空气中飞秒激光等离子体丝的激光干涉测量研究
发布时间：2021-01-20 22:39
高峰值功率飞秒激光脉冲在空气中传输时,会形成一种长度远远超过其光学瑞利距离的结构—光丝,人们习惯上称之为飞秒激光成丝现象。飞秒激光成丝以及它所表现出的多种非线性效应无论是对基础物理研究,还是对激光成丝诱导闪电、空气中水的凝聚及雪的形成、大气污染物分析等众多领域都有着极其重要的价值。因此,对于研究飞秒激光成丝的特性,包括成丝电子密度、成丝大小及长度等对于光丝在上述各方面的应用极其重要。本论文基于马赫-曾德激光干涉原理,利用搭建的马赫-曾德激光干涉诊断系统对飞秒激光成丝等离子体的时空分布进行了测量研究,获得了高质量的阴影图及干涉图。通过调节探测光的延迟,获得了激光成丝的电离波前速度。利用二维快速傅利叶变换、相位解缠等方法对马赫-曾德干涉图进行了处理,获得了相移分布及电子密度分布,研究了电子密度随延迟时间的变化规律。首先,对三种紧聚焦诱导的成丝等离子体进行了测量研究,获得了其在不同时间延迟的阴影图,分析了成丝等离子体内相互作用的机制,探讨了飞秒激光诱导成丝等离子体的传输过程。结果表明,成丝等离子体的长度随着聚焦焦距的增大呈指数增长,且可改变透镜焦距调控成丝的长度。对三种紧聚焦诱导的成丝等离子...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：50 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光触发高压放电模拟激光引雷(a)没有激光引导(b)有激光引导
5CCDL2探测光考参光B1B2激光器M1M2待测物体L1图 1.1 马赫-曾德干涉仪的原理示意图1.3 飞秒激光脉冲成丝1.3.1 飞秒激光脉冲成丝概述自从上个世纪六七十年代以沈元壤[31]和Alfano等人[32]为代表的研究人员发现了激光经液体和固体光学介质的非线性成丝，并发现激光脉冲的光谱展宽现象以来，经过几十年的研究，人们已经实现了在不同种类介质中的激光成丝以及超连续辐射的产生，基本掌握了成丝以及超连续产生的主要物理机制[33]。如今，高功率飞秒激光脉冲在空气中可以诱导形成长距离的成丝等离子体，激光光束可以传输至十几公里，并产生超连续白光。这种远距离成丝等离子体产生的物理机制主要是由于克尔自聚焦、等离子体散焦及激光光束自身衍射三者之间的动态平衡。随着锁模与啁啾脉冲放大技术的发展，激光的脉宽越来越短，可达到飞秒(10-15s)甚至阿秒(10-18s)量级，能量可达几十毫焦(mJ)，功率密度可达几百太瓦每平方厘米(TW/cm2)。如此高功率的超短激光脉冲，使人们的研究工作已不再局限于凝聚态物质，气体中也很容易观察到成丝现象。尤其是 1995年飞秒激光脉冲在空气中成丝现象[1]被发现以后，由于其重要的基础物理研究意义，以及在诸如激光成丝诱导高压放电[34]、诱导水凝聚[35]、气溶胶[36]以及雪形成[37]、细丝诱导光谱技术[38]、白光激光雷达[39]、激光脉冲压缩技术[40]、THz[41]、高次谐波[42]以及“空气激光”[43]等很多应用领域都具有重大的潜在应用价值和前景，飞秒激光的成丝现象以及各种非线性效应的研究成为近年来新的热点研究领域，越来越多的研究人员跻身于飞秒激光成丝研究领域。1.3.2 飞秒激光脉冲成丝应用在飞秒激光脉冲成丝的形成、传输及衰变过程中伴随着多种复杂的物理现象
图 1.4 空气中激光成丝产生太赫兹的实验装置图。主要研究内容采用马赫-曾德激光干涉诊断技术，使用飞秒激光作为干涉光源激光干涉诊断系统。首先利用阴影法，即通过遮挡干涉系统中脉冲成丝进行了诊断。然后利用此诊断系统对空气中多种聚焦丝进行了测量研究。针对实验得到的成丝等离子体干涉图，通平台，利用二维快速傅利叶变换、相位解缠等方法对干涉图进行：，首先介绍了激光的发展历程，然后总结了激光等离子体的多种干涉法诊断等离子体的原理及研究进展，最后介绍了飞秒激光。，建立了一套完整的马赫-曾德激光干涉诊断系统，其中包括以的实验测量平台以及处理针对激光等离子体干涉图的计算机程相间的干涉条纹，对干涉图的处理，可以获得高质量的成丝等
【参考文献】：
期刊论文
[1]延迟双脉冲激光产生大气等离子体的实验研究[J]. 刘可,易佑民,李良波. 物理学报. 2012(22)
[2]干涉法诊断由纳秒激光诱导产生的大气等离子体的电子密度[J]. 张宏超,陆建,倪晓武. 物理学报. 2009(06)
[3]用马赫-贞德干涉仪测量喷气式Z箍缩等离子体密度[J]. 刘振,邹晓兵,王新新,韩旻. 强激光与粒子束. 2004(01)
[4]激光干涉诊断电热化学发射装置产生的等离子体射流[J]. 陈林,宋盛义,徐敏,张希林,孙承纬. 光电子技术与信息. 2001(06)
[5]光学薄膜表面激光等离子体参量干涉测量原理[J]. 陆建,倪晓武,贺安之. 南京理工大学学报. 1996(03)
博士论文
[1]电爆炸金属丝制备纳米粉体的研究[D]. 毛志国.清华大学 2009
[2]强飞秒激光在大气中的成丝非线性光学研究[D]. 郝作强.中国科学院研究生院（物理研究所） 2007
