【摘要】：本論文對飛秒激光在非線性介質(zhì)(主要是空氣)中傳輸時的成絲現(xiàn)象及其伴隨的非線性效應進行了研究。當超強飛秒激光脈沖在空氣中傳輸時,由于克爾自聚焦效應和等離子體散焦效應之間動態(tài)平衡,會形成一定長度的高強度等離子體細絲。伴隨著細絲的傳輸,還會有超連續(xù)白光、三次諧波、太赫茲輻射和空氣激光等非線性效應。因此,飛秒激光成絲及其伴生效應的研究不僅有助于了解其中的物理機制,還能指引其在激光引雷、微波波導、遠程探測等領(lǐng)域的應用前景。首先我們在實驗室使用透鏡預聚焦的方式在空氣中形成了幾厘米到幾十厘米的等離子體細絲,而在室外則通過自由傳輸成絲的方式形成了幾十米的等離子體細絲。我們通過調(diào)節(jié)激光的能量、聚焦方式和啁啾等控制飛秒激光成絲的位置和長度。而等離子體細絲的診斷方法,不僅包括傳統(tǒng)的等離子體診斷方法,如陰影成像法、橫向干涉法、熒光測量法等,還根據(jù)等離子體細絲的特點發(fā)展出電導率法、THz散射法、微波阻斷法等。實驗中,我們主要通過側(cè)面成像法、熒光測量法、電導率法、電磁感應法等對等離子體細絲進行了診斷。其中,電磁感應法是我們在標準電導率法的基礎(chǔ)上,結(jié)合B-dot探測,研究和發(fā)展出來的單發(fā)測量光絲電子密度衰減時間特征的方法。論文進一步研究了成絲參數(shù)的調(diào)制:利用一臺少周期飛秒激光器,研究了載波包絡相位對等離子體細絲電子密度的調(diào)制,調(diào)制深度達到20%;通過自行搭建的激光器產(chǎn)生脈沖序列以延長等離子體細絲的壽命,并得到準穩(wěn)態(tài)的等離子體細絲,我們通過數(shù)值模擬對其中的機制進行了解釋;利用TW飛秒激光形成了超過30 m的等離子體細絲,我們標定了其電子密度在10~(11)/cm~3量級。飛秒激光成絲的診斷在于了解等離子體細絲的形成、傳輸及其特征,而等離子體細絲的調(diào)制對其實際的應用有很大作用,比如激光引雷,就對等離子體細絲的長度和壽命有很高的要求。遠程探測是飛秒激光成絲的另一個重要應用前景。我們研究了成絲過程中的三次諧波、THz輻射和空氣激光效應。利用圓偏振雙色泵浦束,我們得到了強度和偏振可調(diào)的圓偏振三次諧波。由于這些伴生輻射能夠在飛秒激光遠距離成絲時產(chǎn)生,因此研究其產(chǎn)生機制,強度和偏振調(diào)控等特征對其在遠程探測方面的應用有重要意義。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN249
【圖文】：

的生存環(huán)境和生產(chǎn)活動。人們對光的認識經(jīng)歷了從經(jīng)驗認知到本質(zhì)探究的發(fā)展過程。早在公元前五世紀，古希臘先哲恩培多克勒（Empedokles）提出眼睛通過光來感知世界，他認為我們的眼睛能夠發(fā)射光線，物體如果在光的傳播路徑上就會被眼睛所感知到。這個認知直到十世紀，才被伊斯蘭教科學家海什木（AlHazen）糾正：他在久閉的地牢里被突然入射的陽光刺傷眼睛時，才意識人眼是通過接收而非發(fā)射光線來感知世界的，并在此基礎(chǔ)上提出光的反射定律。而光的折射定律是在 17 世紀由荷蘭數(shù)學家斯涅爾（W.Snell）發(fā)現(xiàn)的，并被荷蘭物理學家惠更斯（C.Huygens）證明。對于光的本質(zhì)，早期惠更斯（C.Huygens）， 菲涅爾（A.Fresnel）等人提出光的 “波動說”，而牛頓（I. Newton）等人則提出“微粒說”。十九世紀，麥克斯韋（J. Maxwell）提出光電磁理論，認為光是介于微波和伽馬射線波段之間的一種電磁波。二十世紀初，愛因斯坦（A. Einstein）在研究光電效應時，在普朗克（M.Planck）能量量子化假說基礎(chǔ)上提出光量子說，從此光的波粒二象性漸漸被人們接受。

第 1 章 緒論級，追求大能量、高功率輸出，以用于高能量密度物理的大激光裝置，如美國的NIF 和 Omega 裝置，日本的 Gekko-XII 裝置，中國的神光裝置等；另一部分為追求高峰值功率而不斷減小激光的脈沖寬度，以應用于超快物理領(lǐng)域，如歐洲的ELI 裝置。這是因為脈沖激光的脈沖寬度越短，理論上就能探測更快的物理過程。激光技術(shù)和激光能量密度的發(fā)展如圖 1.2 所示。

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本文編號：2729181