發(fā)布時(shí)間：2021-01-20 22:39

　　高峰值功率飛秒激光脈沖在空氣中傳輸時(shí),會形成一種長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其光學(xué)瑞利距離的結(jié)構(gòu)—光絲,人們習(xí)慣上稱之為飛秒激光成絲現(xiàn)象。飛秒激光成絲以及它所表現(xiàn)出的多種非線性效應(yīng)無論是對基礎(chǔ)物理研究,還是對激光成絲誘導(dǎo)閃電、空氣中水的凝聚及雪的形成、大氣污染物分析等眾多領(lǐng)域都有著極其重要的價(jià)值。因此,對于研究飛秒激光成絲的特性,包括成絲電子密度、成絲大小及長度等對于光絲在上述各方面的應(yīng)用極其重要。本論文基于馬赫-曾德激光干涉原理,利用搭建的馬赫-曾德激光干涉診斷系統(tǒng)對飛秒激光成絲等離子體的時(shí)空分布進(jìn)行了測量研究,獲得了高質(zhì)量的陰影圖及干涉圖。通過調(diào)節(jié)探測光的延遲,獲得了激光成絲的電離波前速度。利用二維快速傅利葉變換、相位解纏等方法對馬赫-曾德干涉圖進(jìn)行了處理,獲得了相移分布及電子密度分布,研究了電子密度隨延遲時(shí)間的變化規(guī)律。首先,對三種緊聚焦誘導(dǎo)的成絲等離子體進(jìn)行了測量研究,獲得了其在不同時(shí)間延遲的陰影圖,分析了成絲等離子體內(nèi)相互作用的機(jī)制,探討了飛秒激光誘導(dǎo)成絲等離子體的傳輸過程。結(jié)果表明,成絲等離子體的長度隨著聚焦焦距的增大呈指數(shù)增長,且可改變透鏡焦距調(diào)控成絲的長度。對三種緊聚焦誘導(dǎo)的成絲等離子... 

【文章來源】：長春理工大學(xué)吉林省

【文章頁數(shù)】：50 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

激光觸發(fā)高壓放電模擬激光引雷(a)沒有激光引導(dǎo)(b)有激光引導(dǎo)

5CCDL2探測光考參光B1B2激光器M1M2待測物體L1圖 1.1 馬赫-曾德干涉儀的原理示意圖1.3 飛秒激光脈沖成絲1.3.1 飛秒激光脈沖成絲概述自從上個(gè)世紀(jì)六七十年代以沈元壤[31]和Alfano等人[32]為代表的研究人員發(fā)現(xiàn)了激光經(jīng)液體和固體光學(xué)介質(zhì)的非線性成絲，并發(fā)現(xiàn)激光脈沖的光譜展寬現(xiàn)象以來，經(jīng)過幾十年的研究，人們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在不同種類介質(zhì)中的激光成絲以及超連續(xù)輻射的產(chǎn)生，基本掌握了成絲以及超連續(xù)產(chǎn)生的主要物理機(jī)制[33]。如今，高功率飛秒激光脈沖在空氣中可以誘導(dǎo)形成長距離的成絲等離子體，激光光束可以傳輸至十幾公里，并產(chǎn)生超連續(xù)白光。這種遠(yuǎn)距離成絲等離子體產(chǎn)生的物理機(jī)制主要是由于克爾自聚焦、等離子體散焦及激光光束自身衍射三者之間的動態(tài)平衡。隨著鎖模與啁啾脈沖放大技術(shù)的發(fā)展，激光的脈寬越來越短，可達(dá)到飛秒(10-15s)甚至阿秒(10-18s)量級，能量可達(dá)幾十毫焦(mJ)，功率密度可達(dá)幾百太瓦每平方厘米(TW/cm2)。如此高功率的超短激光脈沖，使人們的研究工作已不再局限于凝聚態(tài)物質(zhì)，氣體中也很容易觀察到成絲現(xiàn)象。尤其是 1995年飛秒激光脈沖在空氣中成絲現(xiàn)象[1]被發(fā)現(xiàn)以后，由于其重要的基礎(chǔ)物理研究意義，以及在諸如激光成絲誘導(dǎo)高壓放電[34]、誘導(dǎo)水凝聚[35]、氣溶膠[36]以及雪形成[37]、細(xì)絲誘導(dǎo)光譜技術(shù)[38]、白光激光雷達(dá)[39]、激光脈沖壓縮技術(shù)[40]、THz[41]、高次諧波[42]以及“空氣激光”[43]等很多應(yīng)用領(lǐng)域都具有重大的潛在應(yīng)用價(jià)值和前景，飛秒激光的成絲現(xiàn)象以及各種非線性效應(yīng)的研究成為近年來新的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域，越來越多的研究人員躋身于飛秒激光成絲研究領(lǐng)域。1.3.2 飛秒激光脈沖成絲應(yīng)用在飛秒激光脈沖成絲的形成、傳輸及衰變過程中伴隨著多種復(fù)雜的物理現(xiàn)象

圖 1.4 空氣中激光成絲產(chǎn)生太赫茲的實(shí)驗(yàn)裝置圖。主要研究內(nèi)容采用馬赫-曾德激光干涉診斷技術(shù)，使用飛秒激光作為干涉光源激光干涉診斷系統(tǒng)。首先利用陰影法，即通過遮擋干涉系統(tǒng)中脈沖成絲進(jìn)行了診斷。然后利用此診斷系統(tǒng)對空氣中多種聚焦絲進(jìn)行了測量研究。針對實(shí)驗(yàn)得到的成絲等離子體干涉圖，通平臺，利用二維快速傅利葉變換、相位解纏等方法對干涉圖進(jìn)行：，首先介紹了激光的發(fā)展歷程，然后總結(jié)了激光等離子體的多種干涉法診斷等離子體的原理及研究進(jìn)展，最后介紹了飛秒激光。，建立了一套完整的馬赫-曾德激光干涉診斷系統(tǒng)，其中包括以的實(shí)驗(yàn)測量平臺以及處理針對激光等離子體干涉圖的計(jì)算機(jī)程相間的干涉條紋，對干涉圖的處理，可以獲得高質(zhì)量的成絲等

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[3]紫外飛秒激光產(chǎn)生的相對論電離波前研究[D]. 顏立新.清華大學(xué) 2006
[4]飛秒激光等離子體光學(xué)診斷和自生磁場實(shí)驗(yàn)研究[D]. 李玉同.中國工程物理研究院 2001

碩士論文
[1]激光干涉檢測等離子體密度方法研究[D]. 李海燕.西安電子科技大學(xué) 2014
[2]火花隙開關(guān)等離子體運(yùn)行過程的光學(xué)干涉診斷[D]. 趙起.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2012
[3]激光等離子體干涉實(shí)驗(yàn)診斷研究[D]. 徐躍生.南京理工大學(xué) 2007



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