超快激光在透明液體中的傳輸性質(zhì)研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著強(qiáng)光光學(xué)的迅速發(fā)展，超短強(qiáng)激光已經(jīng)廣泛應(yīng)用于許多研究領(lǐng)域。由于當(dāng)超短強(qiáng)激光在介質(zhì)中傳輸時(shí)，特別是當(dāng)?shù)入x子體產(chǎn)生的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)一些類似于傳統(tǒng)非線性光學(xué)但又源于不同的物理機(jī)制的更加豐富的光學(xué)現(xiàn)象，比如：自聚焦、超連續(xù)白光、自陡峭、高次諧波等，因此強(qiáng)激光脈沖在介質(zhì)中傳輸特性研究已經(jīng)成為當(dāng)今一個(gè)熱點(diǎn)研究方向。 本論文主要研究了飛秒激光脈沖在透明液體中和在等離子體中傳輸時(shí)產(chǎn)生的一系列非線性現(xiàn)象，并對(duì)這些現(xiàn)象進(jìn)行了理論解釋。

2、 首先從實(shí)驗(yàn)和理論上研究了單束飛秒強(qiáng)激光脈沖在透明液體中傳輸時(shí)圓錐輻射和超連續(xù)譜的產(chǎn)生。隨著輸入的激光能量的增加，強(qiáng)的激光場(chǎng)作用引起的等離子體導(dǎo)致了光絲和脈沖的分裂，同時(shí)產(chǎn)生了超連續(xù)光譜。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)超連續(xù)譜的產(chǎn)生分為兩個(gè)階段，當(dāng)輸入的激光能量比較弱的時(shí)候，光克爾（Kerr）效應(yīng)作為產(chǎn)生頻譜加寬的主要機(jī)制；當(dāng)輸入的激光強(qiáng)度超過(guò)產(chǎn)生等離子體的臨界閾值的時(shí)候，等離子體的出現(xiàn)成為誘導(dǎo)光譜加寬的主要因素。通過(guò)對(duì)不同液體（水、甲醇、苯和二硫化碳

3、）的超連續(xù)譜的研究發(fā)現(xiàn)，超連續(xù)譜的頻譜寬度是與介質(zhì)的帶隙閾值和自聚焦的閾值成正比的。同時(shí)，強(qiáng)飛秒激光脈沖在透明液體傳輸時(shí)，激發(fā)的自由電子濃度呈現(xiàn)出時(shí)空梯度分布，使得在橫向波矢空間中的輸出功率譜因空間自相位調(diào)制出現(xiàn)相長(zhǎng)和相消干涉，在投影屏上出現(xiàn)了圓錐輻射。此研究結(jié)果對(duì)產(chǎn)生的寬頻帶可連續(xù)調(diào)諧的激光脈沖，大氣中污染探測(cè)、激光引雷等方面的應(yīng)用都有重要的參考價(jià)值。 為了探究等離子體對(duì)在其中傳輸?shù)某堂}沖的作用以及等離子體內(nèi)部性質(zhì)，采用泵浦

4、．探測(cè)縱向衍射和二次諧波產(chǎn)生頻率分辨光閘（SHG-FROG）技術(shù)探測(cè)超強(qiáng)激光脈沖經(jīng)過(guò)等離子體后的空間和時(shí)間頻譜特性，結(jié)果顯示由于時(shí)空白相位調(diào)制和等離子體的梯度分布，探測(cè)光在時(shí)域上加寬并分裂，在空間上出現(xiàn)了衍射環(huán)，同時(shí)中心光束的大小隨著泵浦光強(qiáng)度的增大而減小，透射強(qiáng)度隨著泵浦光的增加先增加后減小。通過(guò)對(duì)頻譜和空間衍射環(huán)的解析，可以了解等離子體內(nèi)部的性質(zhì)。對(duì)等離子體性質(zhì)的探測(cè)研究使人們了解了等離子體內(nèi)部的變化過(guò)程，對(duì)進(jìn)一步研究等離子體以及光