飞秒激光器的应用探索论文

飞秒激光器的应用探索 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 飞秒激光器的应用探索 物理与机电 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院 09物本 2009042134 徐松辉 指导教师 吕晶(讲师) 【摘要】:介绍了飞秒激光产生的基本原理、各种飞秒分辨技术，并对飞秒光谱技术的发展和应用进行了介绍。 【关键词】:飞秒激光;对撞锁模技术;飞秒光谱技术 【Abstract】: Basic principle of spectral laser generation，and each type of spectrum identification technology as well as its development and application are described and introduced in this paper. 【Key words】:spectral laser;afoul simulate technology;spectral technology 1. 前言 1.1 飞秒激光技术简介 1.2 飞秒激光技术的重要作用 1.3 本论文的主要内容和意义 2. 飞秒激光控制原理 3. 飞秒激光应用 3.1 飞秒激光控制化学 3.2 飞秒激光控制生物学 3.3 强场物理研究的新途径 3.4 飞秒光电子技术 4.总结 正文 1.前言 自1981年Fork等人利用环形腔可饱和吸收体的对撞锁模技术首次产生了飞秒激光脉冲后，有关飞秒技术发展十分迅速，目前在物理学、生物学和化学等各领域中，越来越受到各国科学家的高度重视。本文就飞秒激光在物理化学、光电子和通信等领域的应用做以介绍。 2.飞秒激光控制原理 半导体光电器件是光通信中的重要部分，现在光通信的通信码率已达到了20 Gbit/s。实际上，光钎通信的容量很大，在1.3和1.5μm的窗口就可达到2000 Gbit/s，但超高速的通信码率受到光电子器件 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 的响应时间的限制。例如，金属-半导体-金属(MsM)光二极管的最高响应速率为100 Gbit/s，不能适应将来发展超高速光通信的需要，称为所谓的“瓶颈”。 最近，科学家们发现，未来的半导体光开关将能以实际上无限的高速度工作，他们称所发现的突破性技术为“相干重建”开关技术，这一技术即为飞秒相干控制技术。在这一技术中，使用两个相干的飞秒脉冲激发半导体器件，第一个脉冲在器件中产生相干性好的载子布居，然后调节第二个脉冲的相位φ(即调节第二个脉冲相对于第一个脉冲的延迟时间τ)，当φ=0时，因相干增强，载流子布居将增加4倍，而实现快速的“开”;当φ=π时，因相干相消，将产生退布居，即第二个脉冲能把第一个脉冲产生的载流子消灭，而实现快速的“关”的作用。这样便能克服因材料本征能级寿命较长造成的关断较慢的限 制。“开”与“关”的响应时间，取决于两个飞秒脉冲的时间间隔，因而可以做得很快，目前已达到100 fs，即开关速度达10000 Gbit/s，最终能达到的速度只受到量子力学原理限制。在上述的“相干重建”开关中，利用了电子波动相干性，现有的半导体开关技术是利用电子的粒子特性。实际上，量子系统中的瞬态相干效应，如光子回波、自感透明、自由感应衰减等，是人民早已了解的现象，其物理机制是，量子力学系统受到光脉冲激发后，其初始瞬间各能态是相干的，即有一定的相位关系。由于散射等原因，相位关系消失，回到平衡态，这段时间称为退相时间，相干控制就是采用频带宽的飞秒脉冲，利用系统的相位关系来控制量子系统的变化进程，除了上述用飞秒脉冲控制载流子布居外，亦可以控制电子自旋、控制光电流方向，等等。 3.飞秒激光应用 3.1 飞秒激光控制化学 近年来，用飞秒激光控制化学反应过程和产物是化学反应动力学过程研究的新发展。美国加州大学圣地亚哥分校的Bardeen和Herek等介绍了NaI 蒸汽光分解的量子控制研究。“他们用波长314 nm 飞2 *秒脉冲把NaI激发到激发态，再用630nm飞秒脉冲激发至电离态， *他们发现由Na到Na 的分解率与激发飞秒脉冲的啁啾状况有关，当脉冲是负啁啾脉冲时，电离解率高;而用正啁啾脉冲时，分解率则低。他们认为，这是前者在样品中形成会聚型波包，有利于分子的激发，产生所谓波包效应之故。 