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激光成丝原理
激光成丝的原理主要基于超快激光通过聚焦头聚焦获得具有高峰值功率密度的微米级光束。
当光束作用在玻璃材料上时，光束中心光强度比边缘低，使得材料中心折射率比边缘变化大，光束中心传播速度比边缘慢，光束出现非线性光学克尔效应来产生自聚焦（波前聚焦），继续提升功率密度，直到达到某个能量阈值，材料产生低密度等离子体，降低材料中心折射率，实现光束散焦。
这种散焦现象在材料中形成微米级的丝孔，这种丝孔在玻璃中能延展几毫米的深度。
飞秒激光原理飞秒激光原理飞秒激光是一种特殊的激光，它的脉冲宽度非常短，仅为飞秒级别（1飞秒=10^-15秒），因此被称为飞秒激光。
飞秒激光具有很多独特的性质，如高峰值功率、高能量密度、高光束质量等，因此在许多领域都有广泛的应用，如材料加工、医学、生物学、光学通信等。
飞秒激光的原理是利用激光器产生的激光束，通过一系列光学元件将其聚焦到极小的点上，使得光束的能量密度达到极高的水平，从而实现对物质的高精度加工或探测。
下面我们将详细介绍飞秒激光的原理。
1. 飞秒激光的产生飞秒激光的产生需要使用飞秒激光器。
飞秒激光器通常采用固体激光器或光纤激光器作为泵浦源，通过一系列光学元件将泵浦光聚焦到激光介质中，使其产生激光。
激光介质通常是一种具有高增益、高非线性和高饱和吸收的材料，如钛宝石晶体、掺铒光纤等。
飞秒激光的产生需要满足一定的条件，如高增益、高非线性和高饱和吸收等。
这些条件可以通过选择合适的激光介质和调整泵浦光的参数来实现。
例如，可以通过增加泵浦光的功率和缩短脉冲宽度来提高激光介质的增益和非线性，从而产生更短的飞秒激光。
2. 飞秒激光的特性飞秒激光具有很多独特的特性，如高峰值功率、高能量密度、高光束质量等。
这些特性使得飞秒激光在许多领域都有广泛的应用。
高峰值功率：飞秒激光的脉冲宽度非常短，通常只有几十飞秒或更短，因此其峰值功率非常高，可以达到数十兆瓦甚至更高的水平。
这种高峰值功率可以用来实现高精度的材料加工或探测。
高能量密度：由于飞秒激光的脉冲宽度非常短，因此其能量密度非常高，可以达到数十焦耳/立方厘米甚至更高的水平。
这种高能量密度可以用来实现高精度的材料加工或探测。
高光束质量：飞秒激光的光束质量非常高，通常可以达到M2<1.2的水平。
这种高光束质量可以用来实现高精度的材料加工或探测。
3. 飞秒激光的应用飞秒激光在许多领域都有广泛的应用，如材料加工、医学、生物学、光学通信等。
材料加工：飞秒激光可以用来实现高精度的材料加工，如微加工、纳米加工、超精密加工等。
飞秒激光脉冲的发展及其应用飞秒激光脉冲的发展及其应用飞秒激光是过去20年间由激光科学发展起来的最强有力的新工具之一。
飞秒脉冲时域宽度是如此的短，目前已经达到了4fs以内。
1飞秒（fs） ,即10-15s ,仅仅是1千万亿分之一秒，如果将10fs作为几何平均来衡量宇宙，其寿命仅不过1min而已；飞秒脉冲又是如此之强，采用多级啁啾脉冲放大（CPA）技术获得的最大脉冲峰值功率可达到百太瓦（TW，即1012W）甚至拍瓦（PW，即1015W）量级，其聚焦强度比将太阳辐射到地球上的全部光聚焦成针尖般大小后的能量密度还要高。
飞秒激光完全是人类创造的奇迹。
近二十年来，从染料激光器到克尔透镜锁模的钛宝石飞秒激光器，以及后来的二极管泵浦的全固态飞秒激光器和飞秒光纤激光器，虽然说脉冲宽度和能量的记录在不断刷新，但最大进展莫过于获得超飞秒脉冲变得轻而易举了。
桑迪亚国家实验室的R.Trebino说:“过去10年中,（超快）技术已有显著改善, 钛蓝宝石激光器和现在的光纤激光器正在使这种(飞秒) 激光器的运转变得简洁和稳定。
这种激光器现在人们已可买到, 而10年前, 你却必须自己建立。
”比如，著名的飞秒激光系统生产商美国Clark-MXR公司将产生高功率飞秒脉冲的所有部件全部集成到一个箱子里，采用掺铒光纤飞秒激光器作为种子源，加上无需调整（NO Tweak）的特殊设计，形成了世界上独一无二，超稳定、超紧凑的CPA2000系列钛宝石啁啾脉冲放大系统。
这种商品化的系统不需要飞秒专家来操作，完全可以广泛应用于科研和工业上的许多领域里。
根据飞秒激光超短和超强的特点，大体上可以将应用研究领域分成超快瞬态现象的研究和超强现象的研究。
它们都是随着激光脉冲宽度的缩短和脉冲能量的增加而不断的得以深入和发展。
飞秒脉冲激光的最直接应用是人们利用它作为光源, 形成多种时间分辨光谱技术和泵浦/探测技术。
