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采用OPCPA技术提高高功率飞秒激光对比度研究

对比度是高强度飞秒激光的重要参数之一,它是限制高强度飞秒激光在强场物理、聚变能和高次谐波产生等领域进一步应用的瓶颈。光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)技术结合了光参量放大(OPA)技术和啁啾脉冲放大(CPA)技术的优点,具有极高的增益系数、很宽的增益带宽、弱的热效应、高的转换效率和增益的时间选择性强等特点。采用该技术能获得高强度高对比度飞秒激光输出,但还有很多的关键技术问题需要突破。目前,采用OPCPA技术代替再生放大器是获得高对比度、高强度飞秒激光的较优选择。研究这类激光系统的对比度有很重要的现实意义。本文分析了三阶非线性克尔效应和色散对飞秒激光的时空特性和对比度的影响。研究了运行在大增益区的OPCPA激光器的性能,分析了同步抖动对OPCPA输出飞秒脉冲的影响,以及采用长脉冲泵浦(比信号光脉冲长)的方式对输出飞秒脉冲特性的影响,在此基础上,就光直接同步方式中的关键技术——泵浦光成形技术进行了详细的理论研究,提出了采用多个超短脉冲  (本文共119页) 本文目录 | 阅读全文>>

天津大学
天津大学

飞秒激光微精细加工理论与实验研究

本论文对飞秒激光应用于微纳加工领域进行了部分理论与实验研究工作。论文的主要内容包括:一、采用几种不同模型实现飞秒激光与金属、电介质以及聚合材料作用过程的描述。对金属材料,通过数值分析约化后的双温模型,对飞秒激光与金属材料相互作用过程进行研究,确定了电子与晶格的耦合时间,并与长脉冲情形进行比较,同时又考虑了脉冲串对材料作用结果的影响;对电介质材料,通过飞秒激光在电介质内传输模型的表述,考虑飞秒激光的时空传输特性,对等离子体产生过程进行分析以及模型设计,并与长脉冲情形做了比较。二、从脉冲形状出发,分析高斯形飞秒激光与烧蚀孔径横向尺度的关系:若用ρ表示脉冲能量降为脉冲中心峰值能量E0一半时的光束半径,Et表示材料出现烧蚀时的阈值能量。那么烧蚀孔半径r与ρ的关系为可以表示为:r2=ρ2(lnE0-lnEt),实验中采用针孔扫描法探测了所用飞秒激光的光斑形状。同时采用光束传输模型,实现了飞秒激光在透明材料内部加工光学器件的模型设计,使得飞...  (本文共112页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)
中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)

飞秒激光在透明介质中的三维光存储研究

将一束能量为亚微焦量级,中心波长为800nm,脉冲宽度150fs,1kHz重复频率的激光脉冲紧聚焦到透明介质体内,导致激光脉冲的能量被物质非线性地吸收,可以在介质体内形成一个亚微米尺度的永久性结构改变区域。介质内结构改变的性质随着入射激光脉冲能量的增加而不同:从小的折射率改变,到形成微爆而导致一个空腔结构。通过这种空腔型位点在介质体内的空间排列,可以实现三维高密度光存储。物质中的小折射率改变可以用于多种光子器件的制作。本文主要针对目前飞秒激光三维光存储研究中存在的一些难题,开展了一系列的研究工作,具体研究内容及结果如下:(1)用激光放大器内调制的方法,创新性地实现了对1kHz的800nm,150fs脉冲激光的数字信号调制。(2)建立了一套可用于“飞秒脉冲在透明介质中三维光存储写/读演示”的光、机、电一体化系统。此系统也可以用来进行飞秒脉冲激光对物质的微加工和光子器件的制作工作。(3)观测了不同能量的激光脉沖在PMMA和熔融石英玻...  (本文共120页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)
中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)

