飞秒激光在激光核聚变、卫星精密测距、激光微加工等领域具有重要的应用前景, 同时也是产生太赫兹波的主要泵浦源。介绍了国内外飞秒激光脉冲宽度和脉冲波形的测试方法, 比较了自相关法、频率分辨光学快门法、光谱相位相干直接电场重构法的优缺点。自相关法具有脉宽测量范围广、结构简单等特点, 但不具备脉冲波形测试能力。光谱相位相干直接电场重构法对待测激光光束质量要求较高,不适合大量程范围激光脉宽快速测量。为满足10 fs～5 ps大量程范围超短激光脉冲宽度和脉冲波形的测试需求, 采用自相关法及二次谐波频率分辨光学开关法研制飞秒激光脉冲宽度和脉冲波形测试仪, 时间分辨率优于2 fs。
飞秒激光 脉冲宽度 脉冲波形 测试 femto-second laser pulse width pulse waveform measurement
基于光束耦合分析了光波导端面光栅衍射原理。飞秒激光刻写一维正弦光栅并测量衍射光的强度, 测量结果与仿真实验基本一致。利用Matlab编程仿真研究了分布不同、排列有序的折射率正弦变化二维光栅的波束整形等效果。为刻写不同折射率变化图案控制衍射光的衍射强度与衍射方向提供了理论依据。
飞秒激光 端面光栅 波束整形 圆环光栅 femto-second laser end surface grating beam shaping circularity grating
光电信息控制和安全技术重点实验室, 天津 300308
开展了可见光CCD对脉宽为100 fs的808 nm高重频、低重频激光与808 nm连续激光的线性响应对比实验。实验结果表明, 当CCD处于线性响应范围时, CCD对脉宽为100 fs的激光与连续激光的能量响应率之比均接近1, 说明响应特性无差别。同时由CCD原理可知, 响应输出与积分时间内接收到的激光能量成正比, 说明CCD的能量响应率与脉冲宽度、激光重复频率无关。
飞秒激光 连续激光 响应特性 重复频率 femto-second laser continuous wave (CW) laser CCD charge-coupled device (CCD) responsivity repetition frequency
1 北京交通大学 全光网络与现代通信网教育部重点实验室,北京 100044
2 北京交通大学 光波技术研究所,北京 100044
对随机折射率调制的光纤光栅进行了理论建模,将随机光纤光栅看作是长、短周期均匀光纤光栅的随机线性组合.分别利用传输矩阵法和光束传播法计算了随机间距均值为20 μm的随机光栅的反射和透射特性,证实了随机光栅中同时具有前后向纤芯基模的耦合以及纤芯基模与包层模式之间的耦合,验证了所提出的线性组合的理论模型.文中还进行了随机光栅的实验研究,采用飞秒激光器在1 cm的单模光纤中写入了具有500个随机间距在10~20 μm的折射率调制点的随机光栅,并测量了该随机光栅的反射和透射光谱.实验结果进一步验证了理论模型的准确性.
