飞秒激光脉冲倍频的实验研究

利用2mmKDP晶体对中心波长790nm、脉冲宽度75fs、晶体表面强度约1011W/cm2的超短超强激光脉冲进行了倍频实验研究。通过对基频脉冲能量及频率啁啾的优化,可以获得高于40%的能量转化效率。观测了基频脉冲频率啁啾对倍频光产生的影响,发现激光脉冲啁啾为零时对应的倍频转化效率最高;对于相同的光栅相对位置,正啁啾基频脉冲的倍频转化效率高于负啁啾。     

高重复率低能量飞秒激光脉冲与氩原子相互作用产生相位匹配高次谐波

对高重复率低能量飞秒(fs)脉冲激光和静态氩气相互作用下产生相位匹配高次谐波进行了实验研究. 在重复频率为1 kHz单脉冲能量为0.55mJ的商品化全固化飞秒激光系统上获得了相位匹配27次谐波. 这是迄今为止在静态气体盒子内获得相位匹配27次谐波所用的最低激光脉冲能量. 对不同氩气气压下的高次谐波强度变化进行了研究. 分析了高次谐波光谱的蓝移和展宽. 并且对高次谐波的源尺寸和强度空间分布进行了分析, 发现相位匹配高次谐波的源尺寸和强度空间分布与非相位匹配情况截然不同.     

分光镜法激光脉冲展宽器的研制

在激光分离同位素、激光化学、激光导星（人造星）技术等领域,为了提高脉冲激光的利用效率,需将激光脉冲展宽。介绍了各种光学方法展宽激光脉冲的基本原理,并对由分光镜和反射镜组成的激光脉冲展宽器进行了具体的实验研究,这种展宽器被设计成将脉宽为２０～２５ｎｓ的染料激光脉宽展宽１倍左右。它把原始脉冲分成４个独立的子脉冲,每个子脉冲的幅值是原始脉冲的１／４,但时间序列相继延迟７～１０ｎｓ,然后通过合光镜把这些子脉冲首尾相接堆积成一个脉冲。实验结果表明,脉冲持续时间可增加２０～３０ｎｓ,在波长为５７０～６００ｎｓ的染料激光能量转换效率达８０％以上,对某些波长的能量转换效率甚至超过９０％。     

超短脉冲激光器研究

激光教研室超短脉冲激光器科研组完成如下七项研究课题,82年12月8日通过予鉴定。一、连续YAG频调锁模激光器:采用200MHz电光晶体相位调制技术达到的技术指标是激光脉冲宽度不大于60PS,对应于70PS的光谱宽度9GHz;实验得到最大带宽不小于     

使用飞秒脉冲在熔融石英中进行的三维光数据体存储

通过啁啾脉冲放大技术,产生出脉冲宽度为200fs,波长为800nm的超短脉冲激光束,将这种激光脉冲紧聚焦到融熔石英体中,在聚焦点附近通过雪崩电离和多光子电离产生高密度的等离子体,并使等离子体吸收大量的激光能量,在局部产生微爆炸,形成微小的空腔,从而在融熔石英体中记录下三维数据.实验记录了20层存储数据,使存储密度达到3.75×1010bit/cm3.     

采用啁啾反射镜色散补偿的7fs掺钛蓝宝石激光振荡器

通过对钛宝石激光晶体及空气色散的计算分析,仅采用四镜腔结构的啁啾镜色散补偿激光振荡器,在3.1W的抽运功率下,直接产生了平均功率340mW,最短脉宽小于7 fs的周期量级脉冲输出.该激光的重复率为173MHz,中心波长约791 nm,光谱全宽覆盖了从600～900nm的范围.这是目前国际上所能获得亚10 fs激光脉冲的最简化腔型结构.     

采用啁啾反射镜色散补偿的7 fs掺钛蓝宝石激光振荡器

通过对钛宝石激光晶体及空气色散的计算分析,仅采用四镜腔结构的啁啾镜色散补偿激光振荡器,在3.1 W的抽运功率下,直接产生了平均功率340 mW,最短脉宽小于7 fs的周期量级脉冲输出.该激光的重复率为173 MHz,中心波长约791 nm,光谱全宽覆盖了从600～900 nm的范围.这是目前国际上所能获得亚10 fs激光脉冲的最简化腔型结构.     

