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飞秒激光与透明介质的非线性相互作用具有许多独特性质，其在超精密加工、医学外科手术、纳米生物医学工程、微光子器件的制造及高密度三维数字存储等方面具有极高的应用价值。本文主要涉及两方面的研究内容：探讨飞秒激光与透明介质非线性相互作用的机理以及飞秒激光与透明介质非线性相互作用的应用——飞秒激光三维光数字存储和飞秒激光光波导的写入。
首先参与研究、建立了一套飞秒激光系统，该系统可用于飞秒激光与透明介质相互作用的非线性研究、超精细加工以及微光子器件制造等多种用途，并参与设计了无展宽器钛宝石啁啾脉冲再生放大器，测量了飞秒激光系统的输出参数。
本文从理论和实验上研究了在飞秒激光脉冲作用下，透明介质中的不同非线性现象以及相应的基本机制。对单个飞秒激光作用于重钡火石玻璃(ZBaFl5)和熔融石英的非线性光学现象，指出重钡火石玻璃(ZBaFl5)在低激励强度时产生色心，在高激励强度时产生微爆；对于熔融石英内部产生的多次微爆现象，基于飞秒激光脉冲在透明介质内的自聚焦效应和自由电子等离子体的自散焦效应，提出了单个飞秒激光脉冲在熔融石英内诱导多次微爆的简易模型；基于Fokker-Planck方程建立了飞秒激光微爆的模型，首次给出了在透明介质中产生微爆的阈值解析表达式，利用典型参数得到的计算结果与实验结果具有较好的一致性。
本文用衍射方法和光谱分析法探讨了近红外飞秒激光与光学玻璃相互作用的物理机制。建立了飞秒激光在玻璃中产生的微细线阵结构和点阵结构的效应模型，模拟了其衍射光场分布，首次指出飞秒激光作用于熔融石英产生的微细线阵结构和点阵结构既引起光传输的相位变化又引起振幅变化，但其中以折射率引起的相位变化为主；根据熔融石英的荧光光谱分析，发现了自陷极子的产生。
本文进行了近红外飞秒激光脉冲三维光数字存储的基础实验和无源、有源波导的写入实验。首次成功地实现了1kHz的飞秒激光在PMMA中的多层二进制数据文件的光数据存储的写入和读出，存储密度达到101Obits/cm3。首次在Er3+：Yb3+共掺锂硅酸盐激光玻璃内部制作了微米级有源光波导。