發(fā)布時(shí)間：2020-07-01 07:22

【摘要】：本文圍繞整形飛秒光場(chǎng)作用下材料的響應(yīng)特性進(jìn)行了深入研究，包括硅材料在飛秒雙脈沖作用下的燒蝕過(guò)程、整形的飛秒激光大氣中的成絲傳播、整形的飛秒脈沖在K9玻璃內(nèi)產(chǎn)生的非線性效應(yīng)。此外，本文使用遺傳算法對(duì)用于燒蝕產(chǎn)物粒子探測(cè)的反射式飛行時(shí)間質(zhì)譜儀電場(chǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。具體研究結(jié)果如下： 1.使用雙飛秒脈沖激光燒蝕半導(dǎo)體硅，研究等離子體的發(fā)射熒光強(qiáng)度隨樣品位置以及雙脈沖延遲時(shí)間之間的變化關(guān)系。實(shí)驗(yàn)分別在高低兩個(gè)能量下進(jìn)行的。研究發(fā)現(xiàn)：在相同焦點(diǎn)位置處，熒光強(qiáng)度隨雙脈沖延遲時(shí)間的增加出現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，高低能量下變化趨勢(shì)相同。這是第一束脈沖與樣品作用產(chǎn)生的等離子體以及液化的表面與第二束脈沖之間的相互作用導(dǎo)致的結(jié)果。熒光強(qiáng)度隨樣品位置的變化中出現(xiàn)了雙增強(qiáng)區(qū)：樣品位置處于激光焦點(diǎn)時(shí)，熒光強(qiáng)度并不是最大值，而是一個(gè)凹陷；當(dāng)樣品位于兩側(cè)位置時(shí)，熒光強(qiáng)度都高于焦點(diǎn)位置處。熒光強(qiáng)度隨樣品位置的變化是激光在大氣中傳播發(fā)生非線性克爾效應(yīng)導(dǎo)致的，自聚焦或自散焦效應(yīng)直接改變激光在傳播方向的能量分布，導(dǎo)致了雙增強(qiáng)區(qū)的出現(xiàn)。研究結(jié)果表明，雙脈沖激光比單脈沖激光更利于燒蝕；通過(guò)改變樣品距離激光焦點(diǎn)的位置以及雙脈沖之間的延遲時(shí)間，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)燒蝕效率的一定控制。 2.使用整形飛秒脈沖在大氣中成絲，并結(jié)合遺傳算法，對(duì)所成光絲的長(zhǎng)度進(jìn)行了優(yōu)化。其中包括三部分工作：首先，本文使用開(kāi)環(huán)控制方法對(duì)正弦位相的參數(shù)A和T進(jìn)行了一定范圍的掃描，觀察對(duì)應(yīng)整形脈沖生成光絲長(zhǎng)度隨兩個(gè)參數(shù)的變化關(guān)系，發(fā)現(xiàn)掃描的正弦位相對(duì)應(yīng)的整形脈沖產(chǎn)生的光絲長(zhǎng)度都小于變換極限脈沖產(chǎn)生的。然后，本文使用閉環(huán)遺傳算法對(duì)正弦位相產(chǎn)生的光絲長(zhǎng)度進(jìn)行優(yōu)化，尋找到了能使光絲長(zhǎng)度比變換極限脈沖作用時(shí)的長(zhǎng)度增加約9%的整形脈沖。最后，本文使用閉環(huán)遺傳算法對(duì)由隨機(jī)位相生成的整形脈沖產(chǎn)生的光絲長(zhǎng)度進(jìn)行優(yōu)化，尋找到了使光絲長(zhǎng)度增加約50%的整形脈沖。這些結(jié)果證實(shí)了以下幾點(diǎn)：第一，大氣成絲對(duì)光脈沖的形狀是敏感的，光脈沖形狀的微小變化會(huì)導(dǎo)致成絲長(zhǎng)度的很大抖動(dòng)；第二，與變換極限脈沖相比，某些整形脈沖可以增加大氣中光絲的長(zhǎng)度，最多可實(shí)現(xiàn)約50%的增加；第三，在尋找有利于成絲的整形脈沖的工作中，閉環(huán)控制方法比開(kāi)環(huán)控制方法更有效。 3.使用整形飛秒脈沖研究了K9玻璃的光限幅特性。主要包括以下兩部分工作：一是固定樣品在特定位置，使用開(kāi)環(huán)控制方法變換正弦位相的三個(gè)參數(shù)A、T和，研究相應(yīng)整形脈沖的吸收率隨三個(gè)參數(shù)的變化關(guān)系。研究結(jié)果表明，改變參數(shù)A改變了脈沖序列中子脈沖的個(gè)數(shù)，從而改變了整形脈沖中能量分布，影響了非線性吸收的效率；前置脈沖引起的材料各向異性會(huì)改變后續(xù)脈沖通過(guò)材料時(shí)的吸收效率，改變參數(shù)T改變了子脈沖間距，從而前置脈沖對(duì)后續(xù)脈沖的影響也發(fā)生了改變；改變參數(shù)改變了激光光譜位相在頻域上的位置，從而對(duì)材料的多光子吸收過(guò)程產(chǎn)生影響。第二部分工作是結(jié)合閉環(huán)遺傳算法，對(duì)正弦位相調(diào)制的整形脈沖的非線性吸收進(jìn)行優(yōu)化。在變換極限脈沖作用下，K9玻璃幾乎沒(méi)有吸收。而在尋找到的最終整形脈沖作用下，材料對(duì)其的吸收率達(dá)到了4%。 4.使用遺傳算法對(duì)用于燒蝕產(chǎn)物粒子探測(cè)的反射式飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的分辨率進(jìn)行了模擬優(yōu)化和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本文選取了不`同的初始離子狀態(tài)進(jìn)行了模擬優(yōu)化。在尋找到的最優(yōu)電壓組合下，質(zhì)譜儀的電場(chǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)初始離子狀態(tài)不同造成的飛行時(shí)間差異實(shí)現(xiàn)了很好的補(bǔ)償。例如，在模擬實(shí)際實(shí)驗(yàn)條件的優(yōu)化計(jì)算時(shí)，初始粒子狀態(tài)為45個(gè)不同質(zhì)量數(shù)、有一定空間分布、具有一定初速度的粒子團(tuán)。優(yōu)化結(jié)果得到的時(shí)間分辨率根據(jù)質(zhì)量數(shù)的不同而不同，最低的為30512，而最高的達(dá)到了45635。在實(shí)驗(yàn)中，使用模擬優(yōu)化尋找到的最優(yōu)電壓組合，本文獲得了較高分辨率的氙氣質(zhì)譜，其中Xe132峰的時(shí)間分辨率為20968，驗(yàn)證了模擬結(jié)果的正確性。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：O437
【圖文】：

