由于光克爾自聚焦效應(yīng)和等離子體散焦效應(yīng)間的動態(tài)平衡,會導(dǎo)致在介質(zhì)中傳輸?shù)膹娂す猱a(chǎn)生等離子體通道,被稱為激光光絲。它已經(jīng)被用于引導(dǎo)、抑制閃電,遠程檢測和火焰燃燒診斷等技術(shù)的研發(fā)。最新研究發(fā)現(xiàn),在飛秒激光成絲的過程中,會在其前向和背向上產(chǎn)生相干的、放大的激射信號（Lasing）,并且對不同的氣體介質(zhì)具有普適性。激射現(xiàn)象,特別是背向激射現(xiàn)象,為千米級到百千米級的遠距離、高精度探測提供了新的途徑,其產(chǎn)生和基本特性的研究迅速成為了激光成絲的熱點問題。本文以氮氣為靶物質(zhì),在雙色場中對800 nm飛秒強激光在成絲過程中的激射現(xiàn)象展開研究。首先,采用400 nm飛秒脈沖為探測光,在較高的背景氣壓下研究了泵浦激光成絲對探測脈沖光譜的影響。通過觀察探測光束的遠場衍射分布,測量其能量損失的變化規(guī)律以及相互作用區(qū)的熒光光譜,發(fā)現(xiàn)探測光譜被抑制是等離子體衍射和近共振吸收共同作用的結(jié)果。其次,采用354 nm飛秒脈沖作為探測光,實驗觀測了對應(yīng)于N2+的B2Σu+態(tài)和X2∑g+態(tài)不同振動能級之間躍遷的353.3 nm、353.8 nm、354.9 nm和356.4 nm光譜信號,研究N+離子系統(tǒng)的振動態(tài)動力學(xué)。通過... 

【文章來源】：蘭州大學(xué)甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：47 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

飛秒激光成絲：強激光光束傳輸時的克爾自聚焦和散焦循環(huán)，形成周期性結(jié)構(gòu)的成絲

蘭州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文氮氣中飛秒激光誘導(dǎo)成絲的激射現(xiàn)象5tIczntt200)()(（1-9）根據(jù)時域和頻域的傅里葉變換，時域內(nèi)振幅或相位的周期性變化會引起頻域內(nèi)新頻率信號的產(chǎn)生，對于2n為正的介質(zhì)，在原有脈沖包絡(luò)基礎(chǔ)上脈沖前沿會產(chǎn)生新的低頻信號，脈沖后沿會產(chǎn)生新的高頻成分。圖1.2自相位調(diào)制引入新的頻率分量，脈沖的前端和后端出現(xiàn)相反的頻率偏移，即頻率啁啾現(xiàn)象。自相位調(diào)制得到新的頻率成分，展寬頻譜進而壓縮脈沖獲得更窄脈沖。另一個由與強度相關(guān)的折射率引起的效應(yīng)是自陡峭效應(yīng)。飛秒激光脈沖的自陡峭(selfsteepening)是群速度對光強的依賴關(guān)系造成的。脈沖的強度分布導(dǎo)致脈沖峰值和兩側(cè)的折射率不同，2n為正值的傳播介質(zhì)中折射率與光強成正比例關(guān)系，導(dǎo)致脈沖中心區(qū)域的傳輸速度要比兩側(cè)小，脈沖峰值不斷向尾部移動形成陡峭邊緣，從而使脈沖形狀不對稱。這種自陡峭效應(yīng)會導(dǎo)致脈沖劈裂[5]和脈沖SPM展寬頻譜的不對稱，光譜高頻一端較低頻一端有更大的頻譜展寬，紅移峰的峰幅更大。

蘭州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文氮氣中飛秒激光誘導(dǎo)成絲的激射現(xiàn)象6圖1.3折射率與光強相關(guān)，不同光強度點上會有相對的群速度延遲。例如，脈沖前沿P1相比于P2具有更高的速度，P4的速度比P3低，因此相應(yīng)兩點之間的群速度延遲增加，使得脈沖前端的邊緣變陡，峰值向前端偏移，從而產(chǎn)生不對稱的脈沖波形。保證能量守恒的前提下幅值也發(fā)生了變化。1.2激光誘導(dǎo)等離子體光絲的應(yīng)用飛秒激光氣體介質(zhì)中的成絲在應(yīng)用中的廣泛前景使其在實驗和理論上獲得了極大的關(guān)注，例如遠距離探測大氣污染物、激光誘導(dǎo)閃電、火焰燃燒診斷等。下面我們將介紹幾個有重大意義的實際應(yīng)用。1.2.1遠距離探測和激光誘導(dǎo)閃電現(xiàn)在環(huán)境問題越來越受到人們的重視，大氣污染物檢測、天氣預(yù)測等對環(huán)境實時監(jiān)測的需求日益重要。由于可控的成絲距離和超強的鉗制強度，飛秒激光成絲誘導(dǎo)熒光被廣泛應(yīng)用于大氣污染物的遠程探測。飛秒激光脈沖在空氣中傳輸形成等離子體光絲時，其內(nèi)部超高的峰值功率足以激發(fā)電離傳輸路徑上的任何物質(zhì)。我們收集分析相應(yīng)的原子、分子、離子的特征熒光光譜就可以定性定量地確定待測物質(zhì)元素。還可以通過改變?nèi)肷浼す獾某跏紬l件來控制成絲位置以實現(xiàn)對探測具體位置的有效控制。飛秒激光成絲過程中由于切倫科夫輻射、自相位調(diào)制、四波混頻等機制，產(chǎn)生了超連續(xù)譜的白光，可以作為新的輻射源[6,7]。探測超連續(xù)輻射源被大氣物質(zhì)吸收后的吸收譜就可以實時檢測多種氣體成分。激光成絲遠程探測技術(shù)具有實時的、高靈敏度、遠距離探測等優(yōu)點，已經(jīng)逐漸在環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了廣泛的應(yīng)用。雷電的破壞能力極強，為能夠避免災(zāi)害的發(fā)生，人們希望能夠人為控制它。


本文編號：2925353