[3]紫外飞秒激光产生的相对论电离波前研究[D]. 颜立新.清华大学 2006
[4]飞秒激光等离子体光学诊断和自生磁场实验研究[D]. 李玉同.中国工程物理研究院 2001
硕士论文
[1]激光干涉检测等离子体密度方法研究[D]. 李海燕.西安电子科技大学 2014
[2]火花隙开关等离子体运行过程的光学干涉诊断[D]. 赵起.国防科学技术大学 2012
[3]激光等离子体干涉实验诊断研究[D]. 徐跃生.南京理工大学 2007
本文编号：2989916
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：50 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光触发高压放电模拟激光引雷(a)没有激光引导(b)有激光引导
5CCDL2探测光考参光B1B2激光器M1M2待测物体L1图 1.1 马赫-曾德干涉仪的原理示意图1.3 飞秒激光脉冲成丝1.3.1 飞秒激光脉冲成丝概述自从上个世纪六七十年代以沈元壤[31]和Alfano等人[32]为代表的研究人员发现了激光经液体和固体光学介质的非线性成丝，并发现激光脉冲的光谱展宽现象以来，经过几十年的研究，人们已经实现了在不同种类介质中的激光成丝以及超连续辐射的产生，基本掌握了成丝以及超连续产生的主要物理机制[33]。如今，高功率飞秒激光脉冲在空气中可以诱导形成长距离的成丝等离子体，激光光束可以传输至十几公里，并产生超连续白光。这种远距离成丝等离子体产生的物理机制主要是由于克尔自聚焦、等离子体散焦及激光光束自身衍射三者之间的动态平衡。随着锁模与啁啾脉冲放大技术的发展，激光的脉宽越来越短，可达到飞秒(10-15s)甚至阿秒(10-18s)量级，能量可达几十毫焦(mJ)，功率密度可达几百太瓦每平方厘米(TW/cm2)。如此高功率的超短激光脉冲，使人们的研究工作已不再局限于凝聚态物质，气体中也很容易观察到成丝现象。尤其是 1995年飞秒激光脉冲在空气中成丝现象[1]被发现以后，由于其重要的基础物理研究意义，以及在诸如激光成丝诱导高压放电[34]、诱导水凝聚[35]、气溶胶[36]以及雪形成[37]、细丝诱导光谱技术[38]、白光激光雷达[39]、激光脉冲压缩技术[40]、THz[41]、高次谐波[42]以及“空气激光”[43]等很多应用领域都具有重大的潜在应用价值和前景，飞秒激光的成丝现象以及各种非线性效应的研究成为近年来新的热点研究领域，越来越多的研究人员跻身于飞秒激光成丝研究领域。1.3.2 飞秒激光脉冲成丝应用在飞秒激光脉冲成丝的形成、传输及衰变过程中伴随着多种复杂的物理现象
图 1.4 空气中激光成丝产生太赫兹的实验装置图。主要研究内容采用马赫-曾德激光干涉诊断技术，使用飞秒激光作为干涉光源激光干涉诊断系统。首先利用阴影法，即通过遮挡干涉系统中脉冲成丝进行了诊断。然后利用此诊断系统对空气中多种聚焦丝进行了测量研究。针对实验得到的成丝等离子体干涉图，通平台，利用二维快速傅利叶变换、相位解缠等方法对干涉图进行：，首先介绍了激光的发展历程，然后总结了激光等离子体的多种干涉法诊断等离子体的原理及研究进展，最后介绍了飞秒激光。，建立了一套完整的马赫-曾德激光干涉诊断系统，其中包括以的实验测量平台以及处理针对激光等离子体干涉图的计算机程相间的干涉条纹，对干涉图的处理，可以获得高质量的成丝等
【参考文献】：
期刊论文
[1]延迟双脉冲激光产生大气等离子体的实验研究[J]. 刘可,易佑民,李良波. 物理学报. 2012(22)
[2]干涉法诊断由纳秒激光诱导产生的大气等离子体的电子密度[J]. 张宏超,陆建,倪晓武. 物理学报. 2009(06)
[3]用马赫-贞德干涉仪测量喷气式Z箍缩等离子体密度[J]. 刘振,邹晓兵,王新新,韩旻. 强激光与粒子束. 2004(01)
[4]激光干涉诊断电热化学发射装置产生的等离子体射流[J]. 陈林,宋盛义,徐敏,张希林,孙承纬. 光电子技术与信息. 2001(06)
[5]光学薄膜表面激光等离子体参量干涉测量原理[J]. 陆建,倪晓武,贺安之. 南京理工大学学报. 1996(03)
博士论文
[1]电爆炸金属丝制备纳米粉体的研究[D]. 毛志国.清华大学 2009
[2]强飞秒激光在大气中的成丝非线性光学研究[D]. 郝作强.中国科学院研究生院（物理研究所） 2007
[3]紫外飞秒激光产生的相对论电离波前研究[D]. 颜立新.清华大学 2006
[4]飞秒激光等离子体光学诊断和自生磁场实验研究[D]. 李玉同.中国工程物理研究院 2001
硕士论文
[1]激光干涉检测等离子体密度方法研究[D]. 李海燕.西安电子科技大学 2014
[2]火花隙开关等离子体运行过程的光学干涉诊断[D]. 赵起.国防科学技术大学 2012
[3]激光等离子体干涉实验诊断研究[D]. 徐跃生.南京理工大学 2007
本文编号：2989916
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