超快超強激光技術的調研答辯PPT學習教案

1、會計學1 超快超強激光技術的調研答辯超快超強激光技術的調研答辯 報告大綱 1 1）激光的產生及其特點）激光的產生及其特點 2 2）脈沖激光及調）脈沖激光及調Q Q、鎖模技術、鎖模技術 3 3）飛秒激光）飛秒激光 4 4）啁啾脈沖放大技術）啁啾脈沖放大技術 5 5）超快超強激光）超快超強激光 第1頁/共28頁 什么叫激光？什么叫激光？ 激激 光：光： 屬于受激輻射相干光。屬于受激輻射相干光。 普普 通通 光：光： 屬于自發(fā)輻射非相干光。屬于自發(fā)輻射非相干光。 Light or laser 無輻射躍遷 1960年，由年，由Maiman 實現(xiàn)第一臺激光器：實現(xiàn)第一臺激光器： 紅寶石激光器。給古紅寶石

2、激光器。給古 老的光學學科帶來強老的光學學科帶來強 大的生命力，引起現(xiàn)大的生命力，引起現(xiàn) 代光學應用技術的迅代光學應用技術的迅 猛發(fā)展。猛發(fā)展。 第2頁/共28頁 激光與普通光源有極大不同 第3頁/共28頁 第4頁/共28頁 脈 沖 激 光 發(fā) 展 歷 史 脈脈 沖沖 寬寬 度度 第5頁/共28頁 調調Q Q激光脈沖的建激光脈沖的建 立過程立過程。 圖圖(a)表示泵浦速率表示泵浦速率Wp隨隨 時間的變化時間的變化； 圖圖(b)表示腔損耗隨時間表示腔損耗隨時間 的變化；的變化； 圖圖(c)表示粒子反轉數(shù)表示粒子反轉數(shù) n的變化的變化； 圖圖(d)表示腔內光子數(shù)表示腔內光子數(shù) 隨時間的變化。隨時間

3、的變化。 Q開關激光脈沖建立過程開關激光脈沖建立過程 n i n t Q 第6頁/共28頁 先看三個不同頻率光波的疊加：Ei = E0cos(2 i t+ i ) i=1,2,3 設三個振動頻率分別為1 、 2 、 3 的三個光波沿同一方向傳播， 且有關系式： 3=31， 2= 21 , E1 = E 2 =E3 = E0 若相位未鎖定，則此三個不 同頻率的光波的初位相 1 、 2 、 3 彼此無關，如左圖 ，由于破壞性的干涉疊加破壞性的干涉疊加， 所形成的光波并沒有一個地 方有很突出的加強。輸出的 光強只在平均光強3 E02 /2級 基礎上有一個小的起伏擾動 。 -E0 E0 I(t) 0

4、E(t) v3=3v1, v2=2v1， 初相 位 無規(guī)律 v3 v2 v1 未 鎖 相 前的三個光波 的疊加 time 3 E02 /2 二、鎖模的基本原理二、鎖模的基本原理 第7頁/共28頁 但若設法使 1 = 2 = 3 =0時， 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 三個光波 的 相位鎖 定 當 t=0 時, E = 3E0, E2

5、= 9E02; t = 1/(31)時, E1 = E0cos(2/3) = -E0/2， E2 = E0cos(4/3) = -E0/2, E3 = E0cos(2) = E0 , 三波疊加的結果是 ： E = E1 + E 2 + E3 = 0; 同理可得，t=2/(31 )時，E = 0；t = 1/1時 ，E = 3E0 第8頁/共28頁 時間時間 鎖模脈沖序列鎖模脈沖序列 這樣就會出現(xiàn)一系列周期性的脈沖，見下圖。 當各光波振幅同時達到最大值處時，由于“建設性”的干涉作用，就周期性地出現(xiàn)了極大值。當然, 對于諧振腔內存在多個縱模的情況，同樣有類似的結果。 鎖模的方法鎖模的方法 1.主動

6、鎖模：主動鎖模： 主動鎖模采用的是周期性調制諧振腔參量的方法。主動鎖模是在激光腔內插入一個調制器，調制器的調制頻率應精確地等于縱模間隔，這樣可以得到重復頻率為主動鎖模采用的是周期性調制諧振腔參量的方法。主動鎖模是在激光腔內插入一個調制器，調制器的調制頻率應精確地等于縱模間隔，這樣可以得到重復頻率為fc/2L的鎖模脈沖序列。的鎖模脈沖序列。 第9頁/共28頁 第10頁/共28頁 飛秒激光太瓦系統(tǒng) 第11頁/共28頁 1 脈沖形式：不是一直在發(fā)射的，而是每隔一段時間T發(fā)射一個包絡。 2 脈寬短：每個脈沖包絡持續(xù)的時間只有飛秒量級。 3 光譜很寬：不再是單色的，而是具有不同的顏色成分。這與傳統(tǒng)意義的

