超快超强激光技术的调研ppt答辩.ppt

1、超快超强激光技术的调研,专业：光信息科学与技术 答辩人： 指导老师：,报告大纲,1）激光的产生及其特点 2）脉冲激光及调Q、锁模技术 3）飞秒激光 4）啁啾脉冲放大技术 5）超快超强激光,一、激光的产生及其特点,什么叫激光？,激 光： 属于受激辐射相干光。,普 通 光： 属于自发辐射非相干光。,1960年，由Maiman实现第一台激光器：红宝石激光器。给古老的光学学科带来强大的生命力，引起现代光学应用技术的迅猛发展。,激光技术的特点,脉冲工作方式是指每间隔一定 时间才工作一次的方式。激光脉 冲指的是脉冲工作方式的激光器 发出的一个光脉冲，简单的说， 好比手电筒的工作一样，一直合 上按钮就是连续

2、工作，合上开关 立刻又关掉就是发出了一个“光脉 冲”。脉冲激光器具有较大输出 功率，适合于激光打标、切割、 测距等。,二、脉冲激光,脉冲激光发展历史,脉冲宽度,调Q激光脉冲的建立过程。 图(a)表示泵浦速率Wp随时间的变化； 图(b)表示腔损耗随时间的变化； 图(c)表示粒子反转数n的变化； 图(d)表示腔内光子数随时间的变化。,先看三个不同频率光波的叠加：Ei = E0cos(2 i t+ i ) i=1,2,3 设三个振动频率分别为1 、 2 、 3 的三个光波沿同一方向传播，且有关系式： 3=31， 2= 21 , E1 = E 2 =E3 = E0,若相位未锁定，则此三个不同频率的光波

3、的初位相 1 、 2 、 3 彼此无关，如左图，由于破坏性的干涉叠加，所形成的光波并没有一个地方有很突出的加强。输出的光强只在平均光强3 E02 /2级基础上有一个小的起伏扰动。,二、锁模的基本原理,但若设法使 1 = 2 = 3 =0时， 有 E1 = E0cos(21 t) E2 = E0cos(41 t) E3 = E0cos(61 t),当 t=0 时, E = 3E0, E2 = 9E02; t = 1/(31)时, E1 = E0cos(2/3) = -E0/2， E2 = E0cos(4/3) = -E0/2, E3 = E0cos(2) = E0 , 三波叠加的结果是： E =

4、 E1 + E 2 + E3 = 0; 同理可得，t=2/(31 )时，E = 0；t = 1/1时，E = 3E0 ,这样就会出现一系列周期性的脉冲，见下图。 当各光波振幅同时达到最大值处时，由于“建设性”的干涉作用，就周期性地出现了极大值。当然, 对于谐振腔内存在多个纵模的情况，同样有类似的结果。,锁模的方法,1.主动锁模： 主动锁模采用的是周期性调制谐振腔参量的方法。主动锁模是在激光腔内插入一个调制器，调制器的调制频率应精确地等于纵模间隔，这样可以得到重复频率为fc/2L的锁模脉冲序列。,2.被动锁模：产生超短脉冲的另一种有效的方法是被动锁模。在激光谐振腔中插入可饱和吸收染料来调节腔内的

5、损耗当满足锁模条件时，就可获得一系列的锁模脉冲。 3.自锁模：当激活介质本身的非线性效应能够保持各个振荡纵模频率的等间隔分布，并有确定的初相位关系，不需要在谐振腔内插入任何调制元件，就可以实现纵模锁定的方法。 4. 同步泵浦锁模 如果要通过周期性地调制谐振腔的增益来实现锁模，则可以采用一台主动锁模激光器的脉冲序列泵浦另一台激光器来获得。这种方式就是同步泵浦锁模。,飞秒脉冲激光的 产生来源于锁模 技术，1976年， 人们首次在染料 激光器中实现飞 秒激光脉冲输出 以来，飞秒激光 技术获得飞速发展。,三、飞秒激光,飞秒激光太瓦系统,什么是飞秒激光？,飞秒是多短的时间？ 答案：1飞秒=10-15秒。

6、,这种激光器能够输出飞秒脉冲得益于将棱镜对插入钛蓝宝石激光器的揩振腔中从而使激光器从连续振荡模式过渡到锁模模式而不需要饱和吸收器或附加脉冲锁模.,飞秒激光的特点是： 1、脉宽窄（飞秒级，就是110的-15次方秒） 2、峰值功率高（帕瓦量级，因为飞秒等级的时间很短，所以需要极高的瞬时功率） 3、副作用小（热损伤、机械损伤等） 4、高精度（术后完美的视觉效果）,飞秒激光作为激光领域里的一支奇葩，越来越受到人们的广泛重视，其研究进展也会推动相关的其他科学更快速的向前发展！,四、啁啾脉冲放大技术,激光的出现为重要标志，相干光辐射替代了非相干光辐射;激光出现以后的调Q脉冲技术以及锁模技术又使得激光峰值功

7、率得以较大幅度提高。 由于受增益饱和效应等影响，脉冲峰值功率的进一步提高只是在啁啾脉冲放大技术出现以后才得以实现。这一技术的引入，不仅使脉冲峰值功率大幅度得以提高，其实验装置也大大简化。,啁啾脉冲放大技术,高峰值功率输出一直是激光技术所追求的目标之一。早期提高输出功率主要靠缩短脉冲宽度,20世纪60 年代调Q 技术和锁模技术的发展把激光脉冲宽度缩短到皮秒,峰值功率提高了六个数量级 ，20 世纪80 年代中期,啁啾脉冲放大技术(CPA)被成功地用来产生超短超强激光脉冲,开创了超快超强激光技术发展的新纪元。,五、超快超强激光,超快超强激光的特点及现实应用,脉冲短 光谱含量丰富 聚焦光斑小 精确的靶

8、向聚焦 峰值功率高,时间宽度非常短。,可以用于处理持续时间非常的物理化学过程： 瞬态成像； 超快光开光； 高速光通信,光谱含量非常丰富。,可以用于激光光谱检测： 脉冲整形； 通信中的光谱编码； ,长10m高7m立体公牛图,微小蜘蛛和恐龙模型,精确的靶向聚焦,光脉冲的峰值功率非常高。,脉冲功率=脉冲能量/脉冲时间宽度,1kHz、40fs、0.71012W的激光系统,激光加工； 激光医学手术； 强场激光与物质相互作用； 激光核聚变； ,1.01015W,聚焦功率密度:10201022Wcm2,极端条件实验,飞秒脉冲持续时间段，能量集中，能提供瞬间的超高功率密度和超强电磁场。,超强光场：1021W/cm2 超强电场：1011 V/cm 超强磁场：109 G、,超高加速度：1019 g