它的发展直接带动物理、化学、生物、材料与信息科学的研究进入微观超快过程领域, 并开创了一些全新的研究领域, 如飞秒化学、量子控制化学、半导体相干光谱等。
飞秒激光脉冲在光子晶体光纤中传输特性的研究一、本文概述随着科技的飞速发展，光子晶体光纤作为一种新型的光传输介质，以其独特的结构特性和优越的光学性能，在信息传输、光通信、光信号处理等领域展现出巨大的应用潜力。
近年来，飞秒激光脉冲技术的兴起，为光子晶体光纤的研究和应用带来了新的机遇。
本文旨在探讨飞秒激光脉冲在光子晶体光纤中的传输特性，以期为实现更高效、更稳定的光通信和光信号处理提供理论支持和实验依据。
本文首先将对飞秒激光脉冲和光子晶体光纤的基本概念、特性及其相互作用机理进行详细介绍。
随后，将重点分析飞秒激光脉冲在光子晶体光纤中的传输特性，包括脉冲形状、脉冲展宽、色散特性、非线性效应等方面。
通过理论分析和实验验证，探讨飞秒激光脉冲在光子晶体光纤中传输的动态过程及其影响因素。
本文还将对飞秒激光脉冲在光子晶体光纤中的应用前景进行展望，以期为相关领域的研究和发展提供有益的参考。
二、飞秒激光脉冲与光子晶体光纤概述飞秒激光脉冲是一种超短脉冲激光技术，其脉冲宽度在飞秒（10^-15秒）量级，具有极高的峰值功率和极短的脉冲持续时间。
由于其独特的性质，飞秒激光脉冲在材料处理、光学成像、光谱学以及非线性光学等领域具有广泛的应用。
在光纤通信和光纤传感领域，飞秒激光脉冲的研究和应用也受到了广泛的关注，尤其是在光子晶体光纤中的传输特性，更是当前研究的热点之一。
光子晶体光纤，又称为微结构光纤或空心光纤，是一种具有周期性折射率分布的新型光纤。
其内部由空气孔和硅基材料交替排列构成，形成类似晶体的结构，因此得名。
光子晶体光纤具有许多独特的性质，如大模场面积、低色散、高非线性等，使其在光通信、光传感、光子器件等领域具有广阔的应用前景。
飞秒激光脉冲在光子晶体光纤中的传输特性研究，对于深入理解光子晶体光纤的传输机制，探索新型光子器件，提高光纤通信系统的性能等方面具有重要意义。
本文将重点探讨飞秒激光脉冲在光子晶体光纤中的传输特性，包括脉冲形状、能量分布、色散、非线性效应等方面的影响，以期为进一步推动光子晶体光纤和飞秒激光脉冲的应用提供理论基础和实践指导。
中文摘要中文摘要利用飞秒激光成丝对丁烷燃烧进行诊断飞秒激光在非线性介质中传输时，当克尔自聚焦和等离子散焦达到动态平衡时，就会形成等离子体细丝。
在成丝过程中会发生诸多非线性效应，是研究者关注的焦点。
因飞秒激光成丝时光强极高，足以将空气分子激发到高激发态，而处于高激发态的分子再次返回基态时，就会发射特征荧光，近年来，它逐渐成为科学界研究的热点课题。
本论文将飞秒激光成丝应用到燃烧科学领域，提出了一种新的燃烧诊断技术，即飞秒激光成丝诱导荧光光谱技术，这项技术能够实现对多种燃烧中间产物的同时探测。
在遥感以及提高燃料能量转化效率等方面都具有很大的实用价值。
我们对飞秒激光脉冲作用于丁烷火焰成丝时产生的后向散射的荧光进行了在火焰中的空间分布探测，发现多种燃烧中间产物CN、CH、C2以及N2、N+2呈现出极大的差异，这一差异主要取决于气体温度（密度）的空间分布，同时，在丁烷燃烧过程中发生的一系列反应也会对其产生一定的影响。
飞秒激光成丝诱导荧光技术不仅可以用于探测燃烧过程中的中间产物，实现对燃烧过程的诊断，还可以对空气中含有的可燃气体成分进行检测。
关键词：飞秒激光成丝，非线性特性，光丝诱导荧光，燃烧诊断。
AbstractThe combustion diagnosis of butane/air flame via femtosecondlaser filamentationDuring the transmission of femtosecond laser pulses in nonlinear media, plasma filaments will be formed when the Kerr self-focusing and the plasma defocusing reach a dynamic balance. At the same time, There are many nonlinear effects in filamentation process,which has become the focus of researchers. The laser intensity is strong enough to stimulate the molecules in air during the filamentation formation process, and