Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Modern Optics, Eye Institute, Nankai University, Tianjin 300350, China
2 Tianjin Key Laboratory of Micro-scale Optical Information Science and Technology, Tianjin 300350, China
3 Tianjin Key Laboratory of Optoelectronic Sensor and Sensing Network Technology, Tianjin 300350, China
The effects of turbulence intensity and turbulence region on the distribution of femtosecond laser filaments are experimentally elaborated. Through the ultrasonic signals emitted by the filaments, it is observed that increasing turbulence intensity and an expanding turbulence active region cause an increase in the start position of the filament and a decrease in filament length, which can be well explained by theoretical calculation. It is also observed that the random perturbation of the air refractive index caused by atmospheric turbulence expands the spot size of the filament. Additionally, when the turbulence refractive index structure constant reaches , multiple filaments are formed. Furthermore, the standard deviation of the transverse displacement of filament is found to be proportional to the square root of the turbulent structure constant under the experimental turbulence parameters in this paper. These results contribute to the study of femtosecond laser propagation mechanisms in complex atmospheric turbulence conditions.
femtosecond laser filamentation turbulence Chinese Optics Letters
2023, 21(11): 110004
1 北京大学物理学院人工微结构和介观物理国家重点实验室，北京 100871
2 南开大学现代光学研究所，天津 300350
3 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室，天津 300350
4 天津市光电传感器与传感网络重点实验室，天津 300350
飞秒激光成丝表征是光丝调控及应用的基础，成丝过程中光、声和热信号之间丰富的能量转换效应为利用声学和光学等方法探索和诊断光丝打开了大门。由于成丝过程中声波和荧光辐射微观物理机制的区别，两种信号与光丝物理参数之间的定量关系存在差异，然而目前仍缺乏两种方法的准确性对比研究。基于此，实验上通过研究脉冲能量对光丝空间分布的影响，系统对比了声学及荧光法两种光丝表征方法的异同。结果表明：两种方法都可以实现对光丝空间特征的表征，相比于荧光法，声学法对光丝起始和结束位置表现出更高的灵敏度，光丝内自由电子动能对光场强度的依赖性是造成差异的主要原因。
非线性光学 飞秒激光成丝 声学 荧光 空间特征 电子动能
1 南开大学现代光学研究所，天津 300350
2 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室，天津 300350
3 天津市光电传感器与传感网络重点实验室，天津 300350
超快激光在透明介质传输中会导致长程无衍射传输的成丝现象。伴随着丰富的非线性光学效应，激光脉冲光谱会被极大展宽，覆盖从微波到紫外的超宽范围，被称为超连续谱。飞秒光丝辐射超连续谱具有宽光谱、高方向性和可调谐等优势，在吸收光谱检测、远程气体检测、脉冲压缩和少周期脉冲形成等领域中具有重要应用，近年来被广泛关注，并取得一系列研究成果。基于此，围绕飞秒光丝辐射超连续光谱，从物理机制到调控方法，系统梳理了该领域的研究历程及最新进展。
非线性光学 飞秒激光成丝 超连续谱产生 超连续调控
1 南开大学现代光学研究所，天津 300350
2 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室，天津 300350
3 天津市光电传感器与传感网络重点实验室，天津 300350
高强度的飞秒激光在非线性介质成丝过程中会产生一系列非线性效应，如强场电离、转动拉曼、高次谐波、激射等，这些非线性效应与强场下分子的复杂运动有关。研究强场作用下的分子动力学问题将有助于更好地理解飞秒激光成丝过程中非线性效应背后的物理机制。综述了近年来飞秒激光在空气中成丝时主要分子动力学特性的研究进展，包括分子准直、分子电离、电子-离子复合以及分子能级的粒子数布居。最后对强场与分子相互作用研究所面临的机遇以及挑战进行了展望。
非线性光学 飞秒激光成丝 强激光场 分子准直 强场电离 光丝诱导荧光
1 南开大学现代光学研究所，天津 300350
