空氣中飛秒激光成絲過程中激光脈沖診斷方法研究.pdf

1、飛秒激光在空氣中的成絲現象是當前科研領域的熱門話題，其復雜的物理機制以及巨大的應用潛力引起了人們的廣泛關注。一方面，飛秒激光成絲過程中存在復雜的非線性過程，例如自聚焦、光致電離、自相位調制、自陡峭等，這導致飛秒激光在光絲內傳輸時脈沖形狀發(fā)生復雜的時空演變；另一方面，脈沖性質的演化過程攜帶了成絲現象中非線性光學過程的重要信息。如果測量出飛秒激光脈沖在成絲中的演化過程，可以更加深入地了解光絲內部所發(fā)生的各種復雜的物理過程。因此，成絲過程中激

2、光脈沖的診斷技術研究具有重要的理論和實用價值。本文針對空氣飛秒激光成絲過程中激光脈沖的診斷問題進行了理論以及實驗研究，在對現有測量技術進行系統(tǒng)介紹和理論分析的基礎上，提出了三種新穎的測量技術并對它們的測量原理進行了詳細的闡述，給出了相應的理論推導過程，并通過實驗測量驗證了三種測量技術的可行性。
　　 本文提出的第一種測量技術是基于雙光子熒光測量原理的空氣飛秒激光成絲過程中激光脈沖時空特性測量法，它通過對飛秒激光脈沖在色散介質中激

3、發(fā)產生雙光子熒光信號空間分布的測量來反演激光光束的直徑、激光脈沖的寬度和啁啾率。本文首先從理論上推導了樣品池中熒光信號強度的空間分布模型，然后實驗測量空氣成絲過程中飛秒激光脈沖的時空特性，獲得了激光光束直徑、脈沖寬度和啁啾率等重要參數的演變過程。
　　 本文提出的第二種測量技術是基于雙色場頻率分辨光快門技術的空氣飛秒激光成絲過程中激光脈沖時域特性測量法，它通過測量基頻飛秒脈沖和倍頻飛秒脈沖所合成的雙色場在空氣中聚焦后產生的三次諧

4、波的頻譜分布隨兩脈沖之間時間延遲變化的演變規(guī)律，并結合相應的反演算法來實現激光脈沖強度和相位的測量。本文首先對空氣中雙色場飛秒激光泵浦產生三次諧波的物理機制進行了理論研究，總結了時間延遲、激光脈沖的啁啾率和自相位調制效應給三次諧波頻譜分布帶來的影響。然后根據所建立的三次諧波頻譜分布模型設計了相應的反演算法，并利用該算法對聚焦區(qū)域中激光脈沖的強度和相位分布進行了反演計算，給出了反演結果與理論數據的誤差分析。
　　 本文提出的第三種

5、測量技術是基于氮氣熒光測量原理的空氣飛秒激光成絲過程中激光脈沖寬度測量法，它通過測量兩束飛秒激光在交叉區(qū)域所產生的氮氣熒光隨兩脈沖之間時間延遲變化的分布來實現激光脈沖寬度的反演。本文首先從理論上推導了氮氣熒光信號的強度隨泵浦脈沖和探測脈沖之間的時間延遲變化的分布模型，然后對兩束飛秒激光交叉位置處泵浦脈沖的脈寬進行了實驗測量。
　　 最后，本文對所做工作進行了總結，討論了下一步工作需要改善的地方：一、基于雙光子熒光測量原理的空氣飛