超短脉冲技术的原理与应用

学士学位论文（设计）Bachelor’sThesis论文题目超短脉冲技术的原理与应用作者姓名学号所在院系学科专业名称电子信息科学与技术导师及职称论文答辩时间2016年5月15日编号2016120332研究类型理论研究分类号TN2中文题目：超短脉冲技术的原理与应用外文题目：ThePrincipleandApplicationofUltrashortPulseTechnology学生姓名学生学号院系专业物理与电子科学学院电子信息科学与技术学生班级学生承诺我承诺在学士学位论文（设计）活动中遵守学校有关规定，恪守学术规范，本人学士学位论文（设计）内容除特别注明和引用外，均为本人观点，不存在剽窃、抄袭他人学术成果，伪造、篡改实验数据的情况。如有违规行为，我愿承担一切责任，接受学校的处理。学生（签名）：年月日指导教师承诺我承诺在指导学生学士学位论文（设计）活动中遵守学校有关规定，恪守学术道德规范，经过本人核查，该生学士学位论文（设计）内容除特别注明和引用外，均为该生本人观点，不存在剽窃、抄袭他人学术成果，伪造、篡改实验数据的现象。指导教师（签名）：年月日目录1.引言..............................................................11.1国内外研究现状................................................11.2研究超短脉冲的意义...........................................12.超短脉冲激光的原理................................................32.1超短脉冲激光..................................................32.2调Q技术.....................................................32.3锁模的基本原理................................................92.4锁模的种类...................................................163.超短脉冲激光的应用..............................................203.1皮秒激光的应用...............................................203.2飞秒激光加工及其应用.........................................223.3阿秒激光的应用..............................................274.结论.............................................................275.参考文献.........................................................29致谢信超短脉冲技术的原理与应用XXXXXX摘要：在激光光谱学、生物学、化学、光电子学及物理学等学科超短脉冲技术是对微观世界进行探究的主要手段，它最直接的应用是通过它为光源造成多种时间分辨光谱、探测以及泵浦技术。本文在了解超短脉冲其形成的机理即各种锁模技术的情况下，理解皮秒脉冲、飞秒脉冲、阿秒脉冲的各种测量办法，并且简单的介绍如今国内外较热点的各种超短脉冲技术运用，尤其重点探讨了飞秒激光在高能物理和核物理、激光加工、生物医学方面的应用。关键词：超短脉冲；锁模技术；飞秒激光中图分类号：TN2ThePrincipleandApplicationofUltrashortPulseTechnologyXXXXXAbstract:Ultrashortpulsetechnologyisphysics,chemistry,biology,optoelectronics,andlaserspectroscopystudyofmicroworldandrevealthenewfields,suchasanimportantmeansofultrafastprocess,itisthemostdirectapplicationofpeopleuseitasalightsourcetoformavarietyoftime-resolvedspectroscopyandpump/detectiontechnique.Understandshortpulseispresentedinthispaper,themechanismofultrashortpulseconditions(Qtechnologyandallkindsofmode-lockedtechnology),isablendofpicosecondpulses,femtosecondpulse,variousmeasuringmethodsofthesecondpulse,andthevariouslaserapplicationathomeandabroadofthehotspotsnowmadebriefintroduction,especiallyfocusonfemtosecondlaserinthelaserprocessing,highenergyphysicsandnuclearphysics,biomedicalapplications.Keywords:ultrashortpulse;mode-lockingtechnique;femtosecondlaser1超短脉冲技术的原理与应用吕萌（指导老师，刘昌宁讲师）（湖北师范大学物理与电子科学学院中国黄石435002）1.