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...     

飞秒激光在蓝宝石晶体表面加工微细结构的实验研究

由于蓝宝石晶体具有很高的硬度和耐磨蚀性,很难进行机械和化学腐蚀加工。笔者利用波长780 nm、频率1 kHz和脉冲宽度164 fs的飞秒脉冲激光在蓝宝石晶体表面进行了微细结构加工的实验研究。采用飞秒激光静态照射蓝宝石晶体表面,通过飞秒激光烧蚀孔的直径和脉冲能量的关系,计算了飞秒激光烧蚀蓝宝石晶体的两种烧蚀状态下的烧蚀阈值和有效烧蚀半径。通过直线扫描实验,在不同实验条件下在蓝宝石晶体表面加工微槽,获得微槽的宽度和深度与飞秒激光主要参数之间的关系。研究结果表明,微槽的加工表面可通过增加扫描次数而得到明显的提高,且扫描次数的增加对微槽的宽度和深度基本无影响。利用聚焦的飞秒激光束沿着轨迹扫描,在蓝宝石晶体表面加工出比较清洁的微小结构,可以为实现微结构的精密加工提供指导。     

飞秒激光烧蚀透明材料特性

飞秒激光的超短超强特性使它在烧蚀透明材料的机制上与长脉冲有着本质的区别,飞秒激光的烧蚀闽值由导带内的自由电子数确定,在多光子电离和雪崩电离的基础上,模拟计算出不同脉冲宽度下,融石英的烧蚀闽值。     

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。     

飞秒激光分子结构成像

飞秒激光具有超短的脉冲宽度和超强的峰值功率,它在科学研究中的广泛应用极大地提高了人类认识物质世界的能力.本文介绍我们基于飞秒强激光作用下分子的隧道电离和库仑爆炸,在分子轨道和分子构型成像方面的研究进展.     

多脉冲飞秒激光烧蚀中反射率的变化对激光烧蚀阈值影响的研究

为了提高飞秒激光微加工的精度,研究了多脉冲飞秒激光烧蚀积累效应形成的机理。以铜靶为例,利用时域有限差分法(FDTD)对双温方程进行求解,得到了电子、离子亚系统温度及激光烧蚀阈值随反射率变化的规律。结果表明:在多脉冲激光烧蚀中前一个脉冲激光破坏了靶材表面的结构,使激光的反射率下降,导致后一脉冲激光烧蚀阈值大幅度下降。这解释了多脉冲飞秒激光烧蚀中烧蚀阈值不断变化的现象。同时,它表明在多脉冲飞秒激光加工过程中,我们必须考虑反射率的变化对激光烧蚀的影响才能实现高精微加工。     

飞秒激光声光扫描

飞秒激光的声光扫描具有快速、高精度和高重复性的优点，在显微成像、微细加工和光存储等领域具有广泛的应用前景，但受到严重色散效应的制约．该文综述了飞秒激光声光扫描研究的最新进展，给出了飞秒激光经声光扫描后的时空间色散与时间色散效应基本描述，介绍了飞秒高斯脉冲经声光扫描后脉冲宽度演化的理论进展，分析了各种用于飞秒激光声光扫描的色散补偿技术的特点，最后介绍了目前面临的挑战．     

飞秒时间分辨荧光凹陷技术及其在振动驰豫…

发展出飞秒时间分辨受激发泵浦荧光凹陷探测技术，提高了飞秒时间分辨检测的灵敏度，其时间分辨能力理论上可达到激光脉冲宽度的极限。利用该方法研究了一些染料分子电子激发态的振动驰豫。     

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.     

超短脉冲测量技术

脉冲的准确测量影响脉冲在很多方面的应用。对于脉冲宽度在飞秒量级的超短脉冲可以采用频率分辨光栅(FROG)方法进行准确测量,这篇目文章讨论了FROG的基本原理和它的算法,并进行了数值模拟。     

非共线相位匹配飞秒脉冲光参量过程的研究

对非共线相位匹配飞秒脉冲光参量产生过程作了理论研究,计算了非共线相位匹配结构的光参量产生过程中非共线角与相位匹配角的关系,参量带宽和群速度失配参数随非共线角变化的情况.说明采用非共线相位匹配结构可以补偿泵浦光、信号光和闲频光之间的群速度失配,大大地提高飞秒脉冲光参量产生过程的转换效率.     

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.     