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。     

碎石用灯泵染料激光器

简要分析了染料的激光机理．根据碎石对激光参数的要求,通过采用强预燃泵浦技术和新型的长灯、长腔、长染料池结构等技术措施,研制出激光碎石样机．该样机输出脉冲宽度１．５μｓ,重复频率５Ｈｚ,Ｒｈ６Ｇ脉冲能量大于２００ｍＪ,Ｃ５０４染料为７８ｍＪ．     

1053nm同步抽运飞秒光参量振荡器

报道了基于PPLN晶体的同步抽运的飞秒光参量振荡器．抽运源为一台自制的重复频率为80MHz的钛宝石振荡器,在满足同步抽运的条件下,通过腔长调谐得到了波长从1000-1200nm连续可调的信号光．当调谐至1053nm时,信号光的功率为32mW,光谱宽度为13nm,脉冲宽度为342fs．另外,在调谐过程中观察到了双波长现象．     

脉冲啁啾对空间小尺度自聚焦影响的实验研究

实验研究了二硫化碳（CS2）中受到衍射调制的啁啾脉冲激光的小尺度自聚焦以致分裂成丝过程,并且进行了数值模拟．通过实验分析了不同脉冲线性啁啾（频谱相同,展宽不同脉冲宽度）时的调制增长过程,结果表明脉冲啁啾增大,小尺度自聚焦引起的调制增长延缓,发生小尺度自聚焦的平均输入功率也相应增加．     

激光大气等离子体电子温度的空间分布特性

利用Nd：YAG激光器产生的1．06μm激光束（脉冲能量为500mJ，脉冲宽度为10ns，重复频率为10Hz）聚焦形成长约为8cm直径为5cm的激光大气等离子体柱，用光谱测量的方法，分别治平行于激光柬方向和垂直于激光束方向探测了该等离子体柱的空间分辨光谱，并由此反演得出电子温度空间分布特性．实验结果表明：激光大气等离子体中各种离子和电子呈橄榄形分布，即沿激光束方向分布不对称，而垂直激光柬方向对称分布，最高电子温度约为3000K．此结果对了解激光大气等离子体中各种处在不同状态的原子、分子和离子的空间分布特性提供了依据，进一步揭示了激光大气等离子体的微观结构．     

激光冲击参数优化及激光光路系统配置研究

采用波长相同但脉冲宽度不同的激光对航空铝合金２０２４Ｔ６２进行了激光冲击强化，分析了激光参数，激光装置的光路系统配置，激光冲击区的表面质量及激光冲击强化效果，采用ＫＤ＾＊Ｐ为调Ｑ晶体，三级放大的光路系统能获得最佳的激光冲击参数；脉冲宽度（ＦＷＨＭ）３０ｎｓ，冲击光斑Φ７－Φ１０ｍｍ，能量１５－２０Ｊ。     

基于SiC材料的激光加速质子束辐照特性研究

通过辐照核能材料SiC, 表征激光加速质子束连续宽能谱、短脉冲和高瞬态流强的特点。将SiC样品放置在距离靶体4 cm处, 连续进行300发满足指数能谱分布的能量为1~4.5 MeV的激光加速宽能谱连续质子束辐照。表面和截面拉曼光谱显示辐照后的SiC散射峰强度减小, 且拉曼光谱截面测量的整体趋势可以与SRIM模拟的能谱加权后的深度能损分布对应, 从而通过实验对能量连续分布的激光加速质子束进行表征。此外, 实验结果显示, 激光加速质子束的短脉冲特性可在SiC表面产生相当高的瞬时束流密度。这种快速的宽能谱辐照为模拟反应堆中子辐照提供了可能性。     

不同啁啾调制对光谱连续区的影响

利用啁啾场调控激光波形,理论研究了不同啁啾场对高次谐波光谱的影响. 结果表明：当采用对称中间啁啾调控时,谐波截止能量的延伸及光谱连续区来自于激光中间区域. 当采用不对称负向啁啾调控时,谐波截止能量的延伸及光谱连续区来自于激光下降区域. 虽然,谐波截止能量在不同啁啾调控下都可以得到延伸,但是,不对称负向啁啾场下光谱连续区的强度要比对称中间啁啾场下光谱连续区强度高2个数量级. 最后,通过叠加光谱连续区上的谐波可以获得2个脉宽在38 as的单个阿秒脉冲. 并且,负向啁啾场下获得脉冲强度要比对称中间啁啾场下获得脉冲强度高2个数量级.     