飞秒激光与透明介质相互作用的非线性及应用

飞秒激光脉冲提供了一种极强极高的电场能够超过价带电子的束缚力,使分子、原子的电子体系发生巨大变化。在这个过程中,飞秒激光显示出与皮秒、纳秒脉冲不同的特性,如热影响区域小、作用效果能够超过光学衍射极限、优秀的空间选择特性等,这些特性在许多领域有着重要的应用价值,如超精细加工、微光子器件制造、医学精密手术、高密度三维光存储等。本文首先研究了钛宝石增益开关调Q二倍频激光器和钛宝石飞秒激光脉冲再生放大器,并用该放大器研究了飞秒激光脉冲诱导熔融石英折射率改变的机理,以及展开了三维光数据存储、光栅制作、波导制作方面的应用研究。在激光器方面,最优化激光参数和非线性晶体参数,补偿了来源于激光晶体、非线性晶体和其他的腔内元件的热效应,最终建立了一台高效率的钛宝石调Q二倍频紫外激光器。另外,设计和建立了一台适用于飞秒激光超精细加工的“无展宽器的钛宝石啁啾脉冲再生放大器”。通过优化放大腔结构参数和采用高光束质量的泵浦激光,依靠放大器腔内各个元件的色散...  (本文共122页) 本文目录 | 阅读全文>>

天津大学
天津大学

飞秒激光显微操作系统的研究

本论文以理论与实验相结合的方法,旨在研究飞秒激光显微操作系统的特性,主要包括以下几方面工作:一针对介于几何光学理论适用范围和瑞利范围之间的受光粒子(文中称中等尺度粒子),在较大的范围内,分别利用几何光学理论和广义洛仑兹-米氏理论计算轴向光学力及其对微粒尺寸和聚焦光束腰半径的依赖关系。通过比较两种模型计算结果,分析证明广义洛仑兹-米氏理论模型用于分析各种尺度粒子所受光学力的普适性及几何光学模型在计算小粒子受力情况的局限性,并得到几何光学模型适用范围的新判据。理论结果有助于设计具有最佳捕获效率的光学势阱。二基于几何光学方法,建立了数学模型,将飞秒激光脉冲序列看作是对连续光的周期采样,给出横向光学力计算公式。计算结果表明,由飞秒光脉冲产生的光学梯度力,能有效地抵消布朗运动引起的被捕获微粒逃逸势阱中心的趋势,并从理论上证明飞秒激光光镊对微粒横向稳定束缚的可行性。理论结果以图形表述,直观形象。三以高重复率飞秒激光器为光源,成功建立一套飞秒...  (本文共111页) 本文目录 | 阅读全文>>

上海大学
上海大学

飞秒激光与大气、玻璃以及晶体相互作用若干现象的研究

飞秒激光技术推动了强场物理、材料物理等相关学科的迅猛发展。它的超高、超强特性以及极高的时间分辨特性为进一步研究物质世界提供了新的方法。飞秒激光与物质相互作用发现了许多有趣的现象。这些领域具有巨大的应用前景,受到了学术界的高度重视。本文开展的主要工作以及得到的结论概括如下:第一部分:飞秒激光与大气的相互作用。1) 研究了飞秒激光在大气中的传输特性。数值模拟结果表明在低功率入射、大气没有被电离的情况下,随着传输距离或入射功率的增加,频谱逐渐展宽。这对超连续谱的产生和应用具有重要的理论指导意义。2) 探讨了圆锥辐射角随着波长的变化关系。理论分析表明离泵浦波长越远的新生波长发散角越大。结合自相位调制和衍射公式解释了这一圆锥辐射现象。根据这一理论,可以构建丝截面上的光强分布,它也将变成测量丝强度剖面的方法。第二部分:飞秒激光与硼酸盐和钛酸盐的相互作用。1) 高重复率的飞秒激光与硼酸盐玻璃的相互作用1.用晶体生长的基元理论解释了飞秒激光辐照...  (本文共123页) 本文目录 | 阅读全文>>