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作者：李春华天津工业大学

学位级别：硕士

超快激光成丝作为一种独特的非线性光学现象,为大气遥感、人工影响天气、激光加工、光通信、太赫兹波辐射等众多领域提供了研究的新方法和新途径。然而,由于成丝动力学过程中伴随着克尔自聚焦、等离子体散焦、光致电离、光强钳制等多种... 详细信息

超快激光成丝作为一种独特的非线性光学现象,为大气遥感、人工影响天气、激光加工、光通信、太赫兹波辐射等众多领域提供了研究的新方法和新途径。然而,由于成丝动力学过程中伴随着克尔自聚焦、等离子体散焦、光致电离、光强钳制等多种非线性光学现象,空气中的湍流会影响成丝复杂的动力学过程。超快激光成丝在大气湍流中的传输特性研究对于应用领域发展有着指导性的意义。为了深入研究超快激光在大气湍流中的传输特性,本文研究了涡旋光在大气湍流中线性和非线性条件下的传输特性以及超快激光在大气中传输时光丝对背向氮气荧光信号的影响。研究成果为超快激光成丝在自由空间光通信以及大气遥感探测等领域的应用提供了指导性的研究意义。主要研究内容如下:1.理论分析模拟了超快激光成丝的非线性传输过程。具体分析了克尔自聚焦效应、等离子体散焦效应、衍射效应、高阶克尔散焦效应、群速度色散效应、自相位调制效应、光致电离效应、光强钳制效应等众多物理过程。2.理论模拟了在线性传输和非线性传输条件下不同湍流作用位置对涡旋光传输的影响。通过对比经过透镜和轴锥镜聚焦的涡旋光在湍流中传输引起的质心漂移、光束畸变以及到达角起伏变化,发现经过光学元器件聚焦的涡旋光在湍流中更能稳定传输。结果表明,轴锥镜聚焦的涡旋光在湍流中传输稳定性较好,并且非线性比线性条件下光束的传输更稳定,这一研究发现为自由光通信的应用提供了理论依据。3.研究了空气激光的物理机制,提出了基于四种单阶相位板所形成的光丝阵列诱导337 nm,357 nm,391 nm的荧光光谱辐射。结果表明背向氮气离子荧光谱信号随着光丝的传输过程形成实现自发辐射光放大,并且自发放大增益系数随着光丝阵列数量的增加而增强。这一发现对于实现远程探测大气污染物的研究有着重要作用。

关键词：超快激光成丝涡旋光湍流轴锥镜相位板多丝空气激光

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超快激光成丝诱导空气激光的研究

超快激光成丝诱导空气激光的研究

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作者：刘晋佩天津工业大学

学位级别：硕士

超快激光成丝现象在环境监测、太空探测等应用领域引起了越来越多的关注。超快激光成丝过程中包含很多物理过程,如克尔自聚焦效应与等离子体散焦的动态平衡,光强钳制,自相位调制,自陡峭,超连续光谱的产生等。在产生太赫兹波、脉冲压缩... 详细信息

超快激光成丝现象在环境监测、太空探测等应用领域引起了越来越多的关注。超快激光成丝过程中包含很多物理过程,如克尔自聚焦效应与等离子体散焦的动态平衡,光强钳制,自相位调制,自陡峭,超连续光谱的产生等。在产生太赫兹波、脉冲压缩、激光引雷等领域有很大的应用价值。同时,超快激光成丝诱导空气激光作为一种新的研究方向,在大气遥感领域具有很大的应用前景。本论文主要研究内容如下:1.由于超快激光成丝现象中多丝的分布具有随机性,本文提出了基于轴锥镜抑制多丝的方法。首先研究了超快激光经过轴锥镜在空气中线性传播特性,其光强分布呈现贝塞尔光束的形式。接着我们研究了基于轴锥镜抑制多丝的实验和理论研究。结果表明利用轴锥镜可以抑制多丝的产生,并延长光丝的长度,达到了控制多丝的目标,有助于实现对大气污染物的远程探测。此外,还发现了脉冲压缩现象,可用于产生阿秒脉冲和高次谐波。2.对超快激光成丝诱导空气激光产生氮气的背向和侧向荧光光谱进行了研究。借助于透镜和相位板等光学器件,发现氮分子和氮离子的背向和侧向荧光光谱信号的强度均随成丝长度指数增长。通过自发辐射光放大实现了背向荧光信号强度的显著提高,有助于实现对大气污染物在更远距离探测的目标。3.激光诱导击穿光谱技术是一种分析样品元素成分的有效方式,在快速原位测量、在线分析、多元素实时分析等方面具有较大优势,可以应用于固体、液体、气体样品的探测。借助其在超快飞秒激光成丝探测非线性光谱方面表现的优势,我们探测和分析了铜、铝锌合金、氯化钠气溶胶和无水乙醇气溶胶的指纹荧光谱。超快激光成丝诱导击穿光谱技术有助于实现对大气污染物的多组分分析。

关键词：超快激光成丝空气激光轴锥镜自发辐射光放大激光诱导击穿光谱指纹荧光谱

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超快激光诱导等离子体成丝光谱

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宇航总体技术 2024年第3期8卷 14-21页

作者：李兆星周萍郝婷宋海英廖传军北京工业大学北京100124 北京宇航系统工程研究所北京100076 太原科技大学太原030024

飞秒激光等离子体光丝大气中传输的独特物理过程在航天领域具有重要的应用前景。采用仿真与实验,验证了飞秒等离子体成丝的光谱展宽特征,获得了超快等离子体光丝在不同参数特征下,覆盖从可见到红外探测系统的波谱范围,及保持系统相对稳... 详细信息

飞秒激光等离子体光丝大气中传输的独特物理过程在航天领域具有重要的应用前景。采用仿真与实验,验证了飞秒等离子体成丝的光谱展宽特征,获得了超快等离子体光丝在不同参数特征下,覆盖从可见到红外探测系统的波谱范围,及保持系统相对稳定的特征,对于借助强激光等离子体光丝光谱进行红外特征探测具有重要的启发作用。

关键词：超快激光成丝等离子体光谱红外探测

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