飞秒脉冲在固体介质中成丝和脉冲压缩效应的研究(2)
本文利用飞秒激光脉冲通过熔石英时所产生的成丝效应，大胆提出通过频谱滤波从而实现脉冲压缩的新方法。这种方法与以往的区别在于，不用相位补偿，仅通过频谱滤波就能得到约为5fs的少周期脉冲。我们在研究室发现当飞秒激光脉冲位于熔石英中成丝时，其中自相位调制、自陡效应引发的蓝移宽带超连续谱它们是同相的。针对这种超连续谱的特点，我们只需利用适当的截止波长的滤波器，对合适位置的脉冲进行滤波，就可以获得目前国际上比较优质的少周期脉冲。研究表明：当我们输入脉宽为50fs、能量为2.2μJ的激光脉冲，能够得到最短脉宽约为4fs（相当于1.5个脉冲周期）的少周期激光脉冲。我们还研究了中心波长为800 纳米、半高全宽为50飞秒的激光脉冲在固体（熔石英）中的成丝现象和脉冲压缩效应，当我们在几乎同相的蓝移宽带超连续谱上对其脉冲进行滤波，使脉冲压缩后，我们就能得到约为5飞秒的少周期脉冲。
2 飞秒激光成丝现象概述
2.1飞秒激光成丝的提出
在过去几十年里，人们对超短激光脉冲探索进一步加深，超短脉冲激光技术飞速发展。为了得到较短的脉冲，我们相继提出了锁模技术[1]和啁啾脉冲放大技术(CPA)[2]。锁模技术和啁啾脉冲放大技术(CPA)使激光脉冲的脉宽越来越短。随着科学技术的不断进步，目前激光系统所能输出的脉冲宽度基本可以达到单个脉冲振荡周期。它的脉冲的峰值强度可以达到几百太瓦每平方厘米（TW/cm2）[3]，如此高强度的激光脉冲足以克服原子的库仑势垒并触发光场电离。
在1995年，布劳恩等人通过实验研究发现高强度的飞秒激光能在空气中自引导传输，这与传统的光束传播有着本质的区别，我们把这种传输定义为飞秒激光的成丝现象，这一现象的提出引起了整个科研界的广泛关注。飞秒激光成丝的概念是当我们用脉冲峰值强度达到吉瓦及以上级别同时脉冲时域达到几百飞秒的激光脉冲，能在空气非线性传播时形成一个长距离的自束型光通道，这个光通道具有直径大约为100微米的高强度核，峰值光强能够到达大约1014瓦每平方厘米，这种激光在空气中传输时，会电离空气分子，在激光形成的通道中留下等离子体迹象。峰值电子密度能够达到1016每立方厘米。光通道中心会因为非线性的作用损失能量，光通道通过外围能量对内核的不断补充，弥补了通道中心的能量损耗，为长距离传输打下了基础。我们把这种长距离的光通道称为“飞秒光丝”（femtosecond filamentation）。
2.2飞秒激光成丝的现象研究
由于飞秒激光在介质中的传播速度一般大于介质中的光速，所以成丝现象一般伴随着锥形辐射现象。图2-1是一张比较典型的飞秒激光在空气中成丝时的光束横截面。我们在图中的中心处能看到一个比较亮的白斑，这个白斑对应的是成丝光束的内核，我们可以看到，在它的外围有着彩色的环，颜色从红到蓝依次排列，这说明在成丝过程中往往伴随着锥形辐射现象。
上一篇：51单片机带上位机的上网系统设计