3.2飞秒激光控制生物学 飞秒激光脉冲产生并利用于生物学研究，集中在细菌绿素光合作用反应中心和视红质天线分子的电荷迁移与能量弛豫动力过程。这一研究自80年代初开始，至今仍方兴未艾，其中以伯克利加州大学Wang和Shank等人的工作为代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf ，他们用35fs、500nm的脉冲去激发视网膜中的顺式视红质，再用波长450,640nm，脉宽为10fs的脉冲去探测反式视红质的吸收变化，研究视觉过程中视红质的染色体由11-顺式转变至全反式异构体的光化学反应过程，发现这一过程在200fs时间内完成，与扭曲振动模的周期相当。这说明，这一超快的异构化过程是由反应物激发态界面直接转变到生成物基态界面的绝热过程，并不需要跨越势垒，这一转变实质是一种相干的振动模变化。 3.3强场物理研究的新途径 激光核变是世界禁核爆条约签署后，继续核研究和应用的最有效手段，各先进国家都为此投进巨资。法国奥尔良大学实验室报道了采用Ti宝石20fs激光脉冲展宽，三级放大(每级都采用重复多次放大)和压缩获得单脉冲能量0.8J,脉宽50fs，脉冲峰值功率达40tW，场 182强达5*10 W/cm 强电场，用于研究Ar等离子体特性。这一场强比美国Naval实验室的采用多路(17路)、宽脉冲(4ns)、高能量(1.6kJ/ 192脉冲)Nike KrF核聚变激光系统所产生的功率密度9*10W/cm 设备略低，但设备要简单得多。另一个场强物理研究是在加州大学伯克利分校洛伦兹美国国家实验室，他们采用tW的飞秒脉冲和从电子回旋加速器出来的电子束相互作用，产生0.5A、300fs的X射线脉冲，调整激光束与电子束的互相作用角，即可调整X射线脉冲的波长。这种 X射线脉冲可用于研究原子和分子运动。 高峰值功率激光脉冲对于激光惯性约束核聚变有重要意义。最近，美国开展了飞秒激光产生等离子体的辐射实验，研究在激光照射过程中是否有光约束现象的出现。通过对等离子体运动产生的多普勒频移测量，发现在功率不够大时，等离子体向外扩展，激发光出现蓝移，而在飞秒激光的峰值附近，蓝移量减小，出现一个凹陷，表明等离子体在高峰值功率照射时出现了压缩，从而为激光惯性约束核聚变提供了有力的证据。 3.4飞秒光电子技术 (1)高时间与高空间分辨的光电取样技术 由飞秒激光与光电取样术、原子力显微术、扫描隧道显微术和近场光学显微术相结合发展起来的高时间分辨和高空间分辨电光取样技术是适应近代发展高速度、高集成电路和微电子技术需要的新的测量技术。其原理可用图1作简要说明:在一块宝石衬底上用外延法长上一块半导体，例如CdTe，再用光刻法镀上两条金属微带线，用一飞秒脉冲激发两条传输线间的CdTe，因光电导产生的电脉冲沿传播线传播，并在其附近的电光晶体LiTaO上产生电光效应。这一效应3 可用另一束与激发脉冲相关的飞秒脉冲光探测而获得传播的电脉冲信息。如果在激发点和探测点之间接入被测的电子器件，便可测得其响应特性，这种技术的特点是高时间分辨率，可达到皮秒量级，能做成非接触式，减少插入失真，这是其他电子学方法无法比拟的。加州大学Weiss等人发展了一种扫描隧道显微术(USTM)，用100fs的激 光脉冲和光电导在样品中产生680fs的电脉冲，然后用第二个光脉冲启动扫描探头，由相关测量可得2ps时间分辨率和5nm的空间分辨率。 (2)高速光钎通信技术 飞秒相干技术提高了光通信光电转换速率的突破，实际上，飞秒激光在高速光通信中有着更广泛的意义。日本在实施其飞秒技术 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 中有一个明确发展目标，即是发展带宽为tHz的光钎网络。基于半导体激光的超短脉冲产生技术与开关技术是这一计划的发展重点，其他的一些相关领域，如飞秒光电子非线性相互作用、量子点物理、tHz电磁辐射以及飞秒X射线技术等也属于本计划的研究内容。 波分复用、时分复用和光孤子通信是实现高速光钎通信的主要手段，时分复用技术的关键是要获得高重复率的光脉冲，为此目的而发展的飞秒脉冲整形和合成技术，能获得1tbit/s的通信码率，该技术是用频宽为100fs，波长为1.55μm、脉冲间隔为1μs的激光，经栅傅里叶变换后通过一个声光调制模版，其频谱的振幅和相位都受到调制，其中有些频谱成被抑制了。调制的频谱再经光栅变换成时基上约200ps的脉冲，但每个脉冲已包含有1000bit的二进制编码，再经时 分多路复用技术，能达到1tbit/s的数据传输速率。