PLD沉积DLC薄膜过程中碳等离子体的发射光谱特性

采用脉冲激光沉积方法,通过改变脉冲激光能量在单晶硅衬底上制备了类金刚石薄膜,利用椭圆偏振光谱和拉曼光谱对得到的薄膜进行测试,并对沉积过程中的碳等离子体发射光谱进行了研究。薄膜测试结果表明,随着脉冲激光能量的增大,薄膜sp^3成分增多。沉积过程中的碳等离子体发射光谱原位监测表明,随着脉冲激光能量的增大,C、C^＋、C^2＋粒子发射光谱强度增强,根据应力模型薄膜sp^3成分增多,与薄膜测试结果一致。并且发现C^＋粒子在形成sp^3键过程中起到了非常重要的作用。     

飞秒脉冲在透明介质中的三维光存储及读出对比度研究

将波长为800nm，脉冲宽度为150fs的近红外激光脉冲，聚焦到聚甲基丙烯酸甲酯(Ploymethyl Metacrtlate，简记PMMA)和熔融石英中，实现了三维逐位式光数据存储．分别记录了5，10，15和20层数据位点，并利用相位对比光学显微原理，对各层数据并行读出，从而分析了各层数据位点读出对比度的变化．结果表明，各层数据位点的折射率对比度由内至外依次增加．记录层数越多，内部层的对比度下降越明显．由于飞秒激光脉冲与透明介质相互作用中熔融石英比PMMA内部产生的残余应力大，因此，在数据位点参数相同的情况下，利用聚甲基丙烯甲酯(PMMA)材料记录的层数更多．     

飞秒激光脉冲的测量与诊断

报道一种高精度的测量矩飞秒激光脉冲宽度的装置和方法。它是通过计算机精确控制压电陶瓷（PIZ）的伸缩,扫描得到飞秒激光脉冲强度的共线相干自相关曲线,以此分析得到超短激光脉冲特性和宽度的方法。它亦可以用于飞秒激光光谱实验研究。     

532 nm激光脉冲抽运的钛蓝宝石增益开关激光器

采用Nd∶YAG调Q倍频激光器抽运钛蓝宝石(Ti∶Al2O3)晶体,实现钛蓝宝石激光器的增益开关运转.当用脉宽为32 ns,能量为21 mJ的532 nm绿光脉冲抽运时,在5 cm腔长情况下,获得比抽运光脉冲窄的15 ns脉宽的激光脉冲,脉冲能量为0.86 mJ,激光中心波长为780 nm.理论上,从速率方程组出发,计算输出激光的脉冲宽度,研究激光器抽运能量、腔长及腔结构对输出特性的影响.     

激光二极管泵浦的调 Q Nd:YVO_4绿激光器

研制成用激光二极管泵浦的声光调Ｑ的Ｎｄ：ＹＶＯ４腔内倍频激光器，得到了ＴＥＭ００模、频率高达１００ｋＨｚ的稳定的５３２ｎｍ绿激光脉冲系列输出，阈值泵浦功率２７ｍＷ；在连续５７０ｍＷ的泵浦功率下，绿激光脉冲的峰值功率１．１ｋＷ，脉宽４．６ｎｓ；输出功率稳定，在±５℃的工作温度变化下，输出功率变化小于±２％。实验发现：在一定的泵浦功率范围内，随着泵浦功率的增加，１．０６４μｍ基频光的输出能量逐渐增加到一个最大值，然后又逐渐降低；而５３２ｎｍ倍频光的输出能量却一直单调增加；同时激光脉冲宽度也逐渐减小，趋向一个最小值；倍频光脉冲宽度远小于基频光脉冲宽度。声光调制器的质量对器件性能有很大的影响。