隨著飛秒激光技術(shù)的快速發(fā)展,自從1995年飛秒激光成絲現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)以來(lái),人們對(duì)不同氣體及凝聚態(tài)介質(zhì)中的成絲現(xiàn)象進(jìn)行了廣泛研究,不斷地揭開了飛秒激光成絲過程的面紗。飛秒激光脈沖在介質(zhì)中傳播時(shí),由于克爾自聚焦效應(yīng),激光強(qiáng)度會(huì)不斷增加,當(dāng)其達(dá)到電離閾值后,通過多光子電離產(chǎn)生的大量等離子體會(huì)對(duì)激光光束起到散焦的作用,當(dāng)兩者達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)能夠得到很長(zhǎng)的等離子體通道,在此過程中會(huì)產(chǎn)生超連續(xù)譜、熒光發(fā)射、錐角輻射以及太赫茲輻射等非線性效應(yīng),這些效應(yīng)對(duì)遠(yuǎn)程探測(cè)、人工降雨以及誘導(dǎo)閃電等諸多領(lǐng)域都具有重要的應(yīng)用前景。盡管在過去的二十幾年間,飛秒激光脈沖在介質(zhì)中成絲已經(jīng)取得了很大的成功,但仍有問題亟待解決,如飛秒激光在真實(shí)大氣中傳播時(shí),濕度、溫度、氣流等因素都會(huì)隨時(shí)發(fā)生變化;在液體環(huán)境中傳播時(shí),溫度和各雜質(zhì)含量等也會(huì)發(fā)生變化,這些因素對(duì)成絲過程都會(huì)產(chǎn)生較大的影響。在本文中,我們分析了不同因素對(duì)飛秒激光在空氣中成絲產(chǎn)生的熒光光譜以及在水中成絲時(shí)產(chǎn)生的超連續(xù)譜的影響,其主要研究?jī)?nèi)容如下:（1）我們對(duì)飛秒激光成絲過程中不同位置處的熒光發(fā)射情況進(jìn)行了分析,并利用氮熒光光譜對(duì)成絲過程進(jìn)行表征。我們發(fā)現(xiàn)等離子體細(xì)絲的長(zhǎng)度... 

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

（a）飛秒激光成絲的自聚焦模型（b）飛秒激光成絲產(chǎn)生的等離子散焦模型[21]

生對(duì)折射率的貢獻(xiàn)是負(fù)的，使折射率變小，如圖 1.1(b)所示。從 1.1(a)和 1.1(b中可以觀察到等離子體的作用相比于自聚焦的作用是截然相反的，類似于一個(gè)凹透鏡，使光束發(fā)散，引起的折射率變化為：cr( , )( , )2r tn r tρρ = (1.2其中ρ(r,t)為自由電子密度，2 2cr 0 0=eρ ε m ω e（對(duì)于中心波長(zhǎng)為800 nm的激光：ρc≈1.7×1021cm-3）是等離子體的臨界密度，ε0是真空介電常量，me是電子質(zhì)量，是電子電量，ω0是激光中心頻率。當(dāng)ρ>ρcr時(shí)，等離子體就不再透明。當(dāng)激光脈沖在傳播過程中發(fā)生的克爾自聚焦效應(yīng)和等離子體散焦效應(yīng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，激光脈沖會(huì)以這種形式在介質(zhì)中一直傳播下去，從而形成穩(wěn)定的等離子體通道，這也就是人們通常所指的等離子體細(xì)絲，如圖1.2所示。最終，由于等離子體的產(chǎn)生會(huì)對(duì)能量進(jìn)行不斷的消耗，使得這兩個(gè)效應(yīng)不再平衡，成絲將會(huì)終止。

而迅速產(chǎn)生大量的等離子體，等離子體的散焦作用會(huì)對(duì)脈沖后沿部分產(chǎn)生強(qiáng)烈的衍射,連續(xù)的長(zhǎng)距離等離子體通道便很難形成。無(wú)法形成長(zhǎng)距離的等離子體通道就意味著無(wú)法正常進(jìn)行激光引雷的研究工作，自此，這方面的研究工作就被擱淺了。自從 1995 年實(shí)現(xiàn)了飛秒激光脈沖在空氣中產(chǎn)生長(zhǎng)距離的等離子體細(xì)絲后，激光引雷技術(shù)迎來(lái)了新的希望[7]。自此，研究學(xué)者們重拾對(duì)激光引雷的研究。2002年，較為著名的研究莫過于法國(guó) Mysyrowicz[37, 38]小組搭建的高壓閃電裝置，他們成功地通過等離子體細(xì)絲誘導(dǎo)間距為三米的兩個(gè)電極進(jìn)行放電。在 2008 年，Kasparian[39]小組在美國(guó)新墨西哥州的野外進(jìn)行了激光引雷的實(shí)驗(yàn)，成功地向雷暴云發(fā)射飛秒激光脈沖，制造了云中的局部放電，如圖 1.3 所示。但是，該激光器產(chǎn)生的等離子體通道無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間的存在，并且在幾十米內(nèi)就消失了，這意味著閃電無(wú)法被引到地面，因此，這項(xiàng)技術(shù)還存在一定的局限性。若想能夠?qū)崿F(xiàn)云中的大規(guī)模放電，對(duì)激光參數(shù)的要求就更為苛刻，不僅激光脈沖能量要更大，等離子細(xì)絲的長(zhǎng)度及壽命應(yīng)該更長(zhǎng)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Group velocity dispersion effect on the collapse of femtosecond laser pulses in air: a revised form for Marburger’s law[J]. 李蘇宇,金明星.  Chinese Optics Letters. 2015(12)
[2]Intense broadband THz generation from femtosecond laser filamentation[J]. Tie-Jun Wang,Shuai Yuan,Yanping Chen,See Leang Chin.  Chinese Optics Letters. 2013(01)
[3]等離子體通道的聲學(xué)診斷方法[J]. 郝作強(qiáng),張杰,俞進(jìn).  物理. 2004(06)



本文編號(hào)：3284305