it will emit characteristic fluorescence when the excited state molecules jump to ground state. In recent years, it has gradually become a hot research topic in the field of science. In this paper, filament-induced fluorescence technique, a new combustion diagnostic technique based on femtosecond laser filaments have been applied to the combustion field, and it can realize simultaneous detection of various combustion intermediates. It is of great practical value for reducing the emission of atmospheric pollutants (such as CO, CN, NO, etc.), remote sensing and improve the efficiency of energy conversion.The femtosecond filament-induced backward fluorescence in thebutane/air flame is investigated in this paper. It is found that the spatial distributions of combustion intermediates (CN, CH and C2), nitrogen molecules and nitrogen molecular ions in the flame show great difference, which is mainly determined by the spatial distribution of gas temperature (density), and also affected by the reactions. Furthermore, we demonstrate that filament-induced fluorescence technique can not only sense the combustion intermediates, but also detect combustible gas with trace amounts in air.Keywords: femtosecond laser filamentation, nonlinear properties, filament-induced fluorescence , combustion diagnosis.目录中文摘要 (I)Abstract (II)目录 (IV)第一章绪论 (1)1.1飞秒激光成丝概述 (1)1.1.1飞秒激光简介 (1)1.1.2 飞秒激光成丝及其发展 (3)1.2几种激光燃烧诊断技术 (5)1.2.1激光诱导荧光（LIF）技术 (5)1.2.2 激光诱导击穿光谱（LIBS）技术 (6)1.3本章小结 (9)第二章飞秒激光成丝的相关理论及应用 (10)2.1飞秒激光成丝的物理机制 (10)2.2飞秒激光成丝过程中发生的现象 (12)2.2.1衍射和色散 (12)2.2.2多光子电离和隧穿电离 (13)2.2.3强度钳制 (14)2.2.4飞秒激光成丝诱导荧光发射 (15)2.3飞秒激光成丝的应用 (16)2.3.1大气环境污染物的远程探测 (17)2.3.2人工降雨与降雪 (18)2.3.3激光引雷 (19)2.4本章小结 (20)第三章利用飞秒激光成丝诱导荧光对丁烷燃烧过程进行诊断 (21)3.1燃烧诊断概述 (21)3.2实验装置 (25)3.3结果与分析 (26)3.4本章小结 (35)第四章总结 (36)参考文献 (37)作者简介及硕士期间发表的文章 (45)致谢 (46)第一章绪论超短超强脉冲激光技术的创新发展与应用，在现代科学中俨然已经成为一个非常重要的科研领域，也是世界各国在科研领域中竞争的焦点之一。
飞秒激光脉冲共振传播研究摘要：通过近似求解麦克斯韦-布洛赫方程，研究了激光脉冲在4,4’-二甲氨基二苯乙烯分子材料中的共振传播，探讨了激光脉冲的时空演化情况，重点分析了介质与激光脉冲的相互作用导致的脉冲分裂、延迟以及峰值的放大。
