飞秒激光经圆锥透镜在熔融石英中成丝的超连续辐射研究
发布时间：2021-11-23 03:30
当超短脉冲激光功率大于其在光学介质中的自聚焦临界功率时,由于克尔自聚焦和等离子体散焦效应的动态平衡作用,会在介质中形成等离子体细丝,等离子体丝具有很多独特的优点而在很多研究领域有着很广阔的应用。针对飞秒激光成丝的不同应用领域,圆锥透镜对光束不同的汇聚方式使它成为一种具有独特优势能实现成丝优化控制的的光学元件。本论文首先对飞秒激光成丝进行简要的概述,讨论了近年来使用圆锥透镜在不同非线性介质中（气体、固体、液体）进行成丝、超连续辐射优化控制的最新研究进展。其次,对圆锥透镜控制飞秒激光成丝所涉及的物理机制进行解释,并使用Zemax软件模拟了贝塞尔光束焦深区域随着凹透镜与圆锥透镜距离增加时的变化规律。在实验方面,研究了改变实验参数（凹透镜与与圆锥透镜的距离、圆锥透镜的角度、入射激光能量）对等离子体丝及超连续辐射的影响。研究结果表明使用凹透镜与圆锥透镜组合可以很好地对等离子体丝及伴随的超连续辐射进行优化控制,进一步为成丝、超连续辐射在更多领域的应用提供一种便捷的方法。
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：45 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
a聚焦透镜获得的锥角辐射b圆锥透镜获得的锥角辐射[35]
图 1.2 不同角度圆锥透镜所获得的超连续辐射[39](a)170°，(b)175°，(c)178°实验结果表明在相同能量下，170°的圆锥透镜比 175°、178°的圆锥透镜所获得续辐射光谱的强度更强，光谱的展宽范围更大。从近年来使用圆锥透镜在固体中进行成丝及超连续辐射的优化控制的研究现状出，学者所做的模拟相对较少，实验内容较多。尽管使用不同种类的固体介质得展宽更大的超连续辐射光谱，但对其产生过程所涉及到的物理机制需要做更的讨论。3 圆锥透镜在液体中实现成丝、超连续辐射优化控制相对于使用圆锥透镜控制飞秒激光在气体和固体中成丝，成丝领域的学者在液做研究较少，主要为甲醇和水。2005 年，Polesana 等人实验和理论模拟了使用圆锥透镜控制皮秒激光在甲醇中[40]，研究结果表明，贝塞尔光束与高斯光束相比在甲醇液体中可以获得相对较离子体丝，并进一步研究了激光不同传输位置处的多丝分布情况。发现改变介深区域的位置可以影响等离子体丝的长度、多丝的分布及伴随的非线性效应等
进行精确控制以实现对物质的高精度探测。而未来白光激光雷达的发展趋势体现在光雷达与卫星相互辅助，利用卫星的优势大面积提高探测范围，多种探测模式相互合，提高数据处理技术等方法既可以节约成本，又可以满足更多领域的要求。4.3 激光诱导放电近年来自然灾害的发生，例如暴雪、闪电、冰雹等给人类的生存及发展都带来了在的威胁与隐患。人们通过科学研究逐渐把飞秒激光成丝列为一项可以实现减小自灾害的国家项目，并通过改变成丝的长度、强度及位置来实现大气的控制。在 7代初，科学家们对激光放电有着浓厚的兴趣，但由于纳秒激光并不能形成长的等离体细丝，导致激光诱导放电实验研究处于停滞阶段。而随着学者们发现飞秒激光可在空气中产生千米长的等离子体丝，激光诱导放电实验才再次引起了成丝领域学者高度重视。激光放电的基本原理[48]为飞秒激光在空气中形成的等离子体丝与电压两产生电弧作用，并诱导电弧沿着等离子体丝的方向进行放电。而在诱导放电的过程，并不是等离子体丝所有的能量都会释放来引导放电，有一部分丝的能量作为能量景池来引导等离子体丝的传输。2007 年，张喆等人通过实验证明激光诱导放电长大于没有激光作用时自由放电长度[49]，如图 1.3 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳秒、飞秒激光诱导击穿光谱技术的应用研究进展[J]. 陈娜,刘尧香,杜盛喆,阎晓娜,王铁军,李儒新. 激光与光电子学进展. 2016(05)
[2]Turbulence-induced beam wandering during femtosecond laser filamentation[J]. 曾涛,高慧,孙晓东,刘伟伟. Chinese Optics Letters. 2015(07)
[3]超快激光成丝产生太赫兹波的研究[J]. 杨晶,赵佳宇,郭兰军,刘伟伟. 红外与激光工程. 2015(03)
[4]激光诱导击穿光谱技术及应用[J]. 尹王保,张雷. 现代物理知识. 2014(02)
[5]激光诱导击穿光谱技术研究的新进展[J]. 刘佳,高勋,段花花,林景全. 激光杂志. 2012(01)
[6]白光激光雷达的发展与应用[J]. 岳帅英,林晨,高军毅. 大气与环境光学学报. 2010(01)
[7]新型遥感探测系统——白光激光雷达[J]. 张立文,林晨,辛立,高军毅. 强激光与粒子束. 2008(10)
[8]飞秒激光引导闪电的模拟实验研究[J]. 张喆,鲁欣,郝作强,张适昌,张东东,王兆华,马媛媛,严萍,张杰. 物理学报. 2007(09)
[9]超短脉冲强激光在空气中的传输[J]. 郝作强,张杰. 物理. 2004(10)
[10]贝塞尔光束与激光打孔[J]. 蒋志平,陆启生,刘泽金. 光学技术. 1996(01)
博士论文
