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《华东师范大学》 2007年
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飞秒激光在Ar气中的频谱展宽研究

张丽平  
【摘要】: 从1970年,R.R.Alfano和S.L.Shapiro第一次测量到400nm-700nm的超连续谱以来,频谱展宽的研究就成为一个热门的研究课题引起了大家的关注。尤其是近年来,随着激光功率的不断提高和超短超强激光技术的发展,能够产生超连续谱的介质越来越多,频谱覆盖的范围也越来越大,现在已经可以获得频谱范围从红外覆盖到紫外的超连续谱。随着实验条件的逐步改善和超连续谱在实验中取得的进展,超连续谱的应用潜力逐渐被挖掘。主要有激光雷达、光通信、光谱学、生物医学及改善实验条件以获得更好的光源等方面。 当强激光在非线性介质中传输时,由于非线性折射率会产生自聚焦,自聚焦使光强聚集在极小的光斑里,激光的功率密度增大,当超过电离阈值时,发生电离,生成等离子体通道。而可以在介质中传输很长的距离,而且光功率和瞬态结构保持不变,形成所谓的光丝。光丝形成的物理机制主要有自导引模型、动焦点模型和动态空间补偿模型。在光丝形成过程中,还伴随着频谱展宽,甚至是覆盖范围很广的超连续谱。这主要是由自相位调制、四波混频、等离子体通道的作用等非线性效应共同作用的结果。 考虑到要获得稳定的、覆盖范围广的超连续谱,就有一个实验条件的最佳参数问题。我们研究了初始脉冲的啁啾量、初始脉冲的能量、气体压强、聚焦长度等有关条件,确定了获得稳定的宽的超连续谱的最佳条件,这是本论文的主要目的。下面是本人在实验方面做的主要工作: 1、参与搭建和维护Ti∶Saphhire啁啾脉冲放大(CPA)系统,该系统输出中心频率是800nm、重复频率为10Hz、脉冲宽度为25fs,单脉冲能量最大到25mJ的激光脉冲。研究了不同惰性气体中产生超连续谱的情况,选择了最佳的Ar。 2、用这套Ti∶sapphire啁啾脉冲放大(CPA)系统输出的激光脉冲聚焦在Ar气样品池中来获得超连续谱。通过研究和分析不同条件下的超连续谱,来得到初始啁啾、脉冲能量、聚焦长度以及Ar气压强对超连续谱的影响。研究结果表明:在我们的实验条件下,单脉冲能量为20mJ、附带2.9×10~4fs~2正色散的啁啾脉冲用f=500mm的凹面镜在1.5m长、2.3atm的Ar气中聚焦,可以得到稳定的频谱宽度达10~3THz的超连续谱。 3、还用相同的方法研究了空气中的频谱展宽现象,发现在空气中频谱展宽不明显,但是在改变聚焦凹面镜的焦距时,却能观察到明显的频谱展宽,焦距越大,频谱展宽越明显。 4、另外我们还测量了Ar气中最稳定、最宽的情况下,光斑的远场模式,其发散角仅为3.1mrad。
【学位授予单位】:华东师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:O437

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