空氣激光的原理、產(chǎn)生及應(yīng)用
發(fā)布時間：2021-08-26 06:24
近年來,空氣激光因在大氣傳感和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域具有重要的潛在應(yīng)用價值而備受關(guān)注。空氣激光通常是指強激光誘導(dǎo)大氣組分粒子布居數(shù)反轉(zhuǎn),進而產(chǎn)生的遠(yuǎn)場無腔光放大的激射現(xiàn)象。氮氣和氧氣作為兩種主要的大氣組分,均可在強激光激發(fā)下產(chǎn)生激射行為。光增益介質(zhì)可以是氧原子、氮原子、氮分子和氮分子離子。本文以飛秒光絲誘導(dǎo)氮分子和氮分子離子激光為例,討論了空氣激光的現(xiàn)象觀測、機理探索和應(yīng)用前景,并著重介紹了光場偏振效應(yīng)對氮分子離子激射行為影響的研究進展。
【文章來源】：中國激光. 2020,47(05)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：12 頁
【部分圖文】：
后向測量得到的中紅外飛秒光絲誘導(dǎo)N2-Ar混合氣體的發(fā)射光譜[44]
目前,直接在空氣中產(chǎn)生N2空氣激光的方法是將高能量皮秒激光(1053 nm/10 ps/10 J)作為泵浦光,通過激光誘導(dǎo)擊穿過程產(chǎn)生的高能電子碰撞誘導(dǎo)N2產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。由于泵浦光三次諧波的波段能夠覆蓋C3Πu(ν′=0)和 B3Πg(ν″=0)躍遷,因此三次諧波可以作為種子光在粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的N2內(nèi)被放大,最終在泵浦激光傳輸?shù)耐虍a(chǎn)生N2受激輻射放大信號[60]。3 N2+的激射行為
然而,到目前為止,人們就強激光誘導(dǎo)N2+產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的物理機制尚未達(dá)成共識。在強場物理中,人們普遍認(rèn)為強激光電離N2后,大部分N2+會處于基態(tài)X2Σg+,因此,直接電離是不能在N2+的激發(fā)態(tài)B2Σu +與基態(tài)X2Σg+之間建立粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的[78-79]。有研究表明,N2+粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的建立過程是在“瞬態(tài)”完成的,時間尺度大約與泵浦激光的脈沖寬度相當(dāng)[36]。圖3(a)展示了前向測量得到的少周期飛秒激光脈沖(6 fs,5 kHz,0.2 mJ)在空氣中誘導(dǎo)的發(fā)射光譜。在391 nm處(B2Σu+(ν′=0)→X2Σg+(ν=0))可以清晰地觀測到N2+自種子(自相位調(diào)制過程產(chǎn)生的白光)的激射信號,表明N2+粒子數(shù)反轉(zhuǎn)過程甚至可以在幾個飛秒尺度內(nèi)完成[80]。基于上述分析,人們認(rèn)為電離后泵浦激光與電子、離子間的相互作用對建立N2+粒子數(shù)反轉(zhuǎn)起著關(guān)鍵作用。到目前為止,人們已提出了多種物理模型對其進行解釋,如電子重碰撞激發(fā)模型[81-82]、電離后光耦合模型[80,83]、不同電子態(tài)內(nèi)轉(zhuǎn)動態(tài)上粒子數(shù)分布差異[84]、轉(zhuǎn)動相干導(dǎo)致的瞬態(tài)反轉(zhuǎn)[85]、近共振的拉曼放大[86-87]和電子態(tài)相干導(dǎo)致無反轉(zhuǎn)放大[88]等,其中前兩種模型受到了大家的廣泛關(guān)注,下面將對其進行著重介紹。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Observation of the optical X2Σg+–A2Πu coupling in N2+ lasing induced by intense laser field[J]. 王思琪,付堯,姚丹雯,陳善銘,張維,李賀龍,徐淮良. Chinese Physics B. 2019(12)
[2]Air lasing: Phenomena and mechanisms[J]. 李賀龍,姚丹雯,王思琪,付堯,徐淮良. Chinese Physics B. 2019(11)
[3]基于激光成絲的太赫茲時域光譜系統(tǒng)研究綜述[J]. 徐強,蘇強,魯?shù)?張楠,張楊,劉偉偉. 中國激光. 2019(06)
[4]激光脈寬和偏振效應(yīng)對飛秒光絲誘導(dǎo)燃燒中間產(chǎn)物熒光光譜的影響[J]. 侯夢瑤,王思琪,姚丹雯,付堯,臧宏偉,李賀龍,徐淮良. 中國激光. 2019(05)
[5]飛秒激光等離子體通道電磁波傳輸研究進展[J]. 劉洋,陳宗勝,時家明. 激光與光電子學(xué)進展. 2019(09)
[6]激光大氣成絲中的非線性光頻轉(zhuǎn)換[J]. 王鐵軍,徐淮良. 物理學(xué)進展. 2018(02)
