近年来,空气激光因在大气传感和环境监测等领域具有重要的潜在应用价值而备受关注。空气激光通常是指强激光诱导大气组分粒子布居数反转,进而产生的远场无腔光放大的激射现象。氮气和氧气作为两种主要的大气组分,均可在强激光激发下产生激射行为。光增益介质可以是氧原子、氮原子、氮分子和氮分子离子。本文以飞秒光丝诱导氮分子和氮分子离子激光为例,讨论了空气激光的现象观测、机理探索和应用前景,并着重介绍了光场偏振效应对氮分子离子激射行为影响的研究进展。

聚焦激光脉宽和偏振对飞秒光丝诱导燃烧场中间产物荧光光谱的影响,通过改变激光脉宽、偏振状态,观测了燃烧中间产物如OH、CH、CN、C2分子和C原子的荧光光谱变化。结果发现:随着激光脉宽和偏振椭圆率增大,各组分荧光信号强度减小,这是因为光丝内激光钳制强度及等离子的密度与激光脉宽、偏振密切相关,进而导致多光子激发燃烧中间产物的信号随之变化。

利用等离子体成像、散射光检测技术综合研究了聚焦的纳秒激光在去离子水和24 nm粒径的金纳米球溶液中的光致击穿现象。随着激光能量的增加，强击穿过程中产生的明亮等离子体区域增大，且沿轴向逐渐产生多个明亮等离子体区域，即多点击穿；同时，产生的明亮等离子体区域沿光轴方向的延伸具有不对称性，低浓度的金纳米球溶液中更加明显。弱击穿通常只发生在激光能量比较低的情况中，激光能量到达一定阈值时，只出现强击穿。低浓度的金纳米球溶液能显著降低光致击穿所需的最低能量；而金纳米球浓度增加，光致击穿所需能量增加。与去离子水中相比，金纳米球溶液中的光致击穿更容易获得亚微米尺度的空化气泡，且产生的空泡尺寸更加稳定。