7、激光已經不同了。 飛秒是多短的時間？ 答案：1飛秒=10-15秒。 第12頁/共28頁 棱鏡棱鏡 高反鏡高反鏡 Ti:S 凹面反射鏡凹面反射鏡 透鏡透鏡 532 nm 泵浦光泵浦光 棱鏡棱鏡 泵鏡泵鏡 輸出鏡輸出鏡 飛秒激光振蕩器結構圖飛秒激光振蕩器結構圖 第13頁/共28頁 第14頁/共28頁 飛秒激光作為激光領域里的一支奇葩，越來越受到人 們的廣泛重視，其研究進展也會推動相關的其他科學 更快速的向前發(fā)展！ 超短激光脈沖超短激光脈沖 阿秒物理（阿秒物理（,A,A） 超快電子學（超快電子學（ ） 高速開關、高速光通訊等高速開關、高速光通訊等 強場物理（強場物理（ , , A） 等離子體物理、核

8、聚變、等離子體物理、核聚變、X射線激光等射線激光等 超快現(xiàn)象（超快現(xiàn)象（,l,l） 化學、凝聚態(tài)物理、生命科學化學、凝聚態(tài)物理、生命科學 精密加工（精密加工（,l,l） THz輻射（輻射（ ） 光學原子鐘、相干控制（光學原子鐘、相干控制（, , ） 激光引雷（激光引雷（,A,l,A,l） 第15頁/共28頁 四、啁啾脈沖放大技術四、啁啾脈沖放大技術 激光的出現(xiàn)為重要標志，相干光輻射替代了 非相干光輻射;激光出現(xiàn)以后的調Q脈沖技術 以及鎖模技術又使得激光峰值功率得以較大 幅度提高。 由于受增益飽和效應等影響，脈 沖峰值功率的進一步提高只是在啁啾脈沖放 大技術出現(xiàn)以后才得以實現(xiàn)。這一技術的引 入，

9、不僅使脈沖峰值功率大幅度得以提高， 其實驗裝置也大大簡化。 第16頁/共28頁 啁啾脈沖放大技啁啾脈沖放大技 術術 第17頁/共28頁 的新紀元。 五、超快超強激光五、超快超強激光 第18頁/共28頁 第19頁/共28頁 u 時間寬度非常短。時間寬度非常短。 可以用于處理持續(xù)時間非常的物理化學過程：可以用于處理持續(xù)時間非常的物理化學過程： 瞬態(tài)成像；瞬態(tài)成像； 超快光開光；超快光開光； 高速光通信高速光通信 u 光譜含量非常豐富。光譜含量非常豐富。 可以用于激光光譜檢測：可以用于激光光譜檢測： 脈沖整形；脈沖整形； 通信中的光譜編碼；通信中的光譜編碼； 第20頁/共28頁 長長10 m高高7

10、m立體公牛圖立體公牛圖微小蜘蛛和恐龍模型微小蜘蛛和恐龍模型 u 精確的靶向聚焦精確的靶向聚焦 第21頁/共28頁 u 光脈沖的峰值功率非常高光脈沖的峰值功率非常高 。 脈沖功率脈沖功率=脈沖能量脈沖能量/脈沖時間寬度脈沖時間寬度 時間時間 /PE 1kHz、40fs、0.7 1012W的激光系統(tǒng)的激光系統(tǒng) 激光加工；激光加工； 激光醫(yī)學手術；激光醫(yī)學手術； 強場激光與物質相互作用；強場激光與物質相互作用； 激光核聚變；激光核聚變； 1.0 1015W聚焦功率密度聚焦功率密度:10201022Wcm2 第22頁/共28頁 飛秒脈沖持續(xù)時間段，能量集中，能提供瞬間的超高功率密度和超強電磁場。 超強光場：1021W/cm2 超強電場：1011 V/cm 超強磁場：109 G、 超高加速度：1019 g 超高溫：109 K 超高壓: 108 Bar 第23頁/共28頁 超高速探測飛秒化學超高速探測飛秒化學 激發(fā)分子產生化激發(fā)分子產生化 學反應學反應 探測熒光探