飞秒脉冲通过体全息光栅弱耦合衍射特性分析

由Kogelnik单色衍射效率公式推导出了飞秒激光脉冲光在弱耦合情况下的衍射效率频谱,分析了飞秒激光脉冲通过体全息光栅弱耦合衍射特性。衍射光的频谱分布与读出飞秒脉冲的宽度Δτ、体全息光栅的周期Λ,厚度d以及晶体折射率调制度Δn0有密切关系。通过控制光栅的写入和读出过程,选择适当的参量数值,可以得到不同衍射强度和不同频率成分的衍射光。对于研究飞秒脉冲光通过光折变光栅传播特性以及飞秒超短脉冲用于光学信息处理有应用意义。     

纳米尺度激光紧聚焦光穿孔技术

论述了一种新型的细胞转导方法——纳米尺度激光紧聚焦光穿孔技术.按照光穿孔可能的物理机制,分4类讨论了现在主流的光穿孔技术:连续激光光穿孔,其中最前沿的技术是紫外二极管激光光穿孔;纳秒、皮秒激光脉冲和经放大的千赫兹飞秒激光脉冲光穿孔,其中应用范围最广的是Nd:YAG激光器;飞秒激光振荡器发出的兆赫兹脉冲序列光穿孔,该技术在多尺度、跨学科及在体研究中扮演重要角色;最新出现的利用双脉冲微射流进行光穿孔,这是光穿孔技术中仅有的一种将外源物主动引入细胞内的方法.可以预见:当激光紧聚焦技术结合了双光子荧光显微镜、微芯片实验室、膜片钳技术等各种单细胞分析技术后,必将在细胞间通信、干细胞谱系提交、癌症转移、激光基因疗法、胚胎发育学以及神经功能再生等学科领域中产生重大影响.     

高质量超短光脉冲的产生与表征

分析半高全宽光脉冲表征体系的不足,提出用以表征光脉冲时域和频域特性的方均根光脉冲表征体系.采用空心波导对飞秒激光腔内的光束进行调制,并分别用2种光脉冲表征体系表征了实验中产生的lO-15s光脉冲,得到了高质量的飞秒激光脉冲.结果表明,方均根光脉冲表征体系能够更加准确地表征飞秒光脉冲.     

熔凝石英中异常色散条件下飞秒脉冲激光辐射的丝状形成特征的研究

本文描述了在800—2300纳米变化波长范围内溶凝石英的飞秒脉冲激光辐射丝状形成的研究结果。指出了在很高时间与空间定位的光场中异常群色散速度条件下沿着细丝连续“光弹头”的产生。建立了光弹头传播的变化过程中使绝缘反斯托克斯翅膀的产生与超光谱连续统一体关系。     

测量飞秒光参量产生器输出光脉冲脉宽的自相关仪的设计

设计出一台只用一块非线性晶体就能够测量宽波长范围的飞秒激光脉冲脉宽的单次脉冲自相关仪,适用于测量由光参量产生获得的可调谐飞秒激光脉冲的脉宽.     

激光损伤过程中导带电子产生机理

价带电子跃迁至导带形成自由电子,长激光脉冲作用时,自由电子吸收能量并传给晶格,使材料温度升高;短激光脉冲作用时,自由电子发生碰撞离化,使导带中电子数目急剧上升,当材料达到一定温度或自由电子达到临界浓度时便发生损伤.随着激光技术的发展,人们不断的完善导带电子的产生机理,以达到计算值与实验结果相一致;激光脉冲越短,越多的光-电子相互作用机制会影响导带电子的产生,雪崩离化、多光子离化、导带电子衰减及导带电子能量分布等相互耦合,导带自由电子的产生过程非常复杂.文中综述了激光损伤过程中导带电子产生的机理模型,并提出了应用于亚皮秒及飞秒激光脉冲的耦合多速率方程.     

