搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

紧聚焦飞秒脉冲与石英玻璃相互作用过程中的电子动量弛豫时间研究

卞华栋 戴晔 叶俊毅 宋娟 阎晓娜 马国宏

引用本文:
Citation:

紧聚焦飞秒脉冲与石英玻璃相互作用过程中的电子动量弛豫时间研究

卞华栋, 戴晔, 叶俊毅, 宋娟, 阎晓娜, 马国宏

Analysis of electron momentum relaxation time in fused silica using a tightly focused femtosecond laser pulse

Bian Hua-Dong, Dai Ye, Ye Jun-Yi, Song Juan, Yan Xiao-Na, Ma Guo-Hong
PDF
导出引用
  • 本文通过数值模拟(3+1)维扩展的广义非线性薛定谔方程,研究了紧聚焦飞秒激光脉冲在诱导石英玻璃的非线性电离过程中电子动量弛豫时间对于该电离过程的影响. 计算结果证明电子动量弛豫时间会直接影响入射脉冲在焦点区域所形成的峰值场强、自由电子态密度和能流等参量的分布态势,因此在与实验结果相比较后发现适合于相互作用过程的电子动量弛豫时间的理论值约为1.27 fs. 进一步的研究表明,电子动量弛豫时间与逆韧致吸收效应、雪崩电离的概率、等离子体密度、等离子体的自散焦效果以及间接引起的焦平面位置的移动都有着密切的联系. 当前的研究结果表明电子动量弛豫时间在飞秒激光脉冲与物质相互作用的过程中发挥着重要作用.
    The electron momentum relaxation time is studied systematically in order to understand its effect during the excited nonlinear ionization process in fused silica with an irradiation of tightly focused femtosecond laser pulses. According to the analysis of a (3+1)-dimensional extended general nonlinear Schrödinger equation, the electron momentum relaxation time shows a huge effect on peak intensity, free electron density, and fluence distributions in the focal region of the incident pulse, meanwhile a value of 1.27 fs is thought to meet the present experimental result based on the theoretical model. Further research indicates that the change of electron momentum relaxation time can have significant difference among several nonlinear mechanisms, such as the laser-induced avalanche ionization, reverse bremsstrahlung, self-defocusing of plasma, etc. Results show that the electron momentum relaxation time plays an important role in the process of femtosecond laser pulses interaction with materials.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:60908007,11174159,61205128)和上海市自然科学基金(批准号:13ZR1414800)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 60908007, 11174159, 61205128), and the Shanghai Natural Science Foundation, China (Grant No. 13ZR1414800).
    [1]

    Gattass R R, Mazur E 2008 Nature Photon. 2 219

    [2]

    Poumellec B, Lancry M, Chahid-Erraji A, Kazansky P G 2011 Opt. Mater. Express 1 766

    [3]

    He F, Cheng Y 2007 Chin. J. Lasers 34 595 (in Chinese)[何飞, 程亚2007 中国激光34 595]

    [4]

    Peng N N, Huo Y Y, Zhou K, Jia X, Pan J, Sun Z R, Jia T Q 2013 Acta Phys. Sin. 62 094201 (in Chinese)[彭娜娜, 霍燕燕, 周侃, 贾鑫, 潘佳, 孙真荣, 贾天卿2013 物理学报62 094201]

    [5]

    Richter S, Jia F, Heinrich M, Döring S 2012 Opt. Lett. 37 482

    [6]

    Agger C, Petersen C 2012 J. Opt. Soc. Am. B 29 635

    [7]

    Zhang Z X, Xu R J, Song L W Wang D, Liu P, Leng Y X 2012 Acta Phys. Sin. 61 184209 (in Chinese)[张宗昕, 许荣杰, 宋立伟, 王丁, 刘鹏, 冷雨欣2012 物理学报61 184209]

    [8]

    Mauclair C, Mermillod-Blondin A, Landon S, Huot N, Rosenfeld A, Hertel I V, Audouard E, Myiamoto I, Stoian R 2011 Opt. Lett. 36 325