关键词：时空演化旋波近似偶极近似麦克斯韦-布洛赫方程激光与物质的相互作用一直是人们感兴趣的课题，在实际中有广泛的应用。
自20世纪80年代后期以来，超短光脉冲的产生及放大技术得到了迅速发展。
超快、超高强度的飞秒脉冲的出现使得量子系统(如原子、分子)在与其的相互作用过程中，在不被电离的条件下承受着极强的光场辐射，从而产生了许多不同于纳秒、皮秒时域的非线性光学效应，为物理、化学、生物学和材料等学科领域提供了广阔的发展前景。
因此，超短脉冲激光与原子和分子的相互作用引起了人们的广泛关注。
当激光脉冲在材料中传播时，由于激光与介质的相互作用，激光脉冲的形状和传播速度将会产生明显的改变。
这种激光脉冲的改变会带来明显的物理效应，如自感应透明效应，脉冲的分裂、延迟以及峰值的放大等。
在实验测量中，测量的结果反映了激光与物质相互作用后的情况。
因此，为了解释实验结果，需要研究激光和介质相互作用的动力学过程。
一、超短激光脉冲概述及相关应用超短脉冲激光技术，当前达到的水平大体如下：固体激光器直接产生的脉冲宽度已缩小到5fs（1fs=10-15s），经压缩的最短脉冲为4fs；出现了用半导体激光器（LD）泵浦的全固体化飞秒激光器，使飞秒激光器体积更小、工作更稳定、寿命更长、使用更方便；开放了多种激光介质和放大介质；发展了宽调谐的飞秒激光系参量振荡（OPO）及参量放大（OPA），扩宽了飞秒激光的波长可调谐范围，从而获得了相干可调谐的已进入水窗范围的X射线。
目前飞秒激光技术发展趋势是：向更短的脉宽迈进。
如试图获得Ti:Sapphire的3fs的极限脉宽；寻求新的介质、机理和技术，向阿秒时域迈进；发展半导体激光器（LD）泵浦的全固体飞秒激光器，包括飞秒光纤激光器和高功率的系统。
激光诱导击穿光谱技术研究的新进展刘 佳,高 勋,段花花,林景全(长春理工大学理学院,长春 130022)提要:激光诱导击穿光谱技术(LIBS )是一种基于原子发射光谱学的物质组分分析技术。
随着激光技术和光学检测技术的发展,激光诱导击穿光谱技术已经成为光谱学领域的研究热点。
尤其是近几年,LIBS 技术发展迅速,涌现出多种LIBS 的激发和探测新技术。
在光谱激发方面,出现了如飞秒激光及飞秒激光大气中长距离成丝诱导击穿光谱技术,双脉冲激光诱导击穿光谱技术等。
在光谱探测方面,出现了时间分辨激光诱导击穿光谱技术,偏振分辨激光诱导击穿光谱技术等。
本文将对这几种LIBS 中所出现的新技术进行介绍并给出LIBS 技术的发展趋势。
关键词:原子发射光谱;激光诱导击穿光谱;时间分辨;偏振分辨;中图分类号:TN248.1 文献标识码:A 文章编号:0253-2743(2012)01-0007-04Latest development of laser induced breakdown spectroscopyLIU Jia,GAO Xun,D UAN Hua-hua,LIN Ji ng-quan(School of Science,Changchun Universi ty of Science and Technol ogy,Changchun 130022,Chi na)Abs tract:Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS)is a technique based on atomic spectroscopy for the anal ysi s of the elementary c omposi ti on and concentration of materials.With the development of laser tec hnique and optical detection technique,LIBS has become a focus in the s pectrometric field.Particularl y in recent years,LIBS technique develops very quickly.There e merge many new excitation and detection techniques of LIBS.At the as pect of plas ma excitati on;there are femtosecond-LIBS ,filamentation LIBS,and dual pulse LIBS.At the