[7]超強超短激光及其應(yīng)用新進展[J]. 李儒新,冷雨欣,徐至展. 物理. 2015(08)
[8]Femtosecond filamentation induced fluorescence technique for atmospheric sensing[J]. 袁帥,陳瑞良,曾和平. Chinese Physics B. 2015(01)
本文編號：3363724
【文章來源】：中國激光. 2020,47(05)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：12 頁
【部分圖文】：
后向測量得到的中紅外飛秒光絲誘導(dǎo)N2-Ar混合氣體的發(fā)射光譜[44]
目前,直接在空氣中產(chǎn)生N2空氣激光的方法是將高能量皮秒激光(1053 nm/10 ps/10 J)作為泵浦光,通過激光誘導(dǎo)擊穿過程產(chǎn)生的高能電子碰撞誘導(dǎo)N2產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。由于泵浦光三次諧波的波段能夠覆蓋C3Πu(ν′=0)和 B3Πg(ν″=0)躍遷,因此三次諧波可以作為種子光在粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的N2內(nèi)被放大,最終在泵浦激光傳輸?shù)耐虍a(chǎn)生N2受激輻射放大信號[60]。3 N2+的激射行為
然而,到目前為止,人們就強激光誘導(dǎo)N2+產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的物理機制尚未達(dá)成共識。在強場物理中,人們普遍認(rèn)為強激光電離N2后,大部分N2+會處于基態(tài)X2Σg+,因此,直接電離是不能在N2+的激發(fā)態(tài)B2Σu +與基態(tài)X2Σg+之間建立粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的[78-79]。有研究表明,N2+粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的建立過程是在“瞬態(tài)”完成的,時間尺度大約與泵浦激光的脈沖寬度相當(dāng)[36]。圖3(a)展示了前向測量得到的少周期飛秒激光脈沖(6 fs,5 kHz,0.2 mJ)在空氣中誘導(dǎo)的發(fā)射光譜。在391 nm處(B2Σu+(ν′=0)→X2Σg+(ν=0))可以清晰地觀測到N2+自種子(自相位調(diào)制過程產(chǎn)生的白光)的激射信號,表明N2+粒子數(shù)反轉(zhuǎn)過程甚至可以在幾個飛秒尺度內(nèi)完成[80]。基于上述分析,人們認(rèn)為電離后泵浦激光與電子、離子間的相互作用對建立N2+粒子數(shù)反轉(zhuǎn)起著關(guān)鍵作用。到目前為止,人們已提出了多種物理模型對其進行解釋,如電子重碰撞激發(fā)模型[81-82]、電離后光耦合模型[80,83]、不同電子態(tài)內(nèi)轉(zhuǎn)動態(tài)上粒子數(shù)分布差異[84]、轉(zhuǎn)動相干導(dǎo)致的瞬態(tài)反轉(zhuǎn)[85]、近共振的拉曼放大[86-87]和電子態(tài)相干導(dǎo)致無反轉(zhuǎn)放大[88]等,其中前兩種模型受到了大家的廣泛關(guān)注,下面將對其進行著重介紹。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Observation of the optical X2Σg+–A2Πu coupling in N2+ lasing induced by intense laser field[J]. 王思琪,付堯,姚丹雯,陳善銘,張維,李賀龍,徐淮良. Chinese Physics B. 2019(12)
[2]Air lasing: Phenomena and mechanisms[J]. 李賀龍,姚丹雯,王思琪,付堯,徐淮良. Chinese Physics B. 2019(11)
[3]基于激光成絲的太赫茲時域光譜系統(tǒng)研究綜述[J]. 徐強,蘇強,魯?shù)?張楠,張楊,劉偉偉. 中國激光. 2019(06)
[4]激光脈寬和偏振效應(yīng)對飛秒光絲誘導(dǎo)燃燒中間產(chǎn)物熒光光譜的影響[J]. 侯夢瑤,王思琪,姚丹雯,付堯,臧宏偉,李賀龍,徐淮良. 中國激光. 2019(05)
[5]飛秒激光等離子體通道電磁波傳輸研究進展[J]. 劉洋,陳宗勝,時家明. 激光與光電子學(xué)進展. 2019(09)
[6]激光大氣成絲中的非線性光頻轉(zhuǎn)換[J]. 王鐵軍,徐淮良. 物理學(xué)進展. 2018(02)
[7]超強超短激光及其應(yīng)用新進展[J]. 李儒新,冷雨欣,徐至展. 物理. 2015(08)
[8]Femtosecond filamentation induced fluorescence technique for atmospheric sensing[J]. 袁帥,陳瑞良,曾和平. Chinese Physics B. 2015(01)
本文編號：3363724
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