高阶孤子飞秒激光脉冲的成形机制

根据实验上普遍观察到的10fs左右激光脉冲的脉冲分裂现象，以高阶孤子特征分析了飞秒激光器中克尔透镜锁模脉冲的类孤子成形机制，以至进一步了解克尔透镜锁模脉冲成形机制。     

铁铂膜厚度对Fe/Pt异质结构太赫兹辐射的影响

本文通过飞秒脉冲激光和铁铂异质结构的相互作用产生太赫兹(Terahertz,THz)脉冲,并利用时序太赫兹的测量方法,研究了太赫兹光在金属薄膜中的传播规律.太赫兹光在铁(Fe)膜和铂(Pt)膜中都以指数形式衰减,但是与金属体材料传播介质及适用于体材料的Drude模型相比,2~10 nm厚的铁、铂薄膜对太赫兹光的衰减系数明显增加.其原因可能是由于超薄薄膜中电子在膜厚方向的运动受限,而膜平面内的自由程增加,导致在膜平面内电场的衰减长度变小.该现象在近红外的飞秒脉冲光中同样存在.     

飞秒光镊技术的研究进展

因在光镊及超短激光脉冲方面开创性的工作,A. Ashkin、G. Mourou和D. Strickland分享了2018年度诺贝尔物理学奖。本文概述了将超短激光脉冲和光镊相结合的飞秒光镊技术的研究进展。简要介绍了飞秒光镊技术的基本原理,重点介绍了飞秒光镊技术中的非线性光学效应和光学捕获动力学行为,最后讨论了飞秒光镊技术中的调控手段,展望了飞秒光镊技术的发展前景。     

脉宽对飞秒激光辐照产生温度场的数值模拟

为了研究脉冲宽度对飞秒激光辐照金属后产生的电子和晶格温度场以及平衡时间的影响,基于双温耦合理论,采用有限元方法,考虑激光的空间和时间分布,数值模拟高斯分布的飞秒激光辐照金属表面产生的温度场.给出了双温方程及数值模型,得到金属材料中电子和晶格的温度场.结果表明飞秒激光的脉冲宽度不仅影响某一点处电子和晶格温度的上升速度和最...     

垂直气液两相管流中的空隙率波测量

在直径为112.5mm, 长度12m的垂直管中,利用阻抗式空隙率计对垂直气液两相管流空隙率波进行了测量。结果表明连续相表观流速和管径对流态的演化和空隙率波的传播特性有较大的影响。连续相表观流速大,泡状流失稳的临界含气率低;管径大,空隙率波的传播速度高。分析结果表明流动湍流度对流态的演化起非常重要的作用。对空隙率波的分析表明不同流态的空隙率波的PDF和频谱曲线具有不同的特征;含气量越高,空隙率波的频率越趋于单一。     

刻槽法拾取岩样横波波速的试验方法

在小尺寸试件拾取横波难度高的情况下,根据波的传播规律,通过试件底部界面刻槽的方法,对反射纵波形成绕射,消除了反射纵波对横波初至的干扰,成功地实现了利用纵波探头拾取小尺寸岩样横波速度的测试.通过试验,利用纵波探头获得了岩样的横波速度参数,计算了横波速度各向异性系数.研究表明,层状结构岩石横波速度变化规律与纵波速度变化规律相似,即遵循椭圆方程的规律.通过顺层方向纵、横波速度的比值分析,证明试件底部界面刻槽测试横波的测试方法是合理的.     

激光超声测量金属材料弹性常数实验与有限元分析

利用激光诱导产生的多种模态超声波的波速反演金属铝板的弹性常数.实验中将脉冲激光聚焦成线源在铝板表面诱导超声波,采用双通道非接触接收表面波的时域信息并测算其速度.在有限元分析中,将激光等效为时间和空间上均满足高斯分布的脉冲载荷,建立热力耦合分析模型对激光诱导超声波的过程进行模拟,提取超声信号的时域信息并计算表面波和纵波速度,利用声弹性方程得到铝的弹性常数.数值结果与理论值相吻合,表明建立的激光超声力学模型能够有效模拟激光诱导超声波的物理过程,为进一步利用激光超声技术研究材料力学性能提供了依据.     