aspec t of s pectral detection;there are ti me-resolved LIBS and polarization-resolved LIBS.This paper gives a revie w of these new LIBS techniques.K ey words :atomic emi ssion spectroscopy;LIBS;time-resolved LIBS;PRLIBS收稿日期:2011-12-16基金项目:国家自然科学基金(60978014),吉林省科技厅基金(20100168,20090523,20100521),长春市科技局国际合作项目(09GH01),长春理工大学大学生创新性实验计划项目(2010A0103)作者简介:刘 佳通讯作者:林景全(1966-)激光诱导击穿光谱技术(LIBS)是一种基于原子发射光谱和激光等离子体发射光谱的元素分析技术。
全飞秒激光原理(一)全飞秒激光原理•什么是全飞秒激光？•全飞秒激光的原理是什么？•全飞秒激光有哪些应用？什么是全飞秒激光？全飞秒激光是一种超快速的激光技术，它的脉冲宽度在飞秒（1fs=10^-15s）量级以上。
全飞秒激光技术将极短脉冲激光应用于材料加工、医疗、通信等领域，为这些领域的发展提供了技术支持。
全飞秒激光的原理是什么？全飞秒激光的原理是基于外差相干技术，也就是将两个不同频率的激光束叠加，产生新的光波。
利用这种原理，可以在不回声的情况下产生非线性效应，将材料直接氧化或照射导电性材料。
全飞秒激光通过将光频强度集中在一个脉冲内，可以实现非线性效应并进一步改变材料的特性。
这种非线性效应包括多光子吸收、径向电流传输、中心电子等离子体形成等。
因此，全飞秒激光技术可以实现高精度、高速度的材料加工。
全飞秒激光有哪些应用？全飞秒激光技术广泛应用于材料加工、医疗、通信等领域。
其中，最常见的应用是材料加工，如激光微加工、激光切割等。
同时，全飞秒激光还可应用于联综成像、分子精细控制等实验研究中。
此外，全飞秒激光技术也在医学领域得到了广泛应用。
利用全飞秒激光可以精确控制组织，使其被摧毁的同时，周围组织不受损伤。
因此，全飞秒激光可用于手术切除、癌症治疗等领域。
在通信领域，全飞秒激光技术可用于高速数据传输，其速度可达每秒200 Tbit/s以上。
总之，全飞秒激光技术以其高精度、高速度的特点，成为了材料加工、医疗、通信等领域的重要技术手段。
•全飞秒激光技术的优势是什么？•全飞秒激光技术的局限性是什么？全飞秒激光技术的优势是什么？全飞秒激光技术具有以下的优势：1.高精度：全飞秒激光技术能够实现微米级别的加工精度。
2.高速度：全飞秒激光技术能够实现每秒数百倍的加工速度。
3.非热效应：全飞秒激光技术将能量仅有地聚焦在特定区域内，避免了热效应导致的不良影响。
4.高度可控：全飞秒激光技术能够实现对光能量、频率、相位等多参数的控制，以满足不同材料和应用场景的需求。
飞秒激光原理简介
飞秒激光是一种以脉冲形式运转的激光，持续时间非常短，只有几个飞秒，一飞秒就是10-15秒，也就是1秒的千万亿分之一，它比利用电子学方法所获得的最短脉冲要短几千倍，是人类目前在实验条件下所能获得的最短脉冲。
这是飞秒激光的第一个特点。
飞秒激光的第二个特点是具有非常高的瞬时功率，可达到百万亿瓦，比目前全世界发电总功率还要多出百倍。
飞秒激光的第三个特点是，它能聚焦到比头发的直径还要小的空间区域，使电磁场的强度比原子核对其周围电子的作用力还要高数倍。
在医学领域中，飞秒激光可作为超精密外科手术刀，目前已经成功地应用于眼科领域，在准分子激光治疗近视眼中用于制作角膜板层瓣，以及其它角膜手术。
飞秒激光的原理
激光在组织中会产生各种效应，飞秒激光采用的是激光的爆破效应
飞秒激光的光爆破原理：激光脉冲聚焦到角膜组织中，产生光爆破；每一个脉冲的光爆破，产生一个微离子；每一个微离子，蒸发大约1微米的角膜组织；蒸发角膜组织产生扩展的水泡和CO2气泡，水泡和气泡被角膜组织吸收，角膜组织因此被分离。
电脑控制的激光发生器和光学传输系统产生成千上万的激光脉冲，成千上万的激光脉冲按照密集的等宽度等间距的篱笆墙式的光栅模式，在同一深度聚焦，产生光爆破，在角膜组织中形成一层微小直径的气泡，使角膜组织分离，形成相应的分离面，也就是飞秒激光的切削面。
LASIK手术中制作角膜瓣就是运用的这种切削模式形成水平的分离面和垂直面。
目前LDV飞秒装机量全国超百台，占有率第一。
手术量超50万例，占全国2/3以上，远远领先其它品牌的手术量，证明了LDV飞秒手术的安全性及有效性。