引言1.1国内外研究现状激光技术的发展当然是越快越强是最好的,特别是这类激光提供了其余技术无法提供的工具，这类激光能够让很多当代物理的前沿学科,比如非线性理论、量子物理、粒子物理、核物理天体物理、超高压物理和宇宙学、原子物理学和相对论学等学科集聚一堂。在最近的十年里,超短脉冲激光技术的持续发展不但深入着超快现象、THz辐射等范畴的探究,并且也推动了频标测量、飞秒激光精细微加工等一些比较超前的学科的发展。最值得一提的是经过CPA技术将飞秒激光脉冲增强,人们已经可以在普通规模的试验室里获得峰值功率数百太瓦(TW,1012W)的超强激光和聚焦功率密度近1022W/cm2的极端光场,直接推动了高能量密度物理、粒子加速物理等内容的革新进展。针对超短脉冲技术的前沿运用,周期量级脉冲形成、CEP控制、放大、同步和压缩等研究在国内外被完成了,是现在了利用振荡器使小于6fs的脉冲被输出,并且在差频CEP控制的基础上胜利的建成了先进的单块光梳，并运用1030nm激光泵浦的镁橄榄石及Cr:YAG飞秒激光，获得了29fs脉冲1280nm及70fs的1450nm的红外激光。不相同超短脉冲激光的主动同步也被完成了,和频形成飞秒激光的新方案被提出了,350TW的超强激光装置被胜利研制了,0.4mJCEP锁定5.1fs单脉冲能量的激光脉冲被紧缩放大激光得到了。[1]1.2研究超短脉冲的意义如今，激光器对我们来讲早就不稀奇了，尽管它不一定可以被所有人都直接触摸到，但是咱们的生活中确实有它的存在。比如在DVD播放机与电脑中，就将半导体激光器放置在用来读取节目与程序的光驱里。实际上，从时间来到20世纪60年代初后世界上2第一台激光器被发明了，种类繁多的的激光器都被人们研发出来了，而且在工业生产、国防等范畴及商品中它们都被普遍应用。在庞大的激光种类中，超短脉冲激光器在到20世纪70年代时就呈现了非常大的潜力但是长时间没有得到很好的利用。相较于其他的运用来说，因为不是很简单就能弄清楚与成本太高的原因高技术的超短脉冲激光器不能被实现，所以很多问题到现在都没有获得解决。但是，上面所讲的状况可能很快变成历史。由于将光子技术、互联网和现代计算经过联合，第一台可以用于编程并且智能化的实用型超短脉冲激光器被ENZ公司胜利地研发出来了，让这款激光器脱离实验室的束缚成为了可能。公司说，台式计算机就是它产品的尺寸，而且运用的是“即插即用”的运行方式。另外，因为集成式软件控制系统被放置在激光器上，激光器的运行可以被操控者通过笔记本的图像界面非常容易的掌控，可以非常高效利用它发出的激光束。超短脉冲激光拥有普遍的用处与庞大的需求是由它的特点致使的。超导脉冲激光可以把军用技术转化到各行各业，甚至是汽车生产上运用军用飞机的生产技术，是因为它拥有大规模而且低成本制成复合材料的特点；在人体生命学范畴，超短脉冲技术可以用来美容美颜、做各种手术、修复视力等等。至于超短脉冲技术将来的需求，专家曾经发言讲：“未来10年的时间里，不少于一千亿美刀的市场将会被超短脉冲激光技术所占据，其中百分之五十医学与人体生命学瓜分、材料研发与制造业只有百分之二十五，剩余的所有只有瓜分剩下的百分之二十五。”现在，发展超短激光技术重要的方向是：能够突破更短的脉宽，它的方法有尝试利用Ti:Sapphire来得到三飞秒的极限脉宽；努力将新的技术、介质与机理探索出来，成功进入阿秒(10-18s)时域；LD泵浦的全固体飞秒激光器的形成，还有高功率的系统与飞秒光纤激光器。飞秒半导体激光器列阵器件在研制端面的运行，DFB激光器的改进；桌面型数十太瓦(TW)可调谐飞秒激光系统的开展，让在一般实验室进行惯性约束和强场物理实验成为了可能，将飞秒激光的波长范围拓展。通过不同的措施，例如利用不同的频率转换技术，改变激光介质，增强飞秒激光的波长一直到中红外和远外方向，更有甚者还可以到达软X射线，让它符合各种学科的运用方法。峰值功率非常高与时间分辨非常快是飞秒激光拥有的特点，在自然科学的每个范畴均拥有不可忽视的地位。其他科学和超强超短脉冲激光的相互结合,还有将其运用在不一样领域，仍然是一个开始阶段与摸索阶3段，完好的理论知识与完整的钻研办法都没有定论。其中加速质子与加速激光电子是人们最感兴趣的部分。另一方面，物质和超短超强的脉冲激光互相影响，相对论效应是最明显的特征，相对论非线性效就这样被触发了，其中所谈到或关联的问题是阿秒在电子作相对论运动时被其产生的物理学方面的疑问。时间缓步向前，咱们对飞秒激光会被非常普遍的运用是有坚定的信心的，在GDP中与其有关联的产业所占的比重将会越来越高。[2]2.超短脉冲激光的原理2.1超短脉冲激光在光学中超短脉冲是的连续时间在飞秒（10-15秒）数量级或者更短数量级的电磁脉冲。可用锁模振荡产生。超快事例的研讨中它们是被利用最频繁的。飞秒激光是超短脉冲激光的别称，飞秒激光器有三种类别，其分别依据是激光介质的差别。应用有机染料当做介质的飞秒激光器是第一类。根据有差别的波长的飞秒脉冲是需要有差别的染料来输出的原理，紫外和红外波段都会被它影响，然而红光(620nm)附近最效果最好的聚集。被动锁膜是最不可或缺的技术方法，碰撞锁模技术(CMP)是不可或缺的技术道路。应用掺镁橄榄石或者Ti:A1203等固体材料当做介质的固体飞秒激光器是第二类。但是非常恒定的SML运动被固体飞秒激光器完成了，它拥有700nm～1.10μm与1.2μm～1.3μm的波长范围，它还拥有能够影响紫外的二次谐波。应用多量子阱(MQW)材料当做介质的半导体飞秒激光器是第三类。远在二十年前早就开始了对于超短脉冲半导体激光的研讨，无法打破皮秒量级在非常漫长的一段日子里一直困扰着我们，这个重大的问题的解决要感谢于在半导体超短脉冲激光里应用多量子阱材料。在振腔中多量子阱材料增强再加上反复不停地振荡进而射出激光是其最重要的原因。这类激光器与增益介质的克尔效应密切联系，所以被人们命名为KLM，即克尔透镜锁模，在钛蓝宝石激光器的揩振腔里应用棱镜对是飞秒脉冲可以被射出的重要原因，进而连续振荡的工作方式被模式激光器转换成锁模的工作方式，并且不