非线性介质中超短激光脉冲的传播

系统评述了近几年有关超短脉冲传播理论及实验研究成果．针对超短脉冲在非线性介质中传播的加宽失真现象,探讨了非线性介质中超短激光脉冲传播存在的问题及其研究现状与发展趋势．     

超高功率超短脉冲发展的现状及相关科学问题

超高功率超短脉冲激光系统在其聚焦焦点附近可以实现高达1022-24 W/cm2的峰值功率输出,为强场物理实验研究,以及实验室内模拟极端环境下的天体物理条件提供了直接的实现方案.自从国际上首次提出了建造EW激光的概念,即输出总功率达到1018 W的大型激光系统后,国际上很多国家都在设计和建造大规模的超高功率超短脉冲激光系统.本文简要介绍了国际上这种规模激光系统的发展状况,并结合国内超高功率高能超短脉冲激光的发展,对超高功率超短脉冲激光系统发展中相关技术问题进行阐述.     

超短脉冲激光烧蚀熔融硅的理论模型

在Fokker_Planck方程的基础上,对超短脉冲激光烧蚀熔融硅的机理进行分析研究,建立了雪崩电离、多光子吸收电离导致的熔融硅烧蚀机理的数学模型。其计算得出的激光能量密度和临界烧蚀阀值与实验结果很好的吻合,定量解释了超短脉冲激光对熔融硅烧蚀损伤微观过程的影响。     

超短脉冲在色散光纤中的传输特性

笔者研究了超短激光脉冲在色散光纤中的传输,利用傅里叶变换技术进行了理论分析,并以高斯脉冲为例给出了超短脉冲随时间变化的理论公式。数值计算了不同色散级次下脉冲的时域分布,讨论了光纤不同色散级次对脉冲波形的影响。     

一种新型超短脉冲离子源

介绍了一种新型超短脉冲离子源。把聚信柏的激光照射到不锈钢板上，产生超短脉冲的光发射电子束。     

超短激光脉冲在非均匀等离子体中的传输特性

用一维粒子模拟研究了超短激光脉冲在非均匀等离子体中传输时产生的光孤子结构和脉冲的分裂现象.比较了不同的激光强度和等离子体密度梯度对脉冲传播的影响.研究表明:超短激光脉冲在非均匀等离子体中传播时能产生传输的类孤子结构;随着入射激光强度的增大,等离子体对激光的反射密度反而减小,孤子脉冲的平均传播速度也减小;随着等离子体密度梯度的增大,等离子体对激光的反射密度变大,孤子脉冲的平均传播速度减小,孤子脉冲传播到高密度梯度的等离子体区域时,发生了全反射,反射的孤子脉冲在传播过程中由于能量的损失,低频脉冲被等离子体俘获,形成后孤子,而高频脉冲则继续传播,使得脉冲分裂.     

强啁啾超短激光脉冲实现粒子布居的调控

采用光与物质相互作用的半经典理论方案,建立了含啁啾相位项的修正光学 Bloch 方程,并采用高精度的、快速和可靠的、修正的四阶龙格-库塔法数值求解了该方程。通过数值计算,研究了强啁啾超短激光脉冲与二能级体系的相互作用。研究结果表明,啁啾量、入射脉冲面积、脉冲宽度、失谐量都对粒子布居产生明显的调制作用,论文还研究了激光脉冲各参数对粒子布居的调控规律,由此可以通过调节强啁啾超短激光脉冲的各参数来实现对粒子布居的调控。     

超短超强激光脉冲驱动等离子体波加速电子方案以及最新研究进展

随着超短超强脉冲激光技术的发展，人们可以在台面尺度获得光强超过10¹⁸W·cm^-2、脉宽小于100fs的超短脉冲激光.这种超短脉冲激光很容易把初始静止的电子加速到相对论能量.而更重要的是超短激光脉冲可以通过其有质动力激发大振幅的等离子体波（称为激光尾波场），把电子加速到更高的能量.其加速梯度可达到100GeV·m^-1，即在1mm的空间尺度把等离子体电子加速到100MeV.国际上4个实验室在2004年报道通过激光尾波场加速获得能量单色性以及方向性极好的电子束，使人们看到了激光尾波场加速电子的实际应用前景.文中简要介绍等离子体中激光尾波场加速电子的物理机制和方案、及该领域的最新进展和展望.     

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。     

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。     

高速半导体激光器超短光脉冲产生及脉宽测试

报道了利用增压开关半导体激光器产生超短光脉冲的实验结果，研制了适合测量半导体激光器超短光脉冲宽度的强度自相关测试系统，测得其脉宽为４０ｐｓ。     

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.     

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.     

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.     

超短脉冲在纳米金属缝中的传输特性

根据Drude模型和时域有限差分法（FDTD）编制程序包,通过模拟计算研究超短脉冲经纳米金属缝衍射的时域信号的分布特性．讨论了透射脉冲的时域分布与超短脉冲有效驰豫时间的演化关系,借助于其谱域分布对时域波形进行了解释．     

短光脉冲的谐波测量法

本文讨论了超短光脉冲测量的二次谐波法(SHG)、半导体表面反射频法和高次谐波法。用 SHG 法对调 Q 加模 Nd:YAG 激光器的光脉冲进行了测量。     

超短脉冲的能量与载波相位的关系

以高斯、双曲正割、洛伦兹3种脉冲为例,研究了载波相位与超短脉冲携带的能量之间的关系,给出了3种脉冲携带的能量与载波相位的解析表达式．研究结果表明,当脉冲包络的宽度短于1个光学振荡周期时,载波相位对超短脉冲携带的能量开始有较显著的影响．     

二次谐波频率分辨光学开关法测量双脉冲的振幅和相位

介绍了二次谐波型（SHG）频率分辨光学开关法（FROG）测量双脉冲的实验系统．对实验系统中双脉冲的SHG-FROG光谱图，利用矩阵的方法进行了数值模拟，并用基于矩阵的主元素广义投影算法（PCGPA）从数值模拟的SHG—FROG光谱图中恢复了双脉冲的振幅和相位，误差达到收敛的标准（G〈10^-4）．