强激光与粒子束
2023, 35(10): 105004
1 中国科学院 光电研究院, 北京 100094
2 中国科学院大学, 北京 100049
基于约化电子数密度增长速率方程，建立了熔石英导带电子数密度随脉冲持续时间变化的模型。利用电子数临界密度这一概念，得到了150 fs~10 ps脉宽下，熔石英激光损伤阈值范围。分析表明，5~10 ps，雪崩电离仍然起主要作用，而光致电离提供的初始电子使雪崩电离不再依赖材料原有的初始电子; 当脉宽减小到约为4 ps时，光致电离与雪崩电离作用相等; 之后，光致电离起主要作用。通过仿真出的损伤阈值拟合，得到了该脉宽区间下新的脉宽定律: 熔石英的损伤阈值正比于脉宽的0.38次方; 考虑温度对熔石英损伤阈值的影响，熔石英的损伤阈值正比于脉宽的0.34次方。
激光损伤阈值 脉宽定律 超短脉冲 雪崩电离 光致电离 laser damage threshold pulse width law ultrashort pulse avalanche ionization photoionization 强激光与粒子束
2015, 27(4): 041002
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
中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
阐述了激光诱导等离子体光谱技术的物理机制, 分析了气压影响激光诱导等离子体光谱探测的机制和规律, 建立了低气压环境下进行激光诱导等离子体光谱探测的试验装置, 开展了不同等级低气压环境下的试验研究, 通 过试验数据具体量化了气压对激光诱导等离子体光谱探测的影响, 进而论证了激光诱导等离子体光谱技术应用于 月球探测的可行性.
月球探测 激光诱导等离子体光谱技术 低气压 雪崩电离 多光子吸收电离 lunar exploration laser-induced breakdown spectroscopy low pressure avalanche ionization multiphoton absorption ionization
1 东南大学机械工程学院设计工程系
2 东南大学MEMS教育部重点实验室，南京 210096
基于电子能带理论，以动力论的Fokker_Planck方程为基础，从微观层次对超短脉冲激光烧蚀绝缘体材料的机理进行分析研究.源项中分别考虑了雪崩电离、多光子电离机制，并考虑了电子能量与散射机制对电子弛豫时间的影响.建立了绝缘体烧蚀机理的耦合数学模型，其计算的激光烧蚀临界能量密度阀值与实验结果很好的吻合.定量描述了超短脉冲激光对绝缘体材料烧蚀微观过程的影响.
超短脉冲激光 雪崩电离 多光子电离 烧蚀损伤 Ultrashort pulses Ablation Avalanche ionization Multiphoton ionization
1 北京理工大学 三院 机械制造及其自动化系, 北京 100081
2 北京理工大学 国际教育合作学院, 北京 100081
3 Laser-Based Manufacturing Laboratory Department of Mechanical and Aerospace Engineering，Missouri University of Science & Technology (formerly University of Missouri-Rolla) Rolla, MO 65409, USA
飞秒激光产生的新现象引导了超快科学新领域的发展，对这些现象中存在的极其复杂的非线性、非平衡过程的理论解释是一个巨大挑战。虽然以飞秒激光为工具已取得大量成功实验结果，但在飞秒激光与物质相互作用方面尚不存在一个完备的理论模型可以全面描述它。本文综述了近期对飞秒激光，特别是功率密度在1013~1014 W/cm2的激光脉冲与宽禁带物质相互作用中光子吸收电离过程的理论研究进展，在该光子－电子相互作用的过程中主要考虑了多光子电离和雪崩电离。
飞秒激光烧蚀 宽禁带物质 光子-电子相互作用 多光子电离 雪崩电离
中国工程物理研究院激光聚变研究中心,绵阳,621900
利用SAGA激光器,输出脉宽为7.2ns、波长分别为1 064 nm、532 nm、355 nm的基频光和倍频光,对相同类型的5块石英基片用R∶1的方法分别测量了其损伤阈值,对比不同波长激光对石英材料的损伤行为差异.得出其损伤阈值在三种不同波长激光作用下分别为:46.78J/cm2、13.4 J/cm2、9.28 J/cm2;并利用尼康E600W光学显微镜对三种不同波长激光造成的损伤形貌进行了观察,结合当前光学材料的损伤机理,对比得出倍频激光对石英基片的损伤破坏能力远大于基频光,且对石英材料的损伤机理主要表现为多光子吸收导致的雪崩电离破坏,而基频光的损伤多为表面缺陷及杂质引起的热破坏的结论.Action of Fused Silica at Different Laser Wavelength
激光技术 损伤阈值 表面缺陷 雪崩电离 石英基片
南京理工大学,信息物理与工程系,南京,210094
通过对高功率激光空气击穿的物理机理、电离机制的讨论,得到空气击穿过程中激光焦区内自由电子密度公式.考虑电子弹性碰撞损耗、电子复合损耗影响,给出了新的击穿阈值公式.该公式的计算结果同实验数据一致.
空气击穿 电子密度 阈值 雪崩电离
1 南京理工大学,理学院,应用物理系,江苏,南京,210094
2 淮海工学院,教务处,江苏,连云港,222005
通过对自由电子密度速率方程的简化,得到了计算光学击穿阈值的解析式.将计算结果与波长分别在可见光和近红外波段,脉宽分别为纳秒、皮秒和飞秒的激光脉冲在纯净水和含有杂质的水中实验测量的击穿阈值做了比较,吻合较好.对于纳秒激光脉冲,在纯净水中多光子电离提供初始电子,随后雪崩电离很快在电离的过程中占主导地位.对于短脉冲,多光子电离作用显得尤为重要,并且在击穿的过程中复合损失和碰撞损失对击穿阈值的影响逐渐消失.
激光物理 光学击穿 脉冲激光 水 雪崩电离 Laser physics Optical breakdown Pulse laser Water Avalanche ionization