飞秒脉冲在磷酸二氢钾晶体中的色散特性

探讨飞秒脉冲在单轴晶体中的色散特性,根据主轴折射率色散方程,在不考虑晶体吸收及其他非线性作用的情况下,研究飞秒脉冲在磷酸二氢钾（monopotassium phosphate,KDP）晶体中的色散特性.由于晶体的色散,入射飞秒脉冲中不同频率的光波在晶体中传播时会引起不同的相位变化,从而改变出射脉冲的波形.通过数值计算得到飞秒脉冲在晶体中的传输特性,发现输出脉冲的脉宽、光强、展宽会随输入脉冲的中心波长、晶体的长度及脉冲光波的偏振方式等因素的变化而变化.所得到的结果,对于倍频研究、脉冲整形以及光学晶体器件的研发等具有一定的参考价值.     

光子晶体光纤超连续谱的产生与偏振特性

通过研究飞秒脉冲在双折射光子晶体光纤反常色散区传输时的偏振特性及对超连续谱展宽的影响,发现在偏振方向与光纤快轴或慢轴重合时,其输出的超连续谱具很好的线偏振.当偏振方向与快轴夹角为45 °时,其输出基本上是圆偏振.由于高的双折射光子晶体光纤有高的非线性和三阶色散,所以可产生高偏振性的超连续谱.脉冲偏振方向与光纤快轴不同夹...     

利用双温模型理论分析飞秒激光烧蚀金过程

为了了解飞秒激光脉冲烧蚀金过程中的电子温度和晶格温度变化。利用显式有限差分法对飞秒激光脉冲烧蚀金的过程中电子和晶格的温度场进行一维数值计算。理论研究了不同激光脉宽和电声耦合系数对金属表层电子和晶格温度的影响,同时还研究了双脉冲激光烧蚀金过程中电子和晶格温度的变化。得出激光脉冲越短,加工热效应越小,多脉冲具有热累积效应。因此,为了实现飞秒激光冷加工,应该采用单个超短脉冲降低热效应。     

初始啁啾对飞秒光脉冲传输的影响

超短光脉冲在光纤中传输时将受到多种类型的扰动,而初始啁啾对超短光脉冲传输的影响也越来越得到重视.本文以广义非线性薛定谔方程为理论基础,采用对称分步傅立叶方法作为数值模拟的方法,分析了初始啁啾对飞秒光脉冲在光纤中传输的影响,数值计算表明:啁啾的临界值有不同程度的减小,相对较小的啁啾也会大大影响飞秒光脉冲的传输,引起很大的能量损耗.为保证通信系统性能,必须消除或尽可能减小初始啁啾.     

Editor’s note

The past two decades have witnessed great progress in development of ultrashort laser pulse in laser science, often at an unexpected speed. It has found various applications, both theoretical and practical, in the frontiers of science.     

Monitor and control of neuronal activities with femtosecond pulse laser

Combined with the fluorescence labeling technique, two-photon microscopy excited with femtosecond pulse laser has become an important tool for neuroscience research. In this research, the calcium signals from neurons in rat cortex slice were monitored by a custom-built two-photon microscopy, and the spontaneous calcium signals and the pharmacological responses as well as the responses to femtosecond pulse laser stimulation were recorded. The results showed that the amplitude of the cal- cium signals increased in direct proportion to the corresponding electrical activities. Glutamate induced a calcium transient, but continuous application resulted in smaller response. Simultaneous monitoring of neuronal populations distinguished the neurons of different microcircuits. The femtosecond pulse laser induced local or global calcium signals in the pyramidal neurons. The approach of interrogation and control of neural activities using femtosecond pulse laser is non-contact, nondestructive, repeatable, and without any additional substrates, which will contribute to the development of neuroscience.     

阶跃相位整形的飞秒激光脉冲时间光强分布

利用飞秒超快脉冲相位整形方法,计算并研究了阶跃相位整形后激光脉冲的时域光强分布特点。研究结果表明,通过改变调制位置和调制深度,高斯激光脉冲可以整形形成强度可调的双脉冲结构,且子脉冲的中心时间和脉宽可以采用调制参数来调节。同时,研究发现阶跃位置的有效可调范围和激光的线宽密切相关。     

基于光电子成像技术的碘甲烷多光子电离行为

利用飞秒光电子成像技术研究了碘甲烷在超短激光脉冲场中的多光子电离解离行为.实验获得了碘甲烷分子在400 nm飞秒激光作用下的飞行时间质谱以及电离产生的光电子影像.实验结果表明,在超短脉冲激光场中,分子的电离通常是非共振电离,电离产物主要为母体离子和极少量的碎片离子.从光电子成像中获得的光电子平动能分布可以得到电离产生的电子p_1(2. 03 eV)和p_2(2. 67 eV)分别来源于母体离子的基态和激发态.从光电子成像中获得的角度分布可以推测出,光电子峰p_1和p_2可以分别近似看做单光子电离和双光子电离过程,且光电子散射角度趋于各向同性分布.