空氣中飛秒激光成絲過(guò)程中激光脈沖診斷方法研究.pdf

1、飛秒激光在空氣中的成絲現(xiàn)象是當(dāng)前科研領(lǐng)域的熱門(mén)話題，其復(fù)雜的物理機(jī)制以及巨大的應(yīng)用潛力引起了人們的廣泛關(guān)注。一方面，飛秒激光成絲過(guò)程中存在復(fù)雜的非線性過(guò)程，例如自聚焦、光致電離、自相位調(diào)制、自陡峭等，這導(dǎo)致飛秒激光在光絲內(nèi)傳輸時(shí)脈沖形狀發(fā)生復(fù)雜的時(shí)空演變；另一方面，脈沖性質(zhì)的演化過(guò)程攜帶了成絲現(xiàn)象中非線性光學(xué)過(guò)程的重要信息。如果測(cè)量出飛秒激光脈沖在成絲中的演化過(guò)程，可以更加深入地了解光絲內(nèi)部所發(fā)生的各種復(fù)雜的物理過(guò)程。因此，成絲過(guò)程中激

2、光脈沖的診斷技術(shù)研究具有重要的理論和實(shí)用價(jià)值。本文針對(duì)空氣飛秒激光成絲過(guò)程中激光脈沖的診斷問(wèn)題進(jìn)行了理論以及實(shí)驗(yàn)研究，在對(duì)現(xiàn)有測(cè)量技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)介紹和理論分析的基礎(chǔ)上，提出了三種新穎的測(cè)量技術(shù)并對(duì)它們的測(cè)量原理進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，給出了相應(yīng)的理論推導(dǎo)過(guò)程，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量驗(yàn)證了三種測(cè)量技術(shù)的可行性。
　　 本文提出的第一種測(cè)量技術(shù)是基于雙光子熒光測(cè)量原理的空氣飛秒激光成絲過(guò)程中激光脈沖時(shí)空特性測(cè)量法，它通過(guò)對(duì)飛秒激光脈沖在色散介質(zhì)中激

3、發(fā)產(chǎn)生雙光子熒光信號(hào)空間分布的測(cè)量來(lái)反演激光光束的直徑、激光脈沖的寬度和啁啾率。本文首先從理論上推導(dǎo)了樣品池中熒光信號(hào)強(qiáng)度的空間分布模型，然后實(shí)驗(yàn)測(cè)量空氣成絲過(guò)程中飛秒激光脈沖的時(shí)空特性，獲得了激光光束直徑、脈沖寬度和啁啾率等重要參數(shù)的演變過(guò)程。
　　 本文提出的第二種測(cè)量技術(shù)是基于雙色場(chǎng)頻率分辨光快門(mén)技術(shù)的空氣飛秒激光成絲過(guò)程中激光脈沖時(shí)域特性測(cè)量法，它通過(guò)測(cè)量基頻飛秒脈沖和倍頻飛秒脈沖所合成的雙色場(chǎng)在空氣中聚焦后產(chǎn)生的三次諧

4、波的頻譜分布隨兩脈沖之間時(shí)間延遲變化的演變規(guī)律，并結(jié)合相應(yīng)的反演算法來(lái)實(shí)現(xiàn)激光脈沖強(qiáng)度和相位的測(cè)量。本文首先對(duì)空氣中雙色場(chǎng)飛秒激光泵浦產(chǎn)生三次諧波的物理機(jī)制進(jìn)行了理論研究，總結(jié)了時(shí)間延遲、激光脈沖的啁啾率和自相位調(diào)制效應(yīng)給三次諧波頻譜分布帶來(lái)的影響。然后根據(jù)所建立的三次諧波頻譜分布模型設(shè)計(jì)了相應(yīng)的反演算法，并利用該算法對(duì)聚焦區(qū)域中激光脈沖的強(qiáng)度和相位分布進(jìn)行了反演計(jì)算，給出了反演結(jié)果與理論數(shù)據(jù)的誤差分析。
　　 本文提出的第三種

5、測(cè)量技術(shù)是基于氮?dú)鉄晒鉁y(cè)量原理的空氣飛秒激光成絲過(guò)程中激光脈沖寬度測(cè)量法，它通過(guò)測(cè)量?jī)墒w秒激光在交叉區(qū)域所產(chǎn)生的氮?dú)鉄晒怆S兩脈沖之間時(shí)間延遲變化的分布來(lái)實(shí)現(xiàn)激光脈沖寬度的反演。本文首先從理論上推導(dǎo)了氮?dú)鉄晒庑盘?hào)的強(qiáng)度隨泵浦脈沖和探測(cè)脈沖之間的時(shí)間延遲變化的分布模型，然后對(duì)兩束飛秒激光交叉位置處泵浦脈沖的脈寬進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量。
　　 最后，本文對(duì)所做工作進(jìn)行了總結(jié)，討論了下一步工作需要改善的地方：一、基于雙光子熒光測(cè)量原理的空氣飛