Femtosecond Laser Filamentation pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Chin, See Leang

出品人:

页数:144

译者:

出版时间:2010-1

价格:$ 157.07

装帧:

isbn号码:9781441906878

丛书系列:

图书标签:

飞秒激光
激光丝
非线性光学
光学物理
大气传播
高强度激光
脉冲压缩
自聚焦
等离子体
光子学

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具体描述

When a powerful femtosecond laser pulse propagates in an optical medium, self-focusing occurs. This book reviews the current up-to-date understanding of the physics of propagation leading to the self-transformation of the laser pulse into a white light laser pulse during self-focusing and filamentation. The physics of multiple filamentation and competition will be discussed. Its capability to melting glasses inside the filaments is observed which explains the physics of wave guide writing. Its potential applications in atmospheric sensing and material processing together with possible future challenges in the interaction of such self-transformed white light laser pulses with atoms and molecules will be treated. Nonlinear optics such as third harmonic generation in the filaments with self-phase locking will also be discussed.

光之奇旅：探索超短脉冲激光的非线性世界本书是一次深入探索超短脉冲激光在介质中传播时所展现出的奇妙现象的旅程。我们并非关注特定某一类应用或某一设备，而是将目光聚焦于激光与物质相互作用的普适性物理原理，揭示隐藏在“飞秒激光丝”（Femtosecond Laser Filamentation）这一核心现象背后的深刻机制。想象一下，一束强大的、持续时间短到难以置信的激光脉冲，如同拥有生命一般，在空气、玻璃或其他透明介质中划出一道道明亮的光痕。这并非简单的光束传输，而是一场由强激光引发的、涉及非线性光学效应的复杂舞蹈。我们首先将从激光脉冲的基本特性出发，描绘出飞秒激光的独特面貌。它不仅仅是光的简单爆发，其极短的持续时间（以飞秒为单位，即10^-15秒）赋予了它巨大的瞬时功率。我们将深入理解脉冲的形状、频谱宽度、峰值功率与能量等关键参数如何共同塑造其后续的传播行为。在此基础上，我们将引入非线性光学这一至关重要的概念。传统的线性光学认为光的传播不受光强度的影响，但一旦光强达到一定阈值，介质的折射率便会随之改变，从而开启了丰富多彩的非线性世界。核心的“飞秒激光丝”现象，正是非线性效应在超短脉冲激光传播中的集大成者。当我们讨论飞秒激光丝时，我们实际上是在探讨一种独特的自限域传播模式。高强度激光脉冲在介质中会引发多种非线性效应，例如克尔效应（Kerr effect）和自聚焦（self-focusing）。克尔效应使得介质的折射率随光强变化，导致激光束在传播过程中不断向中心聚焦。然而，当激光强度极高时，还会发生电离（ionization），例如多光子电离（multiphoton ionization）或阿秒电离（tunnel ionization）。介质中的电子和离子的产生会形成等离子体，其负的折射率效应会抵消一部分自聚焦。这种自聚焦与等离子体引起的散焦效应的动态平衡，使得激光脉冲能够以一种相对稳定的横截面在介质中传播很远的距离，这就是所谓的“光丝”。我们将详细解析这一动态平衡的形成机制。从激光脉冲能量的初始注入，到介质非线性的响应，再到电离过程的触发，每一个环节都充满了精妙的物理规律。我们将用清晰的数学模型和直观的物理图像来解释这一过程，帮助读者理解为什么激光脉冲不会像普通光束那样迅速扩散，而是能够“束缚”在一条狭窄的通道中。更进一步，我们将探讨光丝形成后所伴随的一系列更为复杂的物理现象。当强激光脉冲在介质中产生电离并形成等离子体时，会发生能量的转移。一部分激光能量被用于电离介质，而另一部分能量则可能通过与等离子体的相互作用而产生。其中，非弹性散射（inelastic scattering）和辐射（emission）是常见的表现。例如，激光脉冲在传播过程中可能会激发介质中的分子，使其发出荧光或磷光。同时，强激光诱导的等离子体本身也可能成为新的辐射源，发出各种波长的光。本书还将深入研究与光丝形成紧密相关的其他非线性光学效应。例如，自陡峭化（self-steepening）描述了激光脉冲前沿的陡峭化过程，这是由于介质折射率随光强变化导致不同部分的光速不同。当脉冲前沿的光速比后沿快时，脉冲的形状就会变得越来越陡峭，最终可能导致脉冲分裂。此外，色散（dispersion）——即不同频率的光在介质中传播速度不同的现象——也与光丝的形成和演化密切相关。啁啾（chirp），即脉冲中不同频率成分的时间顺序，会显著影响非线性效应的叠加和相互作用。理解飞秒激光丝的形成和演化，离不开对其在不同介质中的行为的考察。我们将分别探讨激光在空气、液体和固体材料中的光丝现象。空气作为一种常见的传播介质，其光丝特性与诱导雷电、大气净化等领域息息相关。在液体中，光丝的形成和演化可能受到液体密度、分子极性等因素的影响。而在固体材料中，光丝的形成则可能导致材料的局部损伤或改性，这为材料加工和微纳制造提供了新的思路。除了基本的物理过程，本书还将触及飞秒激光丝在科研和工程领域的一些潜在应用方向，但并非详细介绍具体的设备或技术。我们将着重强调其背后所蕴含的物理原理如何支撑这些应用。例如，光丝作为一种高强度、高能量密度的传播通道，可以用于诱导物质的化学反应，实现高效的材料改性或表面处理。光丝中产生的相干辐射，可以作为一种新型光源，用于光谱学研究或超快过程的探测。通过精确控制光丝的形成和演化，可以实现对物质的精确操控，例如诱导介质的折射率变化，从而实现光路的偏转或聚焦。本书旨在为读者提供一个全面、深入的视角，去理解飞秒激光丝这一引人入胜的物理现象。我们不会局限于某一具体的公式推导，而是力求通过清晰的逻辑和生动的描述，展现激光在与物质的互动中所展现出的深刻规律。它是一次对光这一基本粒子在极端条件下的非凡行为的探索，一次对非线性光学世界壮丽景色的描绘。通过阅读本书，你将能够更深刻地理解，为何一束肉眼可见的激光，能够以如此奇特的方式，在透明介质中划出明亮的轨迹，并在其中孕育出无数的可能性。这不仅仅是对物理知识的积累，更是一次对自然界奥秘的敬畏与探索。