空气中飞秒激光成丝的能量透过率的研究

【摘要】：近年来,飞秒激光脉冲在空气中传输引起的非线性效应比如成丝现象一直备受关注。飞秒激光脉冲在透明介质中传播时,由于克尔自聚焦效应,激光束的强度会越来越强,当激光束强度达到电离阈值后,激光脉冲会电离空气产生大量的等离子体,而等离子体的存在会对激光束产生散焦效应,使激光束发散,当克尔自聚焦效应和等离子体散焦效应达到动态平衡时能够得到一段很长的等离子体通道,这就是“光丝”。在本文中,我们主要研究飞秒激光脉冲中心波长的能量透过率,这项研究有助于理解激光在成丝过程中原子分子经历的激发、电离和其他动力学过程。实验中我们改变了激光的重复频率、激光能量、气体压强、和外加透镜的焦距,通过收集激光束透过能量来讨论激光束能量损耗的问题。飞秒激光成丝过程中的非线性效应(如太赫兹辐射,空气荧光和高次谐波等),激光束电离空气形成等离子体,光丝激发的声波,都会使飞秒激光脉冲在传播过程中产生能量损耗,自相位调制导致光谱展宽,会使中心波长的能量转移到其他波长,导致激光脉冲中心波长的峰值强度降低。低气压下,我们发现脉冲中心波长的能量透过率是随气压增加而降低,激光脉冲的能量越高中心波长的透过率越低,但在气压接近常压时激光能量的透过率反而会上升,高能量的激光脉冲中心波长的能量透过率反而要高于低能量的激光脉冲。我们认为是激光脉冲中心波长在成丝中的能量损耗和激光脉冲光谱展宽引起的800 nm光谱强度回升之间的竞争导致脉冲中心波长的能量透过率出现回升现象,且激光脉冲的重复频率越高激光脉冲的能量透过率的回升现象越明显。激光脉冲中心波长的能量透过率不是简单的随能量和气压的增强而一直降低。