括介質(zhì)原子數(shù)密度對脈沖傳輸?shù)挠绊�、“面積定理”的極限適用范圍、少周期脈沖的自感應(yīng)透明現(xiàn)象和阿秒量級的脈沖在共振介質(zhì)中的傳輸,系統(tǒng)地總結(jié)了少周期脈沖在傳輸時的非線性現(xiàn)象。2.詳細地討論了少周期脈沖在介電共振二能級介質(zhì)中的傳輸現(xiàn)象。研究了介電系數(shù)對脈沖傳輸?shù)挠绊?發(fā)現(xiàn)了“壓縮效應(yīng)”,且介電系數(shù)越高,脈沖被壓縮的越明顯;研究了較大面積少周期脈沖在傳輸時受到介電系數(shù)的影響,發(fā)現(xiàn)了電介質(zhì)電介質(zhì)材料可以弱化載波拉比振蕩,使得少周期脈沖傳輸時載波的變化并不像在自由介質(zhì)中那樣劇烈。本論文為少周期激光脈沖的研究提供了良好的理論基礎(chǔ),并發(fā)現(xiàn)了少周期脈沖在電介質(zhì)材料中傳輸時的一些特殊效應(yīng)和現(xiàn)象。這些現(xiàn)象都是此前并未有相關(guān)文獻報道的,因此能夠為超強超短脈沖激光的研究提供一定的啟發(fā)。
【學(xué)位授予單位】：陜西師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN24
【圖文】：

的超短激光脈沖自從被動鎖模技術(shù)被應(yīng)用到鈦寶石激光器后，這一巨大技術(shù)逡逑革新在過去３０年里飛快拉動了飛秒鈦寶石激光的發(fā)展，將激光脈沖的輸出持續(xù)時逡逑間壓縮了邋２個量級，峰值功率提高了邋４個量級，如圖１－２所示。逡逑Ｍｏｄｅ－Ｌｏｃｋｅｄ邋Ｌａｓｅｒ逡逑Ｔ，逡逑ｔｎ邋？邋？邋Ｐｐ邋＝邋Ｎ．Ｐａｖ逡逑Ｈ邋Ｎ逡逑Ｎ：鎖定模式數(shù)目；＆平均輸出功率逡逑圖１－１鎖模激光脈沖輸出原理。引自文獻［９］逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｍｏｄｅ－ｌｏｃｋｅｄ邋ｌａｓｅｒ邋ｐｕｌｓｅ．逡逑隨著激光脈沖的不斷被壓縮和脈沖的峰值功率不斷被提升，但是由于激光器逡逑增益介質(zhì)閾值損傷的限制，在峰值功率達１０９ｆｆ／ｃｍ２時已至瓶頸，為了突破這一極逡逑限，人們研宄發(fā)明了脈沖啁啾放大技術(shù)（ＣＰＡｆ％。這一技術(shù)的革新極大的提高了激逡逑光脈沖峰值功率。ＣＰＡ技術(shù)的原理大致是：將鎖模產(chǎn)生的超短激光脈沖經(jīng)過色散逡逑原件（衍射光柵、棱鏡等）以展寬其脈沖包絡(luò)，在時間上將脈沖拉寬，這樣峰值功率逡逑便得以降低；隨后，將低峰值功率的脈沖通過增益介質(zhì)以放大，由于脈沖被展寬，逡逑這樣便可以提取更多的能量而不損傷增益介質(zhì)；最后，將放大的脈沖通過壓縮器逡逑（反色散器件）

ｒｅｖｅｒｓｅ＊邋ｔｈｅ邋ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ逡逑ｆｉｒｓｔ邋ｐａｉｒ，邋ａｎｄ邋ｒｅｃｏｍｐｒｅｓｓｅｓ邋ｔｈｅ邋ｐｕｌｓｅ．邋署逡逑圖１－３脈沖啁啾放大原理圖。逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｏｆ邋ｃｈｉｒｐｅｄ邋ｐｕｌｓｅ邋ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ．逡逑通過幾十年的發(fā)展，無數(shù)科學(xué)家在理論和實驗上前赴后繼、不斷革新，一次次逡逑刷新了激光脈沖的持續(xù)時間和輸出功率，使得這一領(lǐng)域逐漸變得成熟。如今在工業(yè)逡逑上利用飛秒激光進行精密加工，在不損傷樣品的情況下對物件進行非接觸式精密逡逑加工己經(jīng)成為了可能，比如：激光切割半導(dǎo)體晶圓、集成電路中的開槽等等。超短逡逑脈沖激光加工有著許多優(yōu)點，比如，１．由于超短脈沖激光的峰值功率高，但平均功逡逑率低，在瞬間便可完成加工且熱效應(yīng)比較��；２．加工效率高且無污染；３．不與樣品逡逑３逡逑

邐１９９０邐２０９０逡逑圖１－２．激光脈沖峰值功率和脈沖持續(xù)時間的發(fā)展。引自文獻［９］逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ邋ｏｆ邋ｌａｓｅｒ邋ｐｕｌｓｅ邋ｐｅａｋ邋ｐｏｗｅｒ邋ａｎｄ邋ｐｕｌｓｅ邋ｄｕｒａｔｉｏｎ．逡逑Ｉｎｉｔｉａｌ邋ｓｈｏｒｔ邋ｐｕｌｓｅ邐Ａ邋ｐａ丨ｒ邋ｏｆ邋ｇｒａｔｉｎｇｓ邋ｄｉｓｐｅｒｓｅｓ逡逑邐邋Ａ邐ｔｈ？邋ｓｐｅｃｔｒｕｍ邋ａｎｄ邋ｓｔｒｅｔｃｈｅｓ逡逑ＨＨＨＨＨＨＨＨＭＨ邋Ｉ邋＼邋ｙ邐Ｍ＾邐ｔｈｅ邋ｐｕｌｓｅ邋ｂｙ邋ａ邋ｆａｃｔｏｒ逡逑ｍｔｍ－ｖｆ邐Ｉ、。 逡逑Ｓｈｏｒｉ－ｐｕＪｓ？邋ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ逡逑ｉ逡逑Ｔｈｅ邋ｐｕｌｓｅ邋ｉｓ邋ｎｏｗ邋ｌｏｎｇ邐ｙ邐＼／邐＼Ｊ逡逑ａｎｄ邋ｌｏｗ邋ｐｏｗｅｒ，邋ｓａｆｅ邐４ｓ邐＊逡逑ｆｏｒ邋ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ逡逑ｎ邐ｇ逡逑S茫у危掊澹椋危齲椋紓楨澹澹睿澹潁紓澹穡酰歟螅邋澹幔媯簦澹蟈澹幔恚穡歟椋媯椋悖幔簦椋錚鑠義襄五義希

本文編號：2775182