2 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室，天津 300350
3 天津市光电传感器与传感网络重点实验室，天津 300350
光丝内部的超高钳制光强可诱导大气中的原子、分子等发生隧道电离或多光子电离，并辐射指纹荧光谱。得益于其在复杂大气环境中能够远距离传输的特点，飞秒激光成丝在大气远程探测方面具有广阔的应用前景。光丝诱导物质荧光的空间分布特性与成丝过程中激光、等离子体等参数密切相关，对于理解光丝内物理过程及调控光丝、提升远程探测信噪比等具有重要意义。综述了光丝诱导荧光在侧向、背向及前向三个重要方位的空间分布的研究进展，详细讨论了基于侧向分布表征光丝内光强及等离子体分布的方法，以及实验条件对荧光空间分布的影响，并对放大自发辐射现象及前向、背向远场空间分布的研究进展进行了介绍。最后对飞秒激光成丝诱导荧光空间分布的研究趋势进行了展望。
非线性光学 激光光学 飞秒激光成丝 大气远程探测
南开大学现代光学研究所天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室，天津 300350
受衍射极限的限制，传统太赫兹成像分辨率在毫米量级，无法满足目前前沿研究向微纳米尺度发展的主要趋势。高时空分辨率太赫兹成像技术成为当下太赫兹领域最重要的研究热点之一。近场太赫兹成像技术是实验中将太赫兹成像分辨率提升至微纳米量级的重要方法。介绍了近场太赫兹成像技术的基本原理，详述了多种近场太赫兹成像技术的发展历程与技术路线，从时空分辨能力、频谱分辨能力、成像质量、成像信噪比和适用场景等多个角度分析并总结了各种近场太赫兹成像技术的优势和不足。最后，讨论并展望了太赫兹超分辨成像未来的发展趋势。
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Modern Optics, Tianjin Key Laboratory of Micro-Scale Optical Information Science and Technology, Nankai University, Tianjin 300350, China
2 School of Physical Science and Technology, Tiangong University, Tianjin 300387, China
The spatial distribution of the forward-propagating amplified spontaneous emission (ASE) of nitrogen molecular ions during femtosecond laser filamentation in air is studied via numerical simulations. The results suggest that the divergence angle and signal intensity are extremely sensitive to the external focal length. Concurrently, we show that the optical Kerr effect plays a significant role in concentrating the directivity of ASE signals, particularly in cases of loose focusing. Furthermore, the simulations demonstrate that ASE signals are enhanced for a tight focus, although the corresponding filament length is shorter. The main physical mechanism underlying this process is the competition between the plasma defocusing and optical Kerr effects. The result is important for filamentation-based light detection and ranging applied to remote sensing.
air laser amplified spontaneous emission femtosecond laser filamentation Chinese Optics Letters
2021, 19(8): 081402
1 南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所, 天津 300350
2 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室, 天津 300350
3 天津市光电传感器与传感网络重点实验室, 天津 300350
4 天津工业大学物理科学与技术学院, 天津 300387
由于群速度的偏振依赖性,飞秒激光脉冲入射到双波长波片时出射光脉冲会分离为两个具有一定时间延迟的飞秒激光脉冲。从实验和理论模拟两方面研究了双波长波片导致的脉冲分离现象对飞秒激光双色场成丝辐射太赫兹(THz)波效率的影响。实验结果表明,脉冲分离导致的时间延迟会降低双色场辐射THz波的效率,可通过零级双波长波片缩短分离脉冲之间的时间延迟,有效提高THz波的产生效率。
非线性光学 激光成丝 脉冲分离 太赫兹波
南开大学现代光学研究所天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室, 天津 300350
角膜含水量是反映眼睛健康水平的重要参数,在相关眼科疾病的诊断、屈光手术的参数设置和术前术后的诊治以及角膜有关的生物化学基础研究中都具有重要科学意义。主要介绍了基于光学测厚法、共焦拉曼谱、近红外吸收谱及太赫兹波谱成像等光学技术的角膜含水量测量方法原理及研究进展,并对各方法存在的优缺点作扼要的总结。
光谱学 角膜含水量 角膜厚度 红外吸收 太赫兹波成像 激光与光电子学进展
2020, 57(17): 170001
