氮气中飞秒激光诱导成丝的激射现象
发布时间：2020-12-19 05:35
由于光克尔自聚焦效应和等离子体散焦效应间的动态平衡,会导致在介质中传输的强激光产生等离子体通道,被称为激光光丝。它已经被用于引导、抑制闪电,远程检测和火焰燃烧诊断等技术的研发。最新研究发现,在飞秒激光成丝的过程中,会在其前向和背向上产生相干的、放大的激射信号（Lasing）,并且对不同的气体介质具有普适性。激射现象,特别是背向激射现象,为千米级到百千米级的远距离、高精度探测提供了新的途径,其产生和基本特性的研究迅速成为了激光成丝的热点问题。本文以氮气为靶物质,在双色场中对800 nm飞秒强激光在成丝过程中的激射现象展开研究。首先,采用400 nm飞秒脉冲为探测光,在较高的背景气压下研究了泵浦激光成丝对探测脉冲光谱的影响。通过观察探测光束的远场衍射分布,测量其能量损失的变化规律以及相互作用区的荧光光谱,发现探测光谱被抑制是等离子体衍射和近共振吸收共同作用的结果。其次,采用354 nm飞秒脉冲作为探测光,实验观测了对应于N2+的B2Σu+态和X2∑g+态不同振动能级之间跃迁的353.3 nm、353.8 nm、354.9 nm和356.4 nm光谱信号,研究N+离子系统的振动态动力学。通过...
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：47 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
飞秒激光成丝：强激光光束传输时的克尔自聚焦和散焦循环，形成周期性结构的成丝
兰州大学硕士研究生学位论文氮气中飞秒激光诱导成丝的激射现象5tIczntt200)()(（1-9）根据时域和频域的傅里叶变换，时域内振幅或相位的周期性变化会引起频域内新频率信号的产生，对于2n为正的介质，在原有脉冲包络基础上脉冲前沿会产生新的低频信号，脉冲后沿会产生新的高频成分。图1.2自相位调制引入新的频率分量，脉冲的前端和后端出现相反的频率偏移，即频率啁啾现象。自相位调制得到新的频率成分，展宽频谱进而压缩脉冲获得更窄脉冲。另一个由与强度相关的折射率引起的效应是自陡峭效应。飞秒激光脉冲的自陡峭(selfsteepening)是群速度对光强的依赖关系造成的。脉冲的强度分布导致脉冲峰值和两侧的折射率不同，2n为正值的传播介质中折射率与光强成正比例关系，导致脉冲中心区域的传输速度要比两侧小，脉冲峰值不断向尾部移动形成陡峭边缘，从而使脉冲形状不对称。这种自陡峭效应会导致脉冲劈裂[5]和脉冲SPM展宽频谱的不对称，光谱高频一端较低频一端有更大的频谱展宽，红移峰的峰幅更大。
兰州大学硕士研究生学位论文氮气中飞秒激光诱导成丝的激射现象6图1.3折射率与光强相关，不同光强度点上会有相对的群速度延迟。例如，脉冲前沿P1相比于P2具有更高的速度，P4的速度比P3低，因此相应两点之间的群速度延迟增加，使得脉冲前端的边缘变陡，峰值向前端偏移，从而产生不对称的脉冲波形。保证能量守恒的前提下幅值也发生了变化。1.2激光诱导等离子体光丝的应用飞秒激光气体介质中的成丝在应用中的广泛前景使其在实验和理论上获得了极大的关注，例如远距离探测大气污染物、激光诱导闪电、火焰燃烧诊断等。下面我们将介绍几个有重大意义的实际应用。1.2.1远距离探测和激光诱导闪电现在环境问题越来越受到人们的重视，大气污染物检测、天气预测等对环境实时监测的需求日益重要。由于可控的成丝距离和超强的钳制强度，飞秒激光成丝诱导荧光被广泛应用于大气污染物的远程探测。飞秒激光脉冲在空气中传输形成等离子体光丝时，其内部超高的峰值功率足以激发电离传输路径上的任何物质。我们收集分析相应的原子、分子、离子的特征荧光光谱就可以定性定量地确定待测物质元素。还可以通过改变入射激光的初始条件来控制成丝位置以实现对探测具体位置的有效控制。飞秒激光成丝过程中由于切伦科夫辐射、自相位调制、四波混频等机制，产生了超连续谱的白光，可以作为新的辐射源[6,7]。探测超连续辐射源被大气物质吸收后的吸收谱就可以实时检测多种气体成分。激光成丝远程探测技术具有实时的、高灵敏度、远距离探测等优点，已经逐渐在环境监测等领域实现了广泛的应用。雷电的破坏能力极强，为能够避免灾害的发生，人们希望能够人为控制它。
