强激光与粒子束
2021, 33(12): 123013
1 武汉理工大学 材料科学与工程学院，武汉 430070
2 中国科学院上海光学精密研究所，上海 201800
3 山东理工大学 材料科学与工程学院，淄博 255049
光学元件的激光损伤问题是激光器件向高功率密度方向发展中必须认识和克服的问题.基于Forkker-Planck方程，研究了激光与材料相互作用时的雪崩电离机制、多光子电离机制以及联合两种机制的情况.雪崩电离的产生需要一定密度的初始自由电子存在，该自由电子可以是材料中原本就存在的，也可能是光电离产生的.着重分析了材料中的初始自由电子对材料电离机制的影响.结果表明，雪崩过程在激光作用一段时间后会达到一个稳定的电离阶段（以自由电子平均能量不随时间变化为特征，且此时雪崩电离为材料电离的主导机制），该时间与光电离速率、材料中初始自由电子密度有关.材料中的初始自由电子可以在一定程度上掩盖光电离的作用效果.
初始电子 激光损伤 光电离 雪崩电离 Inherent electrons Laser induced damage Photon ionization Avalanche ionization
1 武汉理工大学 汽车工程学院,武汉 430070
2 中国科学院上海光学精密机械研究所,上海 201800
基于电子密度演化模型，借助数值方法，研究了飞秒激光作用下光学薄膜内的电子密度演化过程，讨论了初始电子密度Ni和激光脉冲宽度τ对光学薄膜激光损伤阈值Fth的影响，分析了激光诱导薄膜损伤过程中MPI和AI的性质和作用.研究结果表明，对应于一定的脉宽，存在一个临界初始电子密度，当Ni低于这一临界密度时，Fth不受Ni影响；当Ni高于临界密度时，Fth随Ni增加而降低.临界初始电子密度随着脉宽的减小而增加。对于FS和BBS介质薄膜，Fth随脉宽的增加而升高。初始电子密度Ni对BBS中的MPI和AI基本没有影响；同样Ni对FS中的AI基本不产生影响，但当Ni>1011 cm－3时，FS中MPI电子密度随Ni增加而降低.在所研究的脉宽范围τ∈［0.01,5］ps，AI是FS介质激光诱导损伤的主要机制.而对于BBS，当脉宽τ∈［0.03,5］ps，AI是激光诱导损伤的主要机制；当脉宽τ∈［0.01,0.03］ps，MPI在激光诱导损伤中占主导地位.
激光物理 激光诱导损伤 飞秒激光脉冲 多光子离化 雪崩离化 初始电子密度 Laser physics Laser damage Femtosecond laser pulse Multi-photon ionization Avalanche ionization Initial electron density
Author Affiliations
Abstract
School of Automotive Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 4300702 Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800
Both the nature of avalanche ionization (AI) and the role of multi-photon ionization (MPI) in the studies of laser-induced damage have remained controversial up to now. According to the model proposed by Stuart et al., we study the role of MPI and AI in laser-induced damage in two dielectric films, fused silica (FS) and barium aluminum borosilicate (BBS), irradiated by 780-nm laser pulse with the pulse width range of 0.01-5 ps. The effects of MPI and initial electron density on seed electron generation are numerically analyzed. For FS, laser-induced damage is dominated by AI for the entire pulse width regime due to the wider band-gap. While for BBS, MPI becomes the leading power in damage for the pulse width \tau less than about 0.03 ps. MPI may result in a sharp rise of threshold fluence Fth on \tau, and AI may lead to a mild increase or even a constant value of Fth on \tau. MPI serves the production of seed electrons for AI when the electron density for AI is approached or exceeded before the end of MPI. This also means that the effect of initial electron can be neglected when MPI dominates the seed electron generation. The threshold fluence Fth decreases with the increasing initial electron density when the latter exceeds a certain critical value.
激光诱导损伤 多光子离化 雪崩离化 初始电子密度 损伤阈值 140.3440 Laser-induced breakdown 140.3330 Laser damage 350.1820 Damage Chinese Optics Letters
2009, 7(1): 0149
电子科技大学物理电子学院,四川,成都,610054
针对大气中飞行器的等离子体隐身问题,数值计算了ns量级强激光击穿大气的阈值,讨论了一些相关条件对阈值的影响.结果表明:对于ns量级的入射激光,波长越长,大气的击穿阈值越小;气压越大,击穿阈值也越小;气体中存在的初始电子对不易产生光电离的长波长入射激光的击穿阈值,有明显的减少作用,但对短波长入射激光的击穿阈值几乎没有影响;脉宽越宽,激光辐照的时间越长,大气击穿的阈值越小.
大气击穿阈值 多光子电离 级联电离 初始电子 Laser-induced breakdown threshold of air Multiphoton ionization Cascade ionization Initial electron 强激光与粒子束
2005, 17(11): 1655
