飞秒激光脉冲成丝过程中激射信号的实验研究

赵恒炜，张宇璇，林子钰，孙少华，刘作业

(兰州大学 核科学与技术学院，甘肃 兰州 730000)

1 实验原理

图1为飞秒激光在氮气中产生的光丝照片。

图1 实验中观察到的飞秒激光成丝照片(白色箭头指向光丝)

飞秒脉冲强激光在透明介质中传输时，由于非线性效应空气折射率n随着激光电场强度变化而变化：

(1)

这里，n0为介质的折射率常量，χ(3)为介质的三阶非线性极化率系数，E(r,ω)为激光电场。激光电场强度在其传播的径向上呈现高斯分布，中心强度大于边缘强度。因此，在传输过程中介质的折射率是不均匀分布的，可以近似看作一个凸透镜，对激光起到会聚的作用，这一现象称为光学克尔效应。当飞秒激光的自聚焦强度达到一定阈值后，会导致介质离化而形成等离子体。等离子体会对激光光束产生散焦作用，类似于负透镜。光学克尔效应的自聚焦和等离子体的散焦作用会在飞秒激光传输过程中形成一定长度内的动态平衡，表现为在介质中形成的细长等离子体光丝。

2 实验设计与装置搭建

其中灰色标出反射镜为800 nm高反镜，绿色标出的反射镜为400 nm高反镜，ND为渐变的中性密度滤光片，L1、L2、L3为透镜。插图(a)、(b)分别为探测激光先于泵浦激光和泵浦激光先于探测激光与靶气体作用的激光空间分布图样

时间延迟线通过调节泵浦激光的光程实现泵浦-探测激光相对延迟时间的精确控制。泵浦激光相对探测激光的光程改变量δL与延迟时间τ之间的对应关系为τ=δL/c(c为光速)。……