本文编号：2925353
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：47 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
飞秒激光成丝：强激光光束传输时的克尔自聚焦和散焦循环，形成周期性结构的成丝
兰州大学硕士研究生学位论文氮气中飞秒激光诱导成丝的激射现象5tIczntt200)()(（1-9）根据时域和频域的傅里叶变换，时域内振幅或相位的周期性变化会引起频域内新频率信号的产生，对于2n为正的介质，在原有脉冲包络基础上脉冲前沿会产生新的低频信号，脉冲后沿会产生新的高频成分。图1.2自相位调制引入新的频率分量，脉冲的前端和后端出现相反的频率偏移，即频率啁啾现象。自相位调制得到新的频率成分，展宽频谱进而压缩脉冲获得更窄脉冲。另一个由与强度相关的折射率引起的效应是自陡峭效应。飞秒激光脉冲的自陡峭(selfsteepening)是群速度对光强的依赖关系造成的。脉冲的强度分布导致脉冲峰值和两侧的折射率不同，2n为正值的传播介质中折射率与光强成正比例关系，导致脉冲中心区域的传输速度要比两侧小，脉冲峰值不断向尾部移动形成陡峭边缘，从而使脉冲形状不对称。这种自陡峭效应会导致脉冲劈裂[5]和脉冲SPM展宽频谱的不对称，光谱高频一端较低频一端有更大的频谱展宽，红移峰的峰幅更大。
兰州大学硕士研究生学位论文氮气中飞秒激光诱导成丝的激射现象6图1.3折射率与光强相关，不同光强度点上会有相对的群速度延迟。例如，脉冲前沿P1相比于P2具有更高的速度，P4的速度比P3低，因此相应两点之间的群速度延迟增加，使得脉冲前端的边缘变陡，峰值向前端偏移，从而产生不对称的脉冲波形。保证能量守恒的前提下幅值也发生了变化。1.2激光诱导等离子体光丝的应用飞秒激光气体介质中的成丝在应用中的广泛前景使其在实验和理论上获得了极大的关注，例如远距离探测大气污染物、激光诱导闪电、火焰燃烧诊断等。下面我们将介绍几个有重大意义的实际应用。1.2.1远距离探测和激光诱导闪电现在环境问题越来越受到人们的重视，大气污染物检测、天气预测等对环境实时监测的需求日益重要。由于可控的成丝距离和超强的钳制强度，飞秒激光成丝诱导荧光被广泛应用于大气污染物的远程探测。飞秒激光脉冲在空气中传输形成等离子体光丝时，其内部超高的峰值功率足以激发电离传输路径上的任何物质。我们收集分析相应的原子、分子、离子的特征荧光光谱就可以定性定量地确定待测物质元素。还可以通过改变入射激光的初始条件来控制成丝位置以实现对探测具体位置的有效控制。飞秒激光成丝过程中由于切伦科夫辐射、自相位调制、四波混频等机制，产生了超连续谱的白光，可以作为新的辐射源[6,7]。探测超连续辐射源被大气物质吸收后的吸收谱就可以实时检测多种气体成分。激光成丝远程探测技术具有实时的、高灵敏度、远距离探测等优点，已经逐渐在环境监测等领域实现了广泛的应用。雷电的破坏能力极强，为能够避免灾害的发生，人们希望能够人为控制它。
本文编号：2925353
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