声学各向异性介质中的S波

声学VTI介质是人为定义横波在对称轴方向的速度V_S0的一种模型。传统理论认为当V_S0=0时可以消除横波能量。论证声学VTI介质的存在,并讨论其特殊的性质,可以看到在声学VTI介质中SV波的相速度和群速度并不是恒为零。用高阶交错网格有限差分方法对不同的声学VTI介质模型进行全波场模拟,同时计算V_s0取不同值时的群速度和相速度x、z分量。通过对比分析得出波现象：SV波在垂直方向传播时其极化方向是平行于P波传播方向的;由于邻近方向能量的聚集,在对称轴附近SV波的振幅会有较大的值;P波和SV波的群速度的值在某些方向上可以很接近甚至相等。     

声学各向异性介质中的S波

声学VTI介质是人为定义横波在对称轴方向的速度V_S0的一种模型。传统理论认为当V_S0=0时可以消除横波能量。论证声学VTI介质的存在,并讨论其特殊的性质,可以看到在声学VTI介质中SV波的相速度和群速度并不是恒为零。用高阶交错网格有限差分方法对不同的声学VTI介质模型进行全波场模拟,同时计算V_s0取不同值时的群速度和相速度x、z分量。通过对比分析得出波现象：SV波在垂直方向传播时其极化方向是平行于P波传播方向的;由于邻近方向能量的聚集,在对称轴附近SV波的振幅会有较大的值;P波和SV波的群速度的值在某些方向上可以很接近甚至相等。     

三维数值波浪水池技术与应用

建立了用于波浪-结构物相互作用数值模拟的三维数值波浪水池．应用VOF方法对粘性流动的基本方程进行数值求解并描述其自由表面，水池计算域的一侧使用数值造波机条件产生斜入射波浪，其下游开边界联合使用辐射条件和局部强迫衰减，侧向边界使用周期性条件使斜向波浪透过．数值试验表明，所建立的三维数值波浪水池产生和传播波浪具有良好的重复性和稳定性，应用于海洋结构物波浪荷载的确定也是可靠的．     

Toda晶格中孤立子的固壁反射问题

研究了两个方向相反的孤立子的碰撞问题,并将固壁反射看成是振幅相等的情况,由此得到了固壁反射时时间滞后的精确解,跟数值结果吻合得很好。     

高速冲击条件下玻璃材料的破坏分析

分析了玻璃材料在高速冲击条件下的破坏波现象,对破坏波的传播机制及其动态特征以及破坏层的性质进行了研究。在实验分析的基础上提出了一种由偏应力冲量决定的损伤累积模型,并采用Heaviside函数来描述材料内部的破坏迟滞现象;数值模拟了破坏波的传播过程、破坏层的横向应力和纵向压缩应变的演化特征,并得出了反射稀疏波在破坏层边界再次反射后破坏波传播速度下降的结论。     

无限长输液管弯曲波的传播特性

从结构振动波的角度探讨了无限长输液管中结构振动特性，结果表明，在无阻尼条件下，弯曲波可分成两组，一组为沿正、反方向的传播波，另一组为沿正、反方向的衰减波．在有阻尼条件下，弯曲传播波变为沿正、反方向的远场波，同时衰减波成为正、反方向的近场波．研究了它们随阻尼、流速和频率参数的变化规律     

Effective mass approach for a Bose-Einstein condensate in an optical lattice

We study the stationary and propagating solutions for a Bose-Einstein condensate （BEC） in a periodic optical potential with an additional confining optical or magnetic potential. Using an effective mass approximation we express the condensate wave function in terms of slowly-varying envelopes modulating the Bloch modes of the optical lattice. In the limit of a weak nonlinearity, we derive a nonlinear Schrodinger equation for propagation of the envelope function which does not contain the rapid oscillation of the lattice. We then consider the ground state solutions in detail in the regime of weak, moderate and strong nonlinear interactions. We describe the form of solution which is appropriate in each regime, and place careful limits on the validity of each type of solution. Finally we extend the study to the propagating dynamics of a spinor atomic BEC in an optical lattice and some interesting phenomena are revealed.