TBP）可以很好的解釋一個(gè)脈沖與變換極限脈沖之間的差別。沖的時(shí)間延遲和光譜寬度的乘積：TBP= t 分別是脈沖時(shí)域和頻域截面的半高全寬值。另一種評(píng)估脈沖與差別的方法是復(fù)雜度[1]。復(fù)雜度定義為時(shí)域或頻域最大特性與 t / t / 圖解示意如圖 1.1 所示。時(shí)間 帶寬乘積與復(fù)雜度之間是成正譜有： TBP/4ln2

3圖 1.2 脈沖整形圖集[2]：（a）傅立葉變換脈沖，（b）啁啾脈沖，（c）三次位相，（d）π 位相，（e）雙脈沖序列。第一列表示的是頻域的強(qiáng)度和位相，第二列表示時(shí)域的強(qiáng)度，第三列表示的是 Wigner 方程，第四列是光譜圖。光譜位相是決定脈沖復(fù)雜度，即脈沖形狀的主要因素。將光譜位相展開(kāi)成泰勒多項(xiàng)式可以更清晰的了解每項(xiàng)的作用：(0) (1) (2) 2 (3) 30 0 0 0 0 0 01 1( ) ( ) ( ) ( )2 6 (4) 4 ( )0 0 0 01 1( ) ( )24 !n nn （1.5）

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