超快超强激光技术的调研ppt答辩

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。
设三个振动频率分别为ν1 、 ν2 、 ν3 的三个光波沿同一方向传播，
且有关系式： ν3=3ν1，
ν2= 2ν1 , E1 = E 2 =E3 = E0
若相位未锁定，则此三个不
E(t)
v3=3v1, v2=2v1， 初相位无规 律
E0
-E0
I(t)
v2 v3
v1
同频率的光波的初位相 1 、 2 、 3 彼此无关，如左图， 由于破坏性的干涉叠加，所
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
激光与普通光源有极大不同
强度高
发散小
相干性
单色性
二、脉冲激光
▪ 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、
长10m高7m立体公牛图
微小蜘蛛和恐龙模型
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
P E /
时间
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:1020~1022W／cm2
极端条件实验
激发分子产生化 学反应
探测荧光等 产物
集成电路的修复(IBM)
治疗近视眼
激光进行角膜切 削
感谢各位老师的观看！
追求人生的美好!
我们的共同目标!
形成的光波并没有一个地方
有很突出的加强。输出的光
3 E02 /2
0
time
未锁 相前 的 三 个光波的 叠 加
强只在平均光强3 E02 /2级基 础上有一个小的起伏扰动。
E(t)
E0
1
但若设法使 1 = 2 = 3
有
E1 = E0cos(2πν1
=0时，-E00
I(t)
t)
2 3
v3 9E02
超短激光脉冲
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。
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！
强场物理（ , A） 等离子体物理、核聚变、
X射线激光等
超快现象（,l） 化学、凝聚态物理、
生命科学
阿秒物理（,A）
THz辐射（）
精密加工（,l） 光学原子钟、相干 控制（, f ）
激光引雷（,A,l） 超快电子学（） 高速开关、高速光通讯等
飞秒激光太瓦系统
什么是飞秒激光？
1
脉冲形式：不是一 直在发射的，而是 每隔一段时间T发 射一个包络。
2
脉宽短：每个脉冲 包络持续的时间只 有飞秒量级。
3
光谱很宽：不再是 单色的，而是具有 不同的颜色成分。 这与传统意义的激 光已经不同了。
飞秒是多短的时间？
答案：1飞秒=10-15秒。
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.
啁啾脉冲放大技术
五、超快超强激光
▪ 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。
v3=3v1,
v2
v1
v2=2v1， 初位相相同(0)
9E02
E2 = E0cos(4πν1 t)
E3 = E0cos(6πν1 t)
0
1/(3v1)
2/(3v1) 1/v1
t
三 个光波的 相位锁 定
当 t=0 时, E = 3E0, E2 = 9E02; t = 1/(3ν1)时, E1 = E0cos(2π/3) = -E0/2， E2 = E0cos(4π/3) = -E0/2, E3 = E0cos(2π) = E0 , 三波叠加的结果是： E = E1 + E 2 + E3 = 0; 同理可得，t=2/(3ν1 )时，E = 0；t = 1/ν1时，E
测距等。
脉
冲
激
脉 冲光宽发度 Nhomakorabea展
历
史
调Q激光脉冲的建
立过程。
图(a)表示泵浦速率Wp随
Q
时间的变化；
图(b)表示腔损耗随时间 的变化；
△ni △nt
图(c)表示粒子反转数△n 的变化；
图(d)表示腔内光子数Φ 随时间的变化。
Q开关激光脉冲建立过程
二、锁模的基本原理 先看三个不同频率光波的叠加：Ei = E0cos(2π νi t+ i ) i=1,2,3
532 nm 泵浦光
泵镜
透镜
Ti:S
输出镜
棱镜
凹面反 射镜
高反镜 棱镜
飞秒激光振荡器结构图
▪ 飞秒激光的特点是： 1、脉宽窄（飞秒级，就是1×10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 超高温：>109 K 超高压: >108 Bar
超高速探测－－飞秒化学
分子水平的化学反应— 两束飞秒激光
分子发生化学反 应的时间只有几 十到几百飞秒
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。
无辐射跃迁
Light or laser
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。
三、飞秒激光
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。
= 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。
锁模脉冲序列
时间
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f＝c/2L的锁模脉冲序列。
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； ……
精确的靶向聚焦