飞秒激光在空气中的传输研究

【摘要】飞秒激光技术自从诞生以来，就一直是科研人员的研究热点。飞秒激光在空气中的传播同样为研究者们关注。当飞秒激光在空气中传播时，由于克尔效应导致激光光束自聚焦和等离子体导致光束发散之间的动态平衡，使激光在空气中形成了一道细细的光丝，这就是飞秒激光在空气中传播的成丝现象。当飞秒激光在空气中传播形成丝后，其传输长度可以不受瑞利距离的限制，形成远距离传输。成丝现象包含了许多有趣的物理现象，例如克尔自聚焦、自相位调节、等离子体散焦、超连续光谱、三次谐波、锥角辐射等。这些现象可以很好的用于实际应用中。例如远距离探测、激光引雷、激光遥感、人工降雨降雪、激光诱导核反应、激光武器等。由于飞秒激光在空气中自由传输时，形成光丝的距离较远，不容易观测及研究，所以在实验室中，研究者通常应用聚焦透镜使激光脉冲能在短距离内成丝，然后对成丝进行研究。本文主要以光丝作为研究对象，通过改变聚焦透镜的焦距及初始飞秒激光脉冲能量，达到对成丝长度、位置等参数的控制。通过对实验数据进行分析，我们得到了一些结论。在不改变透镜焦距的情况下，随着初始激光脉冲能量的由大变小，成丝自聚焦溃缩位置逐渐远离透镜，光丝长度逐渐减小，成丝亮度逐渐降低，光强也逐渐减小，直至最后不能观察到成丝现象。当不改变初始激光脉冲能量时，随着透镜焦距的减小，成丝自聚焦溃缩位置逐渐减小，光丝长度减小，光丝的光强却逐渐增强。接下来，我们用一个半经验的理论公式模拟相同条件下的飞秒激光成丝现象，即与实验相同的激光脉冲波长、脉冲能量、脉宽、束腰半径等参数，通过对等离子体密度及光强的空间分布的计算，得到理论上的成丝自聚焦溃缩位置，通过对比，发现理论计算与试验结果高度契合。
【作者】代玉银；
【导师】金明星；
【作者基本信息】吉林大学，原子与分子物理，2014，硕士
【关键词】飞秒激光；成丝；激光能量；自聚焦溃缩位置；

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