随机光栅 模式耦合 飞秒激光 random index modulated grating mode coupling femto-second laser
1 南华大学电气工程学院, 湖南 衡阳 421001
2 南华大学机械工程学院, 湖南 衡阳 421001
运用结合双温模型的分子动力学方法, 数值模拟了脉宽为100 fs的超短脉冲激光烧蚀B2结构镍钛形状记忆合金薄膜的作用, 研究了较低能量密度下B2结构镍钛形状记忆合金靶材的相变过程。结果表明, 超快激光与B2结构镍钛形状记忆合金相互作用时, 压力波传播引起了热能的弛豫。脉宽为100 fs, 功率密度为20~35 mJ/cm2的激光与靶材作用时, 烧蚀产生的压力波在其传播过程中诱导靶材发生了相变, 并形成三明治结构。
分子动力学 相变 飞秒激光烧蚀 B2结构镍钛形状记忆合金 molecular dynamics phase change femto-second laser ablating B2 structure Ni-Ti shape memory alloy
郑州华信学院信息工程系, 河南 新郑 451100
通过康普顿散射模型、等离子体时间切片模型和数值计算方法研究了飞秒光丝中等离子体密度时演特性，提出了将康普顿散射光作为改变等离子体电子峰值密度的新机制，给出了带电粒子动力学修正方程，并进行了数值计算。研究发现散射使等离子体达到导电的时间缩短，电离区电子密度增长呈准饱和状态，电离衰退区电子密度近乎恒定，不同脉冲电离贡献率差别很小。随脉冲切片光强增强， O2电离贡献率有所下降，N2电离贡献率最终超过O2贡献率，等离子体通道内电子峰值密度增大，通道寿命延长。相同峰值强度下，长、短脉冲产生的电子密度峰值增长几乎相同，且较散射前有所减小。
非线性光学 飞秒激光成丝 等离子体通道 电子峰值密度 多光子非线性康普顿散射
为研究多物理参数（耦合系数、电子热导率、电子热容、晶格热容）同时随温度变化对短脉冲激光辐照金属材料产生温度场分布的影响，基于双温耦合理论，建立了短脉冲激光辐照金属材料金的加热过程的有限元求解模型。在同时考虑脉冲激光的空间、时间分布和多参数同时随温度变化的情况下，得到短脉冲激光辐照金属材料金激励产生的温度场二维瞬态分布，并进一步比较了多物理参数同时随温度变化和采用室温物理参数两种情况下温度场分布的区别。数值结果表明：多物理参数同时随温度变化使电子温度和晶格温度的上升变快，最大值变大，而且使得材料中激光穿透直接辐照到的区域温度变高。
激光技术 飞秒激光 双温模型 有限元方法 laser technique femto-second laser two-temperature model finite element method (FEM)
1 天津理工大学电子信息工程学院，天津市薄膜电子与通信器件重点实验室，通信器件与技术教育部工程研究中心, 天津 300384
2 南开大学物理科学学院, 天津 300071
建立了超短激光脉冲在准相位匹配晶体中传输的物理模型，并对修正后的非线性薛定谔方程进行了数值求解，获得了飞秒激光脉冲在周期极化铌酸锂晶体中传输的时空演化过程。模拟结果发现当入射基频光功率超过晶体自聚焦的临界功率时，发生自聚焦过程。自聚焦效应使激光脉冲在时域上产生分裂和在空间上发生聚焦。脉冲宽度随着传输距离的增加而逐渐减小，焦点处脉冲宽度最小；脉冲在空间上被聚焦，聚焦半径随着传输距离的增加而逐渐减小，焦点处半径最小，经过焦点后发散；脉冲峰值强度在焦点处最强，经过焦点后峰值强度逐渐降低。超短脉冲倍频过程中，自聚焦效应限制了准相位匹配晶体的长度。
非线性光学 飞秒激光 准相位匹配 周期极化 倍频 自聚焦
Laser Group,Department of Engineering,University of Liverpool,Brownlow Street,Liverpool,L69 3GQ,UK
1 北京邮电大学理学院, 北京 100876
2 华北电力大学数理系, 北京 102206
通过理论分析和数值计算, 对Cr4+:YAG飞秒脉冲激光器光路结构的优化设计进行了研究。提出了在谐振腔内插入一薄聚焦透镜代替另一折叠镜以降低光路的复杂性。为研究起色散补偿作用的棱镜对对腔的稳定性和像散带来的影响, 导出了棱镜对的光传输矩阵。通过编程计算得出了连续运转和锁模运转两种工作方式下的不同参数的谐振腔稳区图, 对激光器工作点的选择做出了论述。定义了像散补偿失配因子F, 做出了像散补偿区域分布图。指出F<0.05的区域具有良好的像散补偿特性, 也是激光器光路结构参数设计必须要考虑的重要方面。论证了改变抽运光聚焦透镜的位置可实现抽运光与腔内振荡光的匹配。
激光器 飞秒激光 优化设计 矩阵光学 谐振腔 像散补偿
