飛秒激光與大氣、玻璃以及晶體相互作用若干現(xiàn)象的研究.pdf

1、飛秒激光技術(shù)推動了強場物理、材料物理等相關(guān)學(xué)科的迅猛發(fā)展。它的超高、超強特性以及極高的時間分辨特性為進一步研究物質(zhì)世界提供了新的方法。飛秒激光與物質(zhì)相互作用發(fā)現(xiàn)了許多有趣的現(xiàn)象。這些領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景，受到了學(xué)術(shù)界的高度重視。 本文開展的主要工作以及得到的結(jié)論概括如下：第一部分：飛秒激光與大氣的相互作用。 1)研究了飛秒激光在大氣中的傳輸特性。數(shù)值模擬結(jié)果表明在低功率入射、大氣沒有被電離的情況下，隨著傳輸距離或入射功

2、率的增加，頻譜逐漸展寬。這對超連續(xù)譜的產(chǎn)生和應(yīng)用具有重要的理論指導(dǎo)意義。 2)探討了圓錐輻射角隨著波長的變化關(guān)系。理論分析表明離泵浦波長越遠的新生波長發(fā)散角越大。結(jié)合自相位調(diào)制和衍射公式解釋了這一圓錐輻射現(xiàn)象。根據(jù)這一理論，可以構(gòu)建絲截面上的光強分布，它也將變成測量絲強度剖面的方法。 第二部分：飛秒激光與硼酸鹽和鈦酸鹽的相互作角。 1)高重復(fù)率的飛秒激光與硼酸鹽玻璃的相互作用 1.用晶體生長的基元理論解釋

3、了飛秒激光輻照硼酸鹽玻璃后結(jié)構(gòu)的變化。在玻璃無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，存在著與晶體中相同或者相近的基團。激光輻照后，在飛秒激光場引起的高溫高壓下，硼酸鹽玻璃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被破壞，價鍵發(fā)生斷裂，生長基元遵循能量最低的原理進行微結(jié)構(gòu)的重排，形成了β-BaB2O4晶體。 2.用共焦顯微喇曼的mapping，研究了飛秒激光輻照硼酸鹽玻璃后輻照區(qū)域內(nèi)晶體的分布以及相變的過程。發(fā)現(xiàn)高低溫相的BBO晶體在輻照區(qū)域內(nèi)分布其獨特的特點以及分布不均勻性。

4、 2)高重復(fù)率的飛秒激光與鈦酸鹽玻璃的相互作用1.首次發(fā)現(xiàn)飛秒激光輻照鈦酸鹽玻璃后形成了銳鈦礦晶體。從理論上講TiO2應(yīng)有三種形式，銳鈦礦，金紅石和板鈦礦。和Ba2+結(jié)合，還會出現(xiàn)BaTiO3和Ba2TiO4兩種形式。但在飛秒激光與鈦酸鹽玻璃相互作用中，只發(fā)現(xiàn)銳鈦礦和Ba2TiO4兩種形式。由此可知，在該實驗條件下，銳鈦礦更易生成并且穩(wěn)定。 2.根據(jù)銳鈦礦和Ba2TiO4晶體的特征喇曼譜線隨著離開焦點距離的變化，發(fā)現(xiàn)在離開焦點

5、一定距離處，在鈦酸鹽玻璃中選擇性形成Ba2TiO4晶體，但鈦酸鹽玻璃的結(jié)構(gòu)未完全被破壞。焦點處，主要形成銳鈦礦晶體。Ba2TiO4晶體是鈦酸鹽玻璃結(jié)構(gòu)破壞后向銳鈦礦晶體轉(zhuǎn)變的過渡類型。 第三部分：飛秒激光與晶體的相互作用。 1)研究飛秒激光和高溫相BBO晶體相互作用的過程。實驗和理論表明飛秒激光輻照高溫相α-BaB2O4晶體后發(fā)生了位移型相變，相變?yōu)榈蜏叵嗟摩?BaB2O4晶體。要實現(xiàn)從高溫相到低溫相的完全相變，需要改變