强飞秒激光诱导平面成丝光谱成像研究

发布时间：2017-12-12 04:13

  本文关键词：强飞秒激光诱导平面成丝光谱成像研究

  更多相关文章： 飞秒激光成丝 面状多丝 柱透镜 荧光光谱探测

【摘要】：飞秒光丝是指强飞秒激光脉冲在透明的光学介质中传输时所形成的一段光强钳制的细丝状等离子体区域。由于飞秒光丝具有高强度、长距离无衍射传输、等离子体导电等特性,光丝在激光引雷,燃烧诊断,空气激光,大气痕量分子远程探测等研究领域具有较高的应用前景。在大气痕量分子探测方面,利用飞秒光丝诱导非线性荧光技术,人们已测量了几种碳氢小分子,如甲烷,乙炔等,但在测量大气有机大分子方面研究报道较少。此外,由于光丝单丝直径只有百微米量级,只能通过空间扫描方式测量大气痕量分子的二维空间浓度分布。因此,本文开展了飞秒光丝诱导有机大分子光谱及平面成丝二维空间光谱成像研究,首先利用光丝诱导非线性光谱技术测量了碘分子及几种有机大分子的非线性荧光光谱,展示了飞秒光丝诱导非线性荧光技术在探测物态变化、分辨多种不同有机分子的可行性;随后根据溶液中成丝功率阈值低,易成丝特点,利用光丝诱导非线性荧光技术重点研究了强飞秒激光在溶液中的平面成丝有非线性光谱和成丝特性,发展基于平面成丝技术的分子浓度空间分布测量方法。本文主要研究内容和工作创新性概述如下:1、利用飞秒激光大气成丝所产生的高强激光与碘升华过程中在空气中的碘气分子的非线性相互作用,获得了碘气分子在341.6 nm(D-X~1?_g~+跃迁)处的特征荧光谱线。采用时间分辨光谱方法消除了空气中氮分子荧光光谱对信号的干扰影响,得到了清晰的碘分子特征荧光光谱,并观察到碘分子荧光强度随着加热温度以及测量位置与固态碘样品距离的改变而明显变化。通过对实验环境温度和光丝测量位置与固态碘单质样品距离的调节控制,我们进一步得出了碘升华过程中碘分子浓度与温度和升华路径的关系,展示了光丝诱导非线性光谱技术在探索物态变化规律方向上的应用可行性。2、利用飞秒光丝诱导非线性荧光技术展示了利用该技术实现多种有机大分子探测的可行性,获得了甲酸、乙醇、正丙醇、异丙醇、乙酸乙酯、丁酮六种有机分子的指纹光谱。通过光谱分析获得了这些分子不同光谱荧光特征峰的相对比值。我们随后以正丙醇和异丙醇这两种化学成分完全相同但OH官能团位置不同的同分异构体有机分子为例,展示了利用光丝诱导光谱方法分辨有机同分异构体分子的可行性,为有机化合物同分异构体的区分和鉴定提供了新的测量手段。3、根据溶液中成丝功率阈值低,易成丝的特点,我们通过柱透镜聚焦飞秒激光,利用光丝诱导非线性荧光技术研究了掺杂微量罗丹明B(荧光发光峰为610nm,橙色可见光范围)的甲醇溶液中多丝成丝特性和多丝空间分布。我们首先从侧面和正上方观察多丝分布,发现该方法可以形成平面状多丝分布。我们随后利用激光刻蚀法通过光丝高功率密度特性刻蚀镀有一定厚度银膜的二氧化硅盖玻片,通过显微镜和扫描电镜的手段探测银膜破损状况,直接从正面直接探测了平面多丝分布,发现平面内的多丝由一列单丝组成,成丝宽度受限于入射光直径。平面状多丝的实现为利用光丝诱导非线性荧光技术研究燃烧、大气分子二维空间浓度分布提供了一种测量手段。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN249

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