飞秒激光在介质中成丝的非线性光学现象及其应用的研究

• 作 者: 刘晓龙
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 飞秒激光 非线性光学 传播介质 成丝性能 工艺参数

随着超短超强激光脉冲的发明,激光在介质中的非线性现象重新得到了广泛的关注。当超短超强飞秒激光在介质中传输时,由于克尔自聚焦效应和等离子体散焦效应的动态平衡,会形成一定长度的高强度等离子体细丝。伴随着细丝的传输,还会有超连续辐射、锥角辐射和太赫兹辐射的产生。激光成丝在激光远程探测、激光引导高压放电等方面有良好的应用前景。本论文即是围绕超短超强激光在非线性介质(主要为大气)中的传输成丝及其伴随的现象进行了研究。　　
首先,我们对紧聚焦超强飞秒激光在空气中的传输特性进行研究。激光成丝初始位置估算的激光强度和由电子密度分布反推出的细丝内部的激光强度表明:等离子体细丝中激光强度钳制效应仍然起作用。而由成丝过程光谱展宽在短波方向的截止波长的出现,也证明了上述结论。　　
之后,论文对于激光成丝过程中激光光谱的频率转换进行了研究。紧聚焦激光在空气中产生的超连续辐射虽然覆盖了整个可见光区域的光谱范围,但其光谱由于等离子体的作用,明显地往短波方向展宽。而在熔融石英中,通过激光离焦激发的设置,产生了高转换效率、均匀光谱分布和准直性良好的超连续白光激光,为激光远程探测的应用提供了条件。通过添加对空气等离子体细丝的干扰,我们在实验中得到了三次谐波辐射一个数量级以上的增强。　　
然后,我们改变现有的激光脉冲啁啾放大系统,得到了飞秒激光脉冲序列的输出,并在实验上产生了长寿命的等离子体通道,使其更满足激光引导高压放电的应用需要。脉冲序列的连续离化和后续脉冲对于电子离子相互作用的退吸附作用是此处等离子体通道寿命延长的主要原因。　　
最后,论文阐述了在激光器的优化方面所做的主要工作。通过添加一级多通放大系统,我们完成了实验室极光二号系统的升级,使其成为高重复频率(0.1Hz),高峰值功率(百太瓦)的激光装置。我们使用光束匀化装置和自适应光学系统对激光系统输出的激光光束进行修正,提高了光束的均匀性。通过对激光系统压缩器的研究和调节,我们将输出激光的空间啁啾降到最低,提高了光束聚焦的水平。以上优化从不同的方面分别提高了激光的聚焦强度。