飛秒激光表面處理及疊加高斯光束.pdf

1、飛秒脈沖成絲是非線性光學(xué)現(xiàn)象的一種特別的存在方式，在這種現(xiàn)象中飛秒激光脈沖以近似于不發(fā)生改變光斑直徑進(jìn)行無銜射長距離傳輸，并且其傳輸?shù)拈L度可以達(dá)到光束瑞利距離的很多倍。根據(jù)以往的研究發(fā)現(xiàn)具體的成絲現(xiàn)象一般認(rèn)為是因?yàn)榭藸栃?yīng)導(dǎo)致的激光光束自聚焦與等離子體所產(chǎn)生的散焦效應(yīng)之間的動態(tài)平衡。相對于其他一些光學(xué)現(xiàn)象，成絲現(xiàn)象之中具有很多復(fù)雜的光學(xué)非線性過程，比如自聚焦、光致電離、自相位調(diào)制、超連續(xù)光譜的產(chǎn)生等等，這就意味著飛秒激光在光絲內(nèi)傳輸?shù)倪^

2、程之中脈沖的形狀將會發(fā)生相當(dāng)復(fù)雜的時(shí)空演變，另一方面，成絲現(xiàn)象也具有著巨大的應(yīng)用潛力和廣泛的應(yīng)用前景，例如大氣污染的測量、引雷的控制、大氣遠(yuǎn)程遙感以及人工控制天氣等等。
　　激光成絲中，對多絲的控制主要的目的有兩種。其中第一種就是抑制其多絲的產(chǎn)生，從而減少甚至避免多絲之間的能量競爭，導(dǎo)致光絲的魯棒性提高，最終達(dá)到延長光絲的目的。這也是為了滿足成絲現(xiàn)象在脈沖壓縮之類的應(yīng)用場景。而與之不同的另外一種則是減少甚至消除多絲分布的空間無序性

3、，導(dǎo)致多絲在空間中可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、有序的分布，滿足成絲現(xiàn)象在一些高精度的微加工以及微波通道領(lǐng)域的應(yīng)用需求。
　　在本文中，我們就是將高斯光束作為其入射光束，從而進(jìn)行一系列的模擬實(shí)驗(yàn)。我們采用的模型為通過求解廣義非線性薛定諤方程以及電子密度演化方程組成的方程組，可以得出如下結(jié)論:如果采用相同能量的疊加高斯光束而不是普通單一高斯光束作為模型的入射光束時(shí)，會導(dǎo)致克爾介質(zhì)中飛秒成絲和等離子體通道的性質(zhì)會顯著提高。這是因?yàn)榀B加高斯光束外圍空間

4、的能量存儲較大，作為能量池，向光束中心部分提供了更多的能量，從而進(jìn)一步將成絲和等離子體通道的長度延長。除此之外，我們根據(jù)自聚焦上限閾值功率的理論計(jì)算表明疊加高斯光束的自聚焦上限閾值功率大于普通高斯光束。所以，采用疊加高斯光束作為入射光束，既可以延長成絲距離，同時(shí)又能避免多絲的存在。
　　另外，在飛秒激光微納加工方面，使用改進(jìn)的雙溫模型和Sipe-Drude模型進(jìn)行分析，對凸槽和波紋的產(chǎn)生做了一些說明，有助于人為控制并自主設(shè)計(jì)周期性