發(fā)布時間：2022-01-04 20:11

　　飛秒激光成絲以及伴隨的超連續(xù)輻射（supercontinuum,簡稱SC）具有廣闊的應用前景。圓錐透鏡的使用,可以將入射激光束轉(zhuǎn)換為貝塞爾光束,并且可以形成獨特的長焦深區(qū)域（遠超瑞利距離）,其有利于實現(xiàn)等離子體細絲的延長和超連續(xù)輻射的增強;另一方面,在不損傷光學介質(zhì)的前提下,在空間上具有均勻強度分布的平頂光束可以在光學介質(zhì)中以比高斯激光束更高的入射能量傳播,這有利于其在延長等離子體細絲方面以及在形成高能量和高轉(zhuǎn)化效率的超連續(xù)輻射方面具有獨特的優(yōu)勢。因此本文將結(jié)合平頂光束與圓錐透鏡在激光成絲方面的獨特優(yōu)勢,對等離子體細絲以及超連續(xù)輻射進行了優(yōu)化控制研究。本文實驗研究了平頂光束經(jīng)圓錐透鏡后在熔融石英中的成絲及超連續(xù)輻射。首先對不同能量的高斯光束和平頂光束分別經(jīng)圓錐透鏡在熔融石英中的成絲演化情況進行了研究,重點對比了高斯光束和平頂光束分別以相同的入射脈沖能量（672μJ）產(chǎn)生的等離子體細絲情況。結(jié)果表明,相對于高斯光束,平頂光束更有利于形成長且強度分布均勻的等離子體細絲。然后,我們對比研究了不同能量下的高斯光束和平頂光束經(jīng)圓錐透鏡后在熔融石英中的成絲后的超連續(xù)輻射。并重點對比研究了672μJ... 

【文章來源】：長春理工大學吉林省

【文章頁數(shù)】：52 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

平頂光整形器相關示意圖

第1章緒論8長的等離子體細絲。由于等離子體細絲通道具有良好的導電特性，其相對于空氣其他部位的電阻率很低。因此，可以誘導雷電沿著等離子體細絲通道向指定位置放電，從而避免了雷電造成不必要的傷害及損失[46]。1974年，Ball等人首次提出了激光引雷的相關理論[47]。1978年，美國一科研小組利用CO2激光器首次進行了激光引雷的實驗，但由于當時他們使用的納秒激光不足以產(chǎn)生足夠長的等離子體細絲等其他因素導致實驗以失敗告終。隨著高峰值功率激光器的出現(xiàn)特別是飛秒激光器的問世，則很好的解決了不能形成長等離子體細絲的難題。也意味著激光引雷從長脈沖激光引雷進入到了超短超強脈沖激光引雷階段，其中飛秒激光引雷的應用尤為突出。1995年，王道洪[48]等人通過實驗及模擬證明了實際生活中可以利用接地塔頂附近的局部強電場進行激光引雷的可行性。其相關示意圖如圖1.2所示。圖1.2利用激光細絲觸發(fā)閃電示意圖[48]早在1997年，RolandSauerbrey等人利用功率為TW量級的飛秒激光器就已經(jīng)得到了長達十幾公里的等離子體細絲。這意味著飛秒成絲誘導引雷的想法具有潛在的發(fā)展空間。2002年，M.Rodriguez等人利用太赫茲飛秒脈沖激光成功誘導了間距為3.8m電極之間的近似成直線的高壓放電[49]。其有無等離子體細絲時的相關現(xiàn)象如圖1.3所示，圖中的(a)和(b)分別為有無存在飛秒成絲誘導的放電過程。雖然現(xiàn)今通過飛秒激光可以在大氣中形成長至幾十公里的等離子體細絲，但其長度還遠遠達不到大范圍應用激光引雷手段以避免雷電對于人類以及大自然的危害。因此關于激光引雷的進一步研究等待著我們的探索與發(fā)現(xiàn)。其中關于利用超快脈沖激光實現(xiàn)更長的等離子體細絲仍然值得我們進一步研究。

