超快激光空气成丝阈值功率及光丝诱导荧光的激光偏振态效应

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1、分类号：TN249单位代码：10183研究生学号：2015512002密级：公开吉林大学硕士学位论文（学术学位）超快激光空气成丝阈值功率及光丝诱导荧光的激光偏振态效应Polarizationeffectoncriticalpowerandluminescenceinultrashortlaserfilamentationinair作者姓名：刘畅专业：物理电子学研究方向：超快激光光谱指导教师：徐淮良教授培养单位：电子科学与工程学院2018年5月超快激光空气成丝阈值功率及光丝诱导荧光的激光偏振态效应Polari

2、zationeffectoncriticalpowerandluminescenceinultrashortlaserfilamentationinair作者姓名：刘畅专业名称：物理电子学指导教师：徐淮良教授学位类别：工学硕士论文答辩日期：2018年5月29日授予学位日期：年月日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律

3、责任。吉林大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版

4、）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：■硕士□博士学科专业：物理电子学论文题目：超快激光空气成丝阈值功率及光丝诱导荧光的激光偏振态效应作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）：长春市朝阳区前进大街2699号吉林大学作者联系电话：15568881951摘要超快激光空气成丝阈值功率及光丝诱导荧光的激光偏振态效应自1995年被首次在

5、实验上发现以来，激光诱导光丝这一独特的非线性现象便吸引了诸多学者的关注。飞秒激光成丝被认为来源于光束在介质中传输时光克尔效应的自聚焦以及多光子电离或者隧道电离产生的等离子体散焦作用之间的一种动态平衡。由于光丝特有的超高的钳制强度等特性，它在诸如远程遥感，火焰的燃烧诊断，太赫兹辐射产生等领域有极高的潜在应用价值。然而，飞秒激光成丝这一非线性过程严重依赖于外部的成丝环境，如激光的光束大小、传播介质、脉冲宽度与偏振态等。例如，实验证明当入射激光的脉冲宽度发生变化以及激光传播的介质不同时，激光成丝的阈值功率都随之发

6、生变化。特别地，尽管人们普遍认为圆偏振光对应的成丝阈值功率要高于线偏振，但这一理论还未被实验所证实。另一方面，飞秒光丝在介质中诱导的非线性荧光强度也被证实依赖于偏振态这一重要的激光参数。因此，本论文重点研究了激光偏振态对激光成丝的阈值功率以及荧光强度的影响，并探讨了激光成丝诱导大气氮分子的荧光机理。主要研究内容和结果如下：（1）利用焦点移动法测量了飞秒激光在空气中传播时，不同偏振态下的激光成丝阈值功率，并据此计算了飞秒激光为线偏振以及圆偏振时所对应的空气介质二阶非线性折射率。实验结果表明，对于中心波长为80

7、0nm，脉宽为40fs的钛蓝宝石激光器来说，当入射激光的偏振态由线偏振变换到圆偏振时，激光成丝的阈值功率由9.6GW增加至14.9GW，相应的二阶非线性折射率n2由9.9×-202-20210cm/W减小至6.4×10cm/W。实验结果和理论分析结果基本一致。（2）以空气中的氮分子荧光信号为研究对象，我们探讨了单丝条件下飞秒光丝诱导氮分子特征荧光强度与入射光偏振态之间的依赖关系。实验结果表明，线偏振与圆偏振的入射光所诱导的氮分子离子与中性氮分子信号最终呈现出不同的作用结果。在三组高于阈值功率的驱动光场能量（

8、0.7mJ,1.2mJ,1.8mJ）2+2条件下，对于处于391nm的氮分子离子信号，线偏振光所诱导的来自B∑u-XI+∑g能级跃迁的荧光强度要始终高于圆偏振。而对于处于337nm的中性氮分子信33号，随着驱动光场能量的增加，线偏振与圆偏振所诱导的来自C∏u–B∏g能级跃迁的相对荧光强度之间会发生反转现象。研究结果表明飞秒光丝诱导的非线性荧光强度不仅依赖于光丝内部的钳制强度，同时也受等离子体密度的影响。关键词：飞