    [9]

    Dai Y, Hu X, Song J, Yu B K, Qiu J R 2007 Chin. Phys. Lett. 24 1941

    [10]

    Sun Q, Asahi H, Nishijima Y, Murazawa N, Ueno K, Misawa H 2010 Opt. Express 18 24495

    [11]

    Gao Y C, Qu S L, Song Y L, Liu S T, Zhao C J, Qiu J R, Zhu C S 2005 Acta Phys. Sin. 54 143 (in Chinese)[高亚臣, 曲士良, 宋瑛林, 刘树田, 赵崇军, 邱建荣, 朱从善 2005 物理学报54 143]

    [12]

    Jin Z M, Guo F Y, Ma H, Wang L H, Ma G H, Chen J Z 2011 Acta Phys. Sin. 60 087803 (in Chinese)[金钻明, 郭飞云, 马红, 王立华, 马国宏, 陈建中2011 物理学报60 087803]

    [13]

    Tzortzakis S, Sudrie L, Franco M, Prade B, Mysyrowicz A, Couairon A, Bergé L 2001 Phys. Rev. Lett. 87 19

    [14]

    Sudrie L, Couairon A, Franco M, Lamouroux B, Prade B, Tzortzakis S, Mysyrowicz A 2002 Phys. Rev. Lett. 89 186601

    [15]

    Sun Q, Jiang H, Liu Y, Wu Z, Yang H, Gong Q 2005 Opt. Lett. 30 320

    [16]

    Burakov I M, Bulgakova N M, Stoian R, Mermillod-Blondin A, Audouard E, Rosenfeld A, Husakou A, Hertel I V 2007 J. Appl. Phys. 101 043506

    [17]

    Bellec M, Royon A, Bousquet B, Bourhis K 2009 Opt. Express 17 10304

    [18]

    Couairon A, Sudrie L, Franco M, Prade B, Mysyrowicz A 2005 Phys. Rev. B 71 125435

    [19]

    Stuart B, Feit M, Herman S 1996 Phys. Rev. B 53 1749

    [20]

    Keldysh L V 1965 Sov. Phys. JETP 20 1307

    [21]

    Rethfeld B 2004 Phys. Rev. Lett. 92 187401

    [22]

    Jia T Q, Chen H, Zhang Y M 200 Phys. Rev. B 61 16522

  • [1]

    Gattass R R, Mazur E 2008 Nature Photon. 2 219

    [2]

    Poumellec B, Lancry M, Chahid-Erraji A, Kazansky P G 2011 Opt. Mater. Express 1 766

    [3]

    He F, Cheng Y 2007 Chin. J. Lasers 34 595 (in Chinese)[何飞, 程亚2007 中国激光34 595]

    [4]

    Peng N N, Huo Y Y, Zhou K, Jia X, Pan J, Sun Z R, Jia T Q 2013 Acta Phys. Sin. 62 094201 (in Chinese)[彭娜娜, 霍燕燕, 周侃, 贾鑫, 潘佳, 孙真荣, 贾天卿2013 物理学报62 094201]

    [5]

    Richter S, Jia F, Heinrich M, Döring S 2012 Opt. Lett. 37 482

    [6]

    Agger C, Petersen C 2012 J. Opt. Soc. Am. B 29 635

    [7]

    Zhang Z X, Xu R J, Song L W Wang D, Liu P, Leng Y X 2012 Acta Phys. Sin. 61 184209 (in Chinese)[张宗昕, 许荣杰, 宋立伟, 王丁, 刘鹏, 冷雨欣2012 物理学报61 184209]

    [8]

    Mauclair C, Mermillod-Blondin A, Landon S, Huot N, Rosenfeld A, Hertel I V, Audouard E, Myiamoto I, Stoian R 2011 Opt. Lett. 36 325

    [9]

    Dai Y, Hu X, Song J, Yu B K, Qiu J R 2007 Chin. Phys. Lett. 24 1941

    [10]