第1章緒論9(a)(b)圖1.3放電過程[49](a)無飛秒成絲誘導情況下的自由放電過程；(b)存在飛秒成絲誘導情況的放電過程1.5.2微納加工微納加工技術是利用微納米量級切除量來獲得高精度的尺寸和形狀的加工技術，其主要包括圖案化技術（光刻、等離子體刻蝕、濕法刻蝕等）、薄膜沉積技術和化學機械拋光技術等[50]。隨著現(xiàn)今科技向著微型化、集成化和數(shù)字化的趨勢發(fā)展，而微納加工技術是現(xiàn)今科學技術發(fā)展的前提與保障，尤其在頂尖科技與突破創(chuàng)新方面的貢獻尤為突出。因此關于微納加工技術精度的提高具有巨大的發(fā)展空間。脈沖激光的引入是提高微納加工精度的有效手段之一。其中飛秒激光因其具有高峰值功率密度和窄脈寬的特性，使得飛秒激光在提高微納加工精度方面具有明顯優(yōu)勢。飛秒微納加工技術主要利用了飛秒激光的瞬時功率高且作用時間短的特性，可以快速使加工樣品汽化并在加工區(qū)域無熱量擴散過程，因此其也被稱之為“冷加工技術”。飛秒微納加工技術在三維微納加工、新型三維光存儲器、生物工程技術等領域具有巨大的發(fā)展空間�，F(xiàn)今階段關于飛秒微納加工技術的相關科學研究吸引各國學者的強烈關注。但是若想提高飛秒微納加工技術的加工精度則要求經(jīng)聚焦在樣品表面的光斑直徑大小恒定，這需要建立一套復雜的光機電一體化系統(tǒng)（成本高且從工藝的角度來說不易于實現(xiàn)）來實現(xiàn)。飛秒激光經(jīng)過一系列復雜非線性過程形成了尺寸大致為100-200μm的穩(wěn)定等離子體細絲其不隨傳輸距離而改變且細絲內(nèi)的光強分布不隨之改變，這使得恒定飛秒激光的光斑直徑成為了可能。2012年郭凱敏利用飛秒激光形成的等離子體細絲進行了樣品的表面微納結(jié)構(gòu)的制備研究，研究發(fā)現(xiàn)飛秒激光形成的等離子體細絲有利于在K9玻璃表面形成了近波長周期波紋結(jié)構(gòu)[51]。另外，現(xiàn)今的飛秒

【參考文獻】：
期刊論文
[1]《微納加工技術導論》課程教學的探索與實踐[J]. 袁光杰,張勇,田應仲.  產(chǎn)業(yè)與科技論壇. 2019(17)
[2]整形飛秒激光脈沖在熔融石英中的成絲控制研究[J]. 常峻巍,許夢寧,王頔,朱瑞晗,奚婷婷,張?zhí)m芝,李東偉,郝作強.  光學學報. 2019(01)
[3]基于圓錐透鏡生成雙級無衍射光束的理論分析[J]. 楊貴洋,馬國鷺,曾國英.  應用光學. 2018(05)
[4]飛秒平頂光束經(jīng)微透鏡陣列在熔融石英中的成絲及其超連續(xù)輻射[J]. 周寧,張?zhí)m芝,李東偉,常峻巍,王畢藝,湯磊,林景全,郝作強.  物理學報. 2018(17)
[5]采用衍射掩模產(chǎn)生白光橫向平頂光束[J]. 陳芳萍,張曉婷,劉楚嘉,漆宇,莊其仁.  物理學報. 2018(14)
[6]整形為平頂洛倫茲光束的非球面透鏡組研究[J]. 鐘旭森,唐曉軍,王鋼.  激光與紅外. 2018(04)
[7]飛秒激光經(jīng)過軸錐鏡的非線性傳輸特性[J]. 孫曉東,劉晉佩,劉培林,白晉軍,劉宏偉,白華,趙軍發(fā),張斯文.  激光雜志. 2018(01)
[8]光纖通信中自相位調(diào)制與四波混頻影響因素仿真[J]. 孫活.  沈陽工業(yè)大學學報. 2017(05)
[9]基于激光誘導擊穿光譜技術的土壤快速分類方法研究[J]. 孟德碩,趙南京,馬明俊,谷艷紅,余洋,方麗,王園園,賈堯,劉文清,劉建國.  光譜學與光譜分析. 2017(01)
[10]空氣中相位板調(diào)制下的飛秒激光成絲過程[J]. 張肖玲,奚婷婷.  中國科學院大學學報. 2017(01)

博士論文
[1]飛秒激光固體材料表面微納結(jié)構(gòu)制備及其功能特性的研究[D]. 陶海巖.長春理工大學 2014
[2]強飛秒激光在大氣中的成絲非線性光學研究[D]. 郝作強.中國科學院研究生院（物理研究所） 2007

碩士論文
[1]理想平頂光束的產(chǎn)生及其應用研究[D]. 鄭里亞.電子科技大學 2017
[2]利用飛秒激光成絲法光學新頻率的產(chǎn)生及應用[D]. 劉旭.長春理工大學 2014



本文編號：3568988