強飛秒雷射脈衝在複雜氣體環境中的傳輸研究

《強飛秒雷射脈衝在複雜氣體環境中的傳輸研究》是依託吉林大學，由金明星擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：強飛秒雷射脈衝在複雜氣體環境中的傳輸研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：金明星
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

飛秒雷射脈衝在氣體中傳播會與其中的物質發生相互作用產生諸如超連續譜發射、太赫茲輻射、高次諧波發射等非線性現象。這些效應在天文、氣象、國防等領域有著重要套用前景，是雷射與物質相互作用領域的焦點課題之一。在本項目中，我們將結合數值和實驗研究強飛秒雷射脈衝在不同壓強、溫度、濕度、以及摻入雜質等複雜氣體環境下的傳輸。理論上利用已有研究強場物理的程式數值求解單個原子(分子)在雷射場作用下的含時薛丁格方程，通過統計系綜將雷射傳播這一巨觀現象同原子(分子)與雷射相互作用的微觀過程聯繫起來，以探求高階克爾效應本質，計算高階克爾係數，完善傳播模型。實驗上通過雷射與氣體相互作用腔體模擬各種複雜氣體環境，測定高階克爾係數，數值求解相應環境下的傳播方程的同時在腔體中進行相關實驗，研究複雜氣體環境下飛秒雷射脈衝的傳播規律。以期獲得控制雷射傳播及成絲的有效途徑，為實現飛秒雷射脈衝在複雜氣體環境下的遠距離傳輸奠定基礎。

結題摘要

飛秒雷射脈衝在空氣中傳播時，當克爾自聚焦效應與等離子散焦效應達到動態平衡之後會形成穩定的電漿通道，這一過程又被稱為成絲。飛秒雷射成絲過程中伴隨著光電離、超連續譜產生、太赫茲輻射、高次諧波發射、錐角輻射和螢光發射等非線性現象。研究這些現象，不僅在弄清超短雷射脈衝與原子、分子相互作用機理以及雷射脈衝在不同介質環境中的傳輸規律等方面具有重要的學術價值，而且在天文、氣象以及國防等領域都具有重要的套用前景，如遠程探測、誘導閃電、人工降雨、空氣波導等。這些誘人的套用使飛秒雷射成絲成為了近年來的研究熱點，人們在理論、實驗和套用方面進行了深入的研究，並獲得了大量重要的結果。 而這些套用的基礎，則是解決強雷射脈衝在不同壓強、溫度、濕度及摻雜物等各種氣體環境下的傳輸問題。在本項目中，我們研究了強飛秒雷射脈衝在不同壓強、溫度、濕度以及摻入雜質等複雜氣體環境下的傳輸，並對傳輸過程中的、超連續譜、錐角輻射和螢光等光發射進行了系統的研究, 例如首次在實驗上觀測到了持續時間長達50 μs的光發射現象。通過雷射與氣體相互作用腔體模擬各種複雜氣體環境，研究複雜氣體環境下飛秒雷射脈衝的傳播規律，例如我們發現在脈衝能量相同的情況下，整形脈衝產生的電漿通道比變換極限脈衝長了很多。獲得了控制雷射傳播及成絲的有效途徑，為實現飛秒雷射脈衝在複雜氣體環境下的遠距離傳輸奠定基礎。