飛秒激光成絲以及伴隨的超連續(xù)輻射（supercontinuum,簡(jiǎn)稱SC）具有廣闊的應(yīng)用前景。圓錐透鏡的使用,可以將入射激光束轉(zhuǎn)換為貝塞爾光束,并且可以形成獨(dú)特的長(zhǎng)焦深區(qū)域（遠(yuǎn)超瑞利距離）,其有利于實(shí)現(xiàn)等離子體細(xì)絲的延長(zhǎng)和超連續(xù)輻射的增強(qiáng);另一方面,在不損傷光學(xué)介質(zhì)的前提下,在空間上具有均勻強(qiáng)度分布的平頂光束可以在光學(xué)介質(zhì)中以比高斯激光束更高的入射能量傳播,這有利于其在延長(zhǎng)等離子體細(xì)絲方面以及在形成高能量和高轉(zhuǎn)化效率的超連續(xù)輻射方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。因此本文將結(jié)合平頂光束與圓錐透鏡在激光成絲方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),對(duì)等離子體細(xì)絲以及超連續(xù)輻射進(jìn)行了優(yōu)化控制研究。本文實(shí)驗(yàn)研究了平頂光束經(jīng)圓錐透鏡后在熔融石英中的成絲及超連續(xù)輻射。首先對(duì)不同能量的高斯光束和平頂光束分別經(jīng)圓錐透鏡在熔融石英中的成絲演化情況進(jìn)行了研究,重點(diǎn)對(duì)比了高斯光束和平頂光束分別以相同的入射脈沖能量（672μJ）產(chǎn)生的等離子體細(xì)絲情況。結(jié)果表明,相對(duì)于高斯光束,平頂光束更有利于形成長(zhǎng)且強(qiáng)度分布均勻的等離子體細(xì)絲。然后,我們對(duì)比研究了不同能量下的高斯光束和平頂光束經(jīng)圓錐透鏡后在熔融石英中的成絲后的超連續(xù)輻射。并重點(diǎn)對(duì)比研究了672μJ... 

【文章來源】：長(zhǎng)春理工大學(xué)吉林省

【文章頁數(shù)】：52 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

平頂光整形器相關(guān)示意圖

第1章緒論8長(zhǎng)的等離子體細(xì)絲。由于等離子體細(xì)絲通道具有良好的導(dǎo)電特性，其相對(duì)于空氣其他部位的電阻率很低。因此，可以誘導(dǎo)雷電沿著等離子體細(xì)絲通道向指定位置放電，從而避免了雷電造成不必要的傷害及損失[46]。1974年，Ball等人首次提出了激光引雷的相關(guān)理論[47]。1978年，美國(guó)一科研小組利用CO2激光器首次進(jìn)行了激光引雷的實(shí)驗(yàn)，但由于當(dāng)時(shí)他們使用的納秒激光不足以產(chǎn)生足夠長(zhǎng)的等離子體細(xì)絲等其他因素導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)以失敗告終。隨著高峰值功率激光器的出現(xiàn)特別是飛秒激光器的問世，則很好的解決了不能形成長(zhǎng)等離子體細(xì)絲的難題。也意味著激光引雷從長(zhǎng)脈沖激光引雷進(jìn)入到了超短超強(qiáng)脈沖激光引雷階段，其中飛秒激光引雷的應(yīng)用尤為突出。1995年，王道洪[48]等人通過實(shí)驗(yàn)及模擬證明了實(shí)際生活中可以利用接地塔頂附近的局部強(qiáng)電場(chǎng)進(jìn)行激光引雷的可行性。其相關(guān)示意圖如圖1.2所示。圖1.2利用激光細(xì)絲觸發(fā)閃電示意圖[48]早在1997年，RolandSauerbrey等人利用功率為TW量級(jí)的飛秒激光器就已經(jīng)得到了長(zhǎng)達(dá)十幾公里的等離子體細(xì)絲。這意味著飛秒成絲誘導(dǎo)引雷的想法具有潛在的發(fā)展空間。2002年，M.Rodriguez等人利用太赫茲飛秒脈沖激光成功誘導(dǎo)了間距為3.8m電極之間的近似成直線的高壓放電[49]。其有無等離子體細(xì)絲時(shí)的相關(guān)現(xiàn)象如圖1.3所示，圖中的(a)和(b)分別為有無存在飛秒成絲誘導(dǎo)的放電過程。雖然現(xiàn)今通過飛秒激光可以在大氣中形成長(zhǎng)至幾十公里的等離子體細(xì)絲，但其長(zhǎng)度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到大范圍應(yīng)用激光引雷手段以避免雷電對(duì)于人類以及大自然的危害。因此關(guān)于激光引雷的進(jìn)一步研究等待著我們的探索與發(fā)現(xiàn)。其中關(guān)于利用超快脈沖激光實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的等離子體細(xì)絲仍然值得我們進(jìn)一步研究。

第1章緒論9(a)(b)圖1.3放電過程[49](a)無飛秒成絲誘導(dǎo)情況下的自由放電過程；(b)存在飛秒成絲誘導(dǎo)情況的放電過程1.5.2微納加工微納加工技術(shù)是利用微納米量級(jí)切除量來獲得高精度的尺寸和形狀的加工技術(shù)，其主要包括圖案化技術(shù)（光刻、等離子體刻蝕、濕法刻蝕等）、薄膜沉積技術(shù)和化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)等[50]。隨著現(xiàn)今科技向著微型化、集成化和數(shù)字化的趨勢(shì)發(fā)展，而微納加工技術(shù)是現(xiàn)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展的前提與保障，尤其在頂尖科技與突破創(chuàng)新方面的貢獻(xiàn)尤為突出。因此關(guān)于微納加工技術(shù)精度的提高具有巨大的發(fā)展空間。脈沖激光的引入是提高微納加工精度的有效手段之一。其中飛秒激光因其具有高峰值功率密度和窄脈寬的特性，使得飛秒激光在提高微納加工精度方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。飛秒微納加工技術(shù)主要利用了飛秒激光的瞬時(shí)功率高且作用時(shí)間短的特性，可以快速使加工樣品汽化并在加工區(qū)域無熱量擴(kuò)散過程，因此其也被稱之為“冷加工技術(shù)”。飛秒微納加工技術(shù)在三維微納加工、新型三維光存儲(chǔ)器、生物工程技術(shù)等領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展空間�，F(xiàn)今階段關(guān)于飛秒微納加工技術(shù)的相關(guān)科學(xué)研究吸引各國(guó)學(xué)者的強(qiáng)烈關(guān)注。但是若想提高飛秒微納加工技術(shù)的加工精度則要求經(jīng)聚焦在樣品表面的光斑直徑大小恒定，這需要建立一套復(fù)雜的光機(jī)電一體化系統(tǒng)（成本高且從工藝的角度來說不易于實(shí)現(xiàn)）來實(shí)現(xiàn)。飛秒激光經(jīng)過一系列復(fù)雜非線性過程形成了尺寸大致為100-200μm的穩(wěn)定等離子體細(xì)絲其不隨傳輸距離而改變且細(xì)絲內(nèi)的光強(qiáng)分布不隨之改變，這使得恒定飛秒激光的光斑直徑成為了可能。2012年郭凱敏利用飛秒激光形成的等離子體細(xì)絲進(jìn)行了樣品的表面微納結(jié)構(gòu)的制備研究，研究發(fā)現(xiàn)飛秒激光形成的等離子體細(xì)絲有利于在K9玻璃表面形成了近波長(zhǎng)周期波紋結(jié)構(gòu)[51]。另外，現(xiàn)今的飛秒

【參考文獻(xiàn)】：
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