上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海 200093
氮气分子在不同波长(中红外、近红外、紫外)强场飞秒激光的泵浦下,其分子离子在传播前向能够发出具有良好相干性的可见光波段的窄带辐射。在400 nm紫外飞秒激光的激发下,波长为428 nm和423 nm的相干辐射受到的关注较少,物理性质尚不明确。本研究对该辐射的偏振性质、气压和泵浦激光能量依赖关系进行了系统的测量。实验发现,该辐射的偏振与线偏振泵浦激光的偏振态保持一致,辐射强度随着气压和泵浦激光能量呈现出非线性的增加。利用基于密度矩阵的强场电离和能级耦合模型,对氮气分子在强场中的电离和相关离子能级在强场作用下的耦合进行了数值模拟研究。结果表明,在较大的激光强度范围内,氮气离子上能级
$ {\mathrm{B}}^{2}{\mathrm{\Sigma }}_{\mathrm{u}}^{+} $![]()
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和其离子基态
$ {\mathrm{X}}^{2}{\mathrm{\Sigma }}_{\mathrm{g}}^{+} $![]()
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之间,对应428 nm和423 nm的振动态之间总是能够形成粒子数反转,而且该反转对于激光参数具有鲁棒性,与实验观测结果一致。
飞秒脉冲 氮气离子 分子电离 空气激光 femtosecond laser pulses nitrogen ions ionization air lasing
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院 上海市现代光学系统重点实验室,上海200093
2 巴黎综合理工学院 应用光学实验室,法国 帕莱索9176
圆偏振飞秒激光泵浦氮气产生的无谐振腔激光效应在远程光学遥感方面具有非常重要的应用前景.然而,空气中氧气分子的存在显著地淬灭了该受激辐射效应.对比研究了氧气和氪、氩、氦这三种气体对于氮气分子前向和背向激射的影响,测量了纯氮气和空气中氮分子荧光的强度.结果表明,氧气和氪气这两种电离能非常接近的气体呈现出十分相似的淬灭作用;而氦气因为电离能极大,并不呈现出显著的淬灭作用.因此,可得氧气对于氮气分子激射淬灭作用的主要原因在于其引起的光丝内激光强度的下降,从而使得自由电子能量降低,导致碰撞激发效率下降.
Nonlinear optics Air lasing Ultrafast spectroscopic technology Quenching effect Femtosecond pulses 非线性光学 空气激光 超快光谱技术 淬灭效应 飞秒脉冲
Author Affiliations
Abstract
Shanghai Key Laboratory of Modern Optical System, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
We experimentally investigated the forward 353.8 nm radiation from plasma filaments in pure nitrogen gas pumped by intense circularly polarized 800 nm femtosecond laser pulses. This emission line corresponds to the transition of nitrogen ions. In the presence of an external seeding pulse, the 353.8 nm signal was amplified by 3 orders of magnitude. Thanks to the much enhanced intensity, we performed time-resolved measurement of the amplified 353.8 nm emission based on the sum-frequency generation technique. It was revealed that the built-up time and duration of these emissions are both inversely proportional to the gas pressure, while the radiation peak power grows up nearly quadratically with pressure, indicating that the 353.8 nm radiation is of the nature of superradiance.
femtosecond pulses plasma nitrogen ions superradiance time-resolved measurement Chinese Optics Letters
2020, 18(2): 023201