基於多焦距光束延長雷射成絲長度的研究獲進展

2021-01-10 OFweek維科網

　　  飛秒雷射脈衝在透明介質中的成絲現象是近年來強場雷射物理領域的一個研究熱點，在高次諧波、強場電離、太赫茲產生以及遠程遙感等眾多研究領域具有潛在的應用價值。飛秒雷射脈衝在介質中傳輸時，能夠引起介質的非線性效應，從而引發雷射光束在介質中的自聚焦效應；當脈衝的峰值強度增大到一定程度時，能夠引發介質的電離，產生的等離子體通道對雷射光束產生散焦效應。這種自聚焦效應與散焦效應的動態平衡，導致了雷射光束在介質中保持長距離的高強度傳輸。為了獲得更長的雷射光絲，不同的手段被用於實現雷射成絲長度的延長。通常情況下，光絲的長度是與輸入脈衝的能量直接相關的。利用單脈衝能量大於5mJ的雷射輸入，光絲已經被延長到了超過2米的長度。然而，利用能量有限的飛秒雷射脈衝延長成絲長度的手段依然十分有限。

　　武漢光電國家實驗室陸培祥教授領導的超快雷射研究團隊針對脈衝能量有限情況下的成絲問題，提出了一種能夠有效增加光絲長度的方案。在本方案中，初始的準直雷射光束被輸入到一臺空間相位調製器中，通過對其空間振幅和相位的調製，準直光束被轉換成了多焦距光束。利用這種調製手段，雷射光束的傳輸特性受到了嚴格的控制，在多個不同的距離上實現了聚焦。脈衝能量有效地分布在了光絲的不同位置，從而實現了等離子體通道的延長。仿真計算表明，僅僅利用2mJ能量的脈衝，多焦距光束產生的光絲相比起常見的單焦距方案被增長了一倍，達到了接近1米的長度。通過調節空間相位調製器，可以很簡便地改變光絲的長度和距離。與此同時，增長的等離子體通道還會導致自相位調製效應的積累，獲取帶寬更大的超連續譜輸出。這一研究成果為超快光學、強場物理的研究提供了有效的工具。

　　2016年2月22日，研究成果「基於多焦距光束延長飛秒雷射成絲長度的研究」（Extending plasma channel of filamentation with a multi-focal-length beam）發表在Optics Express24， 4， 4029-4041 (2016)上。

圖　(a)多焦距光束的峰值強度　(b)等離子體濃度及光通量　(c)在傳輸過程中的變化情況

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