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研究超短脉冲激光与透明介质相互作用的物理机制,对于促进飞秒激光微加工应用具有重要意义,也是当前的一个热点领域。啁啾脉冲放大(CPA)技术的发展,使激光脉冲宽度从ns、ps缩短到fs的时间尺度,使激光与材料相互作用进入到一个全新的领域。本文主要工作如下:1) 介绍了超短脉冲激光与透明介质相互作用这一领域的最新进展,给出了飞秒激光对透明介质材料进行微加工的物理机制,开展了超短超强脉冲激光与透明介质熔融石英相互作用的实验工作。利用800nm、60 fs、0. 6 mJ的钛蓝宝石激光器,我们研究了飞秒激光照射下石英玻璃的烧蚀情况,并与532 nm,35 ps,4mJ的皮秒激光器作用下样品的烧蚀进行了比较。实验结果清楚的表明皮秒激光作用下材料烧蚀边界有很明显的裂纹,应力作用明显。而飞秒激光作用下材料烧蚀边界非常清晰,烧蚀斑很有规则,有利于提高微加工的精度。利用飞秒激光我们在熔融石英样品中进行微加工,得到的微孔半径在20 μm量级,深度随着激光能量的增加从22μm增加到254μm。系统研究了透明材料熔融石英在800 nm,60 fs激光作用下的烧蚀面积、深度、体积与激光强度的依赖关系,发现材料的烧蚀面积、深度、体积与与光强近似成对数关系。2) 概述了钛宝石晶体在可调谐激光器方面的进展及其在超快超短脉冲高功率激光系统方面的应用。测量了上海光机所生长的钛宝石晶体的吸收光谱、激发光谱、荧光光谱、X射线衍射光谱等,对其进行了光谱分析。针对超高功率超大能量超快激光技术中普遍存在的元件和晶体损伤问题,实验研究了飞秒激光和皮秒激光作用下钛宝石晶体所产生的体损伤和面损伤形貌特征,比较和阐述了损伤形貌的异同点,发现激光损伤形貌与样品的光学质量有关,尤其是与晶体表面情况和应力的关系很大。详细地阐述了晶体的体损伤,表面破坏,杂质缺陷引起的热破坏,雪崩电离击穿和多光子吸收电离破坏。在此基础上对晶体材料的光损伤机理和加固机制进行了探讨性研究。这部分工作对于生长更高质量的钛宝石晶体具有重要指导意义。