    Sun Q, Asahi H, Nishijima Y, Murazawa N, Ueno K, Misawa H 2010 Opt. Express 18 24495

    [11]

    Gao Y C, Qu S L, Song Y L, Liu S T, Zhao C J, Qiu J R, Zhu C S 2005 Acta Phys. Sin. 54 143 (in Chinese)[高亚臣, 曲士良, 宋瑛林, 刘树田, 赵崇军, 邱建荣, 朱从善 2005 物理学报54 143]

    [12]

    Jin Z M, Guo F Y, Ma H, Wang L H, Ma G H, Chen J Z 2011 Acta Phys. Sin. 60 087803 (in Chinese)[金钻明, 郭飞云, 马红, 王立华, 马国宏, 陈建中2011 物理学报60 087803]

    [13]

    Tzortzakis S, Sudrie L, Franco M, Prade B, Mysyrowicz A, Couairon A, Bergé L 2001 Phys. Rev. Lett. 87 19

    [14]

    Sudrie L, Couairon A, Franco M, Lamouroux B, Prade B, Tzortzakis S, Mysyrowicz A 2002 Phys. Rev. Lett. 89 186601

    [15]

    Sun Q, Jiang H, Liu Y, Wu Z, Yang H, Gong Q 2005 Opt. Lett. 30 320

    [16]

    Burakov I M, Bulgakova N M, Stoian R, Mermillod-Blondin A, Audouard E, Rosenfeld A, Husakou A, Hertel I V 2007 J. Appl. Phys. 101 043506

    [17]

    Bellec M, Royon A, Bousquet B, Bourhis K 2009 Opt. Express 17 10304

    [18]

    Couairon A, Sudrie L, Franco M, Prade B, Mysyrowicz A 2005 Phys. Rev. B 71 125435

    [19]

    Stuart B, Feit M, Herman S 1996 Phys. Rev. B 53 1749

    [20]

    Keldysh L V 1965 Sov. Phys. JETP 20 1307

    [21]

    Rethfeld B 2004 Phys. Rev. Lett. 92 187401

    [22]