[1]飞秒激光成丝现象中光强钳制效应研究[D]. 徐圣奇.南开大学 2012
[2]飞秒激光成丝现象中多丝控制的研究[D]. 孙晓东.南开大学 2012
硕士论文
[1]激光成丝条件及液体温度对超连续辐射的影响[D]. 王兴生.长春理工大学 2016
[2]飞秒激光在纳米粒子掺杂液体中的超连续辐射[D]. 任远.长春理工大学 2014
[3]飞秒激光在石英玻璃及氟化钡中产生超连续辐射的研究[D]. 孟宪飞.长春理工大学 2014
本文编号：3513032
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：45 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
a聚焦透镜获得的锥角辐射b圆锥透镜获得的锥角辐射[35]
图 1.2 不同角度圆锥透镜所获得的超连续辐射[39](a)170°，(b)175°，(c)178°实验结果表明在相同能量下，170°的圆锥透镜比 175°、178°的圆锥透镜所获得续辐射光谱的强度更强，光谱的展宽范围更大。从近年来使用圆锥透镜在固体中进行成丝及超连续辐射的优化控制的研究现状出，学者所做的模拟相对较少，实验内容较多。尽管使用不同种类的固体介质得展宽更大的超连续辐射光谱，但对其产生过程所涉及到的物理机制需要做更的讨论。3 圆锥透镜在液体中实现成丝、超连续辐射优化控制相对于使用圆锥透镜控制飞秒激光在气体和固体中成丝，成丝领域的学者在液做研究较少，主要为甲醇和水。2005 年，Polesana 等人实验和理论模拟了使用圆锥透镜控制皮秒激光在甲醇中[40]，研究结果表明，贝塞尔光束与高斯光束相比在甲醇液体中可以获得相对较离子体丝，并进一步研究了激光不同传输位置处的多丝分布情况。发现改变介深区域的位置可以影响等离子体丝的长度、多丝的分布及伴随的非线性效应等
进行精确控制以实现对物质的高精度探测。而未来白光激光雷达的发展趋势体现在光雷达与卫星相互辅助，利用卫星的优势大面积提高探测范围，多种探测模式相互合，提高数据处理技术等方法既可以节约成本，又可以满足更多领域的要求。4.3 激光诱导放电近年来自然灾害的发生，例如暴雪、闪电、冰雹等给人类的生存及发展都带来了在的威胁与隐患。人们通过科学研究逐渐把飞秒激光成丝列为一项可以实现减小自灾害的国家项目，并通过改变成丝的长度、强度及位置来实现大气的控制。在 7代初，科学家们对激光放电有着浓厚的兴趣，但由于纳秒激光并不能形成长的等离体细丝，导致激光诱导放电实验研究处于停滞阶段。而随着学者们发现飞秒激光可在空气中产生千米长的等离子体丝，激光诱导放电实验才再次引起了成丝领域学者高度重视。激光放电的基本原理[48]为飞秒激光在空气中形成的等离子体丝与电压两产生电弧作用，并诱导电弧沿着等离子体丝的方向进行放电。而在诱导放电的过程，并不是等离子体丝所有的能量都会释放来引导放电，有一部分丝的能量作为能量景池来引导等离子体丝的传输。2007 年，张喆等人通过实验证明激光诱导放电长大于没有激光作用时自由放电长度[49]，如图 1.3 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳秒、飞秒激光诱导击穿光谱技术的应用研究进展[J]. 陈娜,刘尧香,杜盛喆,阎晓娜,王铁军,李儒新. 激光与光电子学进展. 2016(05)
[2]Turbulence-induced beam wandering during femtosecond laser filamentation[J]. 曾涛,高慧,孙晓东,刘伟伟. Chinese Optics Letters. 2015(07)
[3]超快激光成丝产生太赫兹波的研究[J]. 杨晶,赵佳宇,郭兰军,刘伟伟. 红外与激光工程. 2015(03)
[4]激光诱导击穿光谱技术及应用[J]. 尹王保,张雷. 现代物理知识. 2014(02)
[5]激光诱导击穿光谱技术研究的新进展[J]. 刘佳,高勋,段花花,林景全. 激光杂志. 2012(01)
[6]白光激光雷达的发展与应用[J]. 岳帅英,林晨,高军毅. 大气与环境光学学报. 2010(01)
[7]新型遥感探测系统——白光激光雷达[J]. 张立文,林晨,辛立,高军毅. 强激光与粒子束. 2008(10)
[8]飞秒激光引导闪电的模拟实验研究[J]. 张喆,鲁欣,郝作强,张适昌,张东东,王兆华,马媛媛,严萍,张杰. 物理学报. 2007(09)
[9]超短脉冲强激光在空气中的传输[J]. 郝作强,张杰. 物理. 2004(10)
[10]贝塞尔光束与激光打孔[J]. 蒋志平,陆启生,刘泽金. 光学技术. 1996(01)
博士论文
[1]飞秒激光成丝现象中光强钳制效应研究[D]. 徐圣奇.南开大学 2012
[2]飞秒激光成丝现象中多丝控制的研究[D]. 孙晓东.南开大学 2012
硕士论文
[1]激光成丝条件及液体温度对超连续辐射的影响[D]. 王兴生.长春理工大学 2016
[2]飞秒激光在纳米粒子掺杂液体中的超连续辐射[D]. 任远.长春理工大学 2014
[3]飞秒激光在石英玻璃及氟化钡中产生超连续辐射的研究[D]. 孟宪飞.长春理工大学 2014
本文编号：3513032
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