超快超强激光技术的调研答辩PPT学习教案

1、会计学1 超快超强激光技术的调研答辩超快超强激光技术的调研答辩 报告大纲 1 1）激光的产生及其特点）激光的产生及其特点 2 2）脉冲激光及调）脉冲激光及调Q Q、锁模技术、锁模技术 3 3）飞秒激光）飞秒激光 4 4）啁啾脉冲放大技术）啁啾脉冲放大技术 5 5）超快超强激光）超快超强激光 第1页/共28页 什么叫激光？什么叫激光？ 激激 光：光： 属于受激辐射相干光。属于受激辐射相干光。 普普 通通 光：光： 属于自发辐射非相干光。属于自发辐射非相干光。 Light or laser 无辐射跃迁 1960年，由年，由Maiman 实现第一台激光器：实现第一台激光器： 红宝石激光器。给古红宝石

2、激光器。给古 老的光学学科带来强老的光学学科带来强 大的生命力，引起现大的生命力，引起现 代光学应用技术的迅代光学应用技术的迅 猛发展。猛发展。 第2页/共28页 激光与普通光源有极大不同 第3页/共28页 第4页/共28页 脉 冲 激 光 发 展 历 史 脉脉 冲冲 宽宽 度度 第5页/共28页 调调Q Q激光脉冲的建激光脉冲的建 立过程立过程。 图图(a)表示泵浦速率表示泵浦速率Wp随随 时间的变化时间的变化； 图图(b)表示腔损耗随时间表示腔损耗随时间 的变化；的变化； 图图(c)表示粒子反转数表示粒子反转数 n的变化的变化； 图图(d)表示腔内光子数表示腔内光子数 随时间的变化。随时间

3、的变化。 Q开关激光脉冲建立过程开关激光脉冲建立过程 n i n t Q 第6页/共28页 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 同频率的光波的初位相 1 、 2 、 3 彼此无关，如左图 ，由于破坏性的干涉叠加破坏性的干涉叠加， 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 。 -E0 E0 I(t) 0

4、E(t) v3=3v1, v2=2v1， 初相 位 无规律 v3 v2 v1 未 锁 相 前的三个光波 的叠加 time 3 E02 /2 二、锁模的基本原理二、锁模的基本原理 第7页/共28页 但若设法使 1 = 2 = 3 =0时， 有 E1 = E0cos(21 t) E2 = E0cos(41 t) E3 = E0cos(61 t) 9E0 2 9E0 2 3 2 1 t1/v1 0 2/(3v1)1/(3v1) -E0 E0 0 I(t) E(t) v3=3v1, v2=2v1， 初位相相同(0) v3 v2 v1 三个光波 的 相位锁 定 当 t=0 时, E = 3E0, E2

5、= 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 = E1 + E 2 + E3 = 0; 同理可得，t=2/(31 )时，E = 0；t = 1/1时 ，E = 3E0 第8页/共28页 时间时间 锁模脉冲序列锁模脉冲序列 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。 锁模的方法锁模的方法 1.主动

6、锁模：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。的锁模脉冲序列。 第9页/共28页 第10页/共28页 飞秒激光太瓦系统 第11页/共28页 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

7、激光已经不同了。 飞秒是多短的时间？ 答案：1飞秒=10-15秒。 第12页/共28页 棱镜棱镜 高反镜高反镜 Ti:S 凹面反射镜凹面反射镜 透镜透镜 532 nm 泵浦光泵浦光 棱镜棱镜 泵镜泵镜 输出镜输出镜 飞秒激光振荡器结构图飞秒激光振荡器结构图 第13页/共28页 第14页/共28页 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！ 超短激光脉冲超短激光脉冲 阿秒物理（阿秒物理（,A,A） 超快电子学（超快电子学（ ） 高速开关、高速光通讯等高速开关、高速光通讯等 强场物理（强场物理（ , , A） 等离子体物理、核

8、聚变、等离子体物理、核聚变、X射线激光等射线激光等 超快现象（超快现象（,l,l） 化学、凝聚态物理、生命科学化学、凝聚态物理、生命科学 精密加工（精密加工（,l,l） THz辐射（辐射（ ） 光学原子钟、相干控制（光学原子钟、相干控制（, , ） 激光引雷（激光引雷（,A,l,A,l） 第15页/共28页 四、啁啾脉冲放大技术四、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，

9、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。 第16页/共28页 啁啾脉冲放大技啁啾脉冲放大技 术术 第17页/共28页 的新纪元。 五、超快超强激光五、超快超强激光 第18页/共28页 第19页/共28页 u 时间宽度非常短。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：可以用于处理持续时间非常的物理化学过程： 瞬态成像；瞬态成像； 超快光开光；超快光开光； 高速光通信高速光通信 u 光谱含量非常丰富。光谱含量非常丰富。 可以用于激光光谱检测：可以用于激光光谱检测： 脉冲整形；脉冲整形； 通信中的光谱编码；通信中的光谱编码； 第20页/共28页 长长10 m高高7

10、m立体公牛图立体公牛图微小蜘蛛和恐龙模型微小蜘蛛和恐龙模型 u 精确的靶向聚焦精确的靶向聚焦 第21页/共28页 u 光脉冲的峰值功率非常高光脉冲的峰值功率非常高 。 脉冲功率脉冲功率=脉冲能量脉冲能量/脉冲时间宽度脉冲时间宽度 时间时间 /PE 1kHz、40fs、0.7 1012W的激光系统的激光系统 激光加工；激光加工； 激光医学手术；激光医学手术； 强场激光与物质相互作用；强场激光与物质相互作用； 激光核聚变；激光核聚变； 1.0 1015W聚焦功率密度聚焦功率密度:10201022Wcm2 第22页/共28页 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 第23页/共28页 超高速探测飞秒化学超高速探测飞秒化学 激发分子产生化激发分子产生化 学反应学反应 探测荧光探