    Jia T Q, Chen H, Zhang Y M 200 Phys. Rev. B 61 16522

  • [1] 潘鹏晖, 吉鹏飞, 林根, 董希明, 赵晋晖. 飞秒激光加工熔融石英的理论和实验研究. 物理学报, 2022, 71(24): 247901. doi: 10.7498/aps.71.20221496
    [2] 吕志国, 杨直, 李峰, 李强龙, 王屹山, 杨小君. 基于光纤中超短脉冲非线性传输机理与特定光谱选择技术的多波长飞秒激光的产生. 物理学报, 2018, 67(18): 184205. doi: 10.7498/aps.67.20181026
    [3] 刘莎, 李亚飞, 蔡先勇, 张楠. 像散飞秒贝塞尔光在石英玻璃中刻写双芯光波导的研究. 物理学报, 2016, 65(19): 194210. doi: 10.7498/aps.65.194210
    [4] 张晓青, 贺号, 胡明列, 颜鑫, 张霞, 任晓敏, 王清月. 多波长飞秒激光激发下GaAs纳米线SHG特性研究. 物理学报, 2013, 62(7): 076102. doi: 10.7498/aps.62.076102
    [5] 李建锋, 周桂耀, 侯蓝田. 光子晶体光纤超连续谱的孤子俘获数值研究. 物理学报, 2012, 61(12): 124203. doi: 10.7498/aps.61.124203
    [6] 冯柳宾, 鲁欣, 刘晓龙, 葛绪雷, 马景龙, 李玉同, 陈黎明, 董全力, 王伟民, 滕浩, 王兆华, 盛政明, 魏志义, 贺端威, 张杰. 飞秒激光离焦抽运熔融石英产生超连续白光的实验研究. 物理学报, 2012, 61(17): 174206. doi: 10.7498/aps.61.174206
    [7] 曲丕丞, 王卫国, 赵无垛, 张桂秋, 李海洋. 电离效率对激光电离团簇的高价离子产物的影响. 物理学报, 2012, 61(18): 182101. doi: 10.7498/aps.61.182101
    [8] 李永宏, 刘福生, 马海云, 程小理, 马小娟, 孙燕云, 张明建, 薛学东. 动态荷载下石英玻璃的透光性及损伤演化研究. 物理学报, 2010, 59(3): 2104-2108. doi: 10.7498/aps.59.2104
    [9] 王鹿霞, 樊飞. 飞秒激光作用下异质结的线性吸收谱研究. 物理学报, 2009, 58(2): 1326-1331. doi: 10.7498/aps.58.1326
    [10] 赵磊, 隋展, 朱启华, 张颖, 左言磊. 分步傅里叶法求解广义非线性薛定谔方程的改进及精度分析. 物理学报, 2009, 58(7): 4731-4737. doi: 10.7498/aps.58.4731
    [11] 周忠祥, 王宏利, 申艳青, 刘大军, 刘 海, 何世禹, 杨德庄. 带电粒子辐照下石英玻璃和镀铝膜反射镜光学性能研究. 物理学报, 2008, 57(1): 592-599. doi: 10.7498/aps.57.592
    [12] 韩敬华, 冯国英, 杨李茗, 张秋慧, 贾 俊, 李 刚, 朱启华, 周寿桓. 纳秒激光脉冲在空气中聚焦的临界自由电子密度问题. 物理学报, 2008, 57(10): 6304-6310. doi: 10.7498/aps.57.6304
    [13] 刘博文, 胡明列, 宋有建, 柴 路, 王清月. 亚百飞秒高功率掺镱大模面积光子晶体光纤飞秒激光放大器的实验研究. 物理学报, 2008, 57(11): 6921-6925. doi: 10.7498/aps.57.6921
    [14] 王晓雷, 张 楠, 赵友博, 李智磊, 翟宏琛, 朱晓农. 飞秒激光激发空气电离的阈值研究. 物理学报, 2008, 57(1): 354-357. doi: 10.7498/aps.57.354
    [15] 徐世珍, 贾天卿, 孙海轶, 李晓溪, 程兆谷, 冯东海, 李成斌, 徐至展. 飞秒激光在石英玻璃中诱导微爆炸的理论研究. 物理学报, 2005, 54(9): 4146-4150. doi: 10.7498/aps.54.4146
    [16] 邓蕴沛, 贾天卿, 冷雨欣, 陆海鹤, 李儒新, 徐至展. 飞秒激光烧蚀石英玻璃的实验与理论研究. 物理学报, 2004, 53(7): 2216-2220. doi: 10.7498/aps.53.2216
    [17] 何 峰, 余 玮, 陆培祥. 飞秒强激光作用下线性等离子体层中光场和电子密度的自洽分布. 物理学报, 2003, 52(8): 1965-1969. doi: 10.7498/aps.52.1965
    [18] 曾惠丹, 曲士良, 姜雄伟, 邱建荣, 朱从善, 干福熹. 飞秒激光作用下金掺杂硅酸盐玻璃的光致晶化研究. 物理学报, 2003, 52(10): 2525-2529. doi: 10.7498/aps.52.2525
    [19] 顾震宇, 季沛勇. 等离子体密度对多光子电离的影响. 物理学报, 2002, 51(5): 1022-1025. doi: 10.7498/aps.51.1022
    [20] 邱建荣, 姜雄伟, 朱从善, 干福熹. 飞秒激光作用下光学玻璃和激光玻璃的光致暗化及其ESR研究. 物理学报, 2001, 50(5): 871-874. doi: 10.7498/aps.50.871
计量
  • 文章访问数:  5515
  • PDF下载量:  534
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2013-10-11
  • 修回日期:  2013-12-02
  • 刊出日期:  2014-04-05

/

返回文章
返回