《量子電子學報》 2020年第五期“激光大氣傳輸與探測”專輯封面文章:

TENG Hao,LU Xin,SHEN Zhongwei,CHEN Shiyou,CHEN Rongyi,WEI Wenshou,WEI Zhiyi. Properties of long plasma-channel generated by TW
femtosecond laser in natural environmental air[J]. Chinese Journal of Quantum Electronics, 2020, 37(5): 513-523.
飛秒激光具有脈沖寬度窄、峰值功率高的特性,在大氣中傳輸時,由于非線性自聚焦效應將電離空氣產(chǎn)生等離子體,而等離子體對飛秒激光具有散焦效應,當自聚焦與散焦達到動態(tài)平衡時,飛秒激光光束就能近準直地傳播很遠的距離,同時形成一條具有一定導電性能的等離子體通道,并伴隨有錐角的超連續(xù)白光輻射,其中波長越短的部分,對應的錐角越大,從而形成一個從內(nèi)到外環(huán)狀分布的多彩圓斑分布。
飛秒激光等離子體通道由于方向性好、效率高、啟動快速、光譜范圍寬、導電性優(yōu)良等優(yōu)點,在空氣環(huán)境檢測、人工影響天氣、激光通信、激光雷達、引導電磁輻射等方面具有十分重要的應用前景。但要達到實際應用,等離子體通道需要達到公里量級、壽命毫秒量級。在科技部支撐計劃項目和國家自然基金項目的支持下,中國科學院物理研究所光物理實驗室利用自主開發(fā)的可搬運飛秒太瓦鈦寶石激光系統(tǒng),與新疆氣象局沙漠研究所合作,進展了高原野外環(huán)境下超長等離子體通道產(chǎn)生及傳輸?shù)难芯俊T跓o恒溫設備的情況下,通過預控制飛秒激光的色散及準直特性,不需要任何聚焦透鏡,直接在空氣中產(chǎn)生了長度兩公里以上的等離子體通道,觀察到了具有超強特性的寬帶白光超連續(xù)光譜,測量了不同位置處等離子體通道內(nèi)的電子密度和誘導高壓放電。結(jié)果表明通過控制飛秒激光的相關(guān)參數(shù),進一步提升等離子通道的長度及等離子體壽命,增強導電特性,從而實際用于環(huán)境監(jiān)測、定向放電、人工影響氣象等工作是可行的。
課題組介紹:
中國科學院物理研究所光物理實驗室L07組成立于2005年,現(xiàn)有研究人員9人,博士后及各類研究生30余名,組長為魏志義研究員。研究組主要從事超快超強激光技術(shù)及精密測量物理等研究,先后承擔了基金委、科技部及中國科學院的多項重要項目,在超短脈沖激光的產(chǎn)生、放大、同步、頻率擴展及載波包絡相位的測量與控制等方面開展了系統(tǒng)深入的工作,發(fā)展了多類新型的全固態(tài)鎖模激光、光纖鎖模激光、飛秒?yún)⒘考す狻⒏呔韧郊す?、飛秒放大激光及光學頻率梳等。研制成功“極光”系列飛秒超強激光裝置,獲得峰值功率達1.16 PW的高對比度超強飛秒激光輸出,創(chuàng)造了同類研究當時的世界紀錄,入選中科院改革開放40年來的40項代表性成果之一;建成先進的阿秒激光產(chǎn)生和測量裝置,得到最短脈寬160阿秒的極紫外(EUV)激光脈沖,實現(xiàn)了我國阿秒激光脈沖零的突破,發(fā)展了基于自差頻技術(shù)的系列光學頻率梳,得到綜合指標與性能國際先進的結(jié)果及器件。多項成果通過了中科院等單位組織的鑒定,部分成果進一步開發(fā)為超快激光產(chǎn)品,提供國內(nèi)外多家用戶。先后獲得國家技術(shù)發(fā)明二等獎、國家自然科學二等獎、中國科學院杰出科研成就集體獎、中科院科技促進發(fā)展獎二等獎、中國科學院科技進步二等獎及軍隊科技進步二等獎等獎項,迄今在Nature Photonics,Physical Review Letters, Optics Letters 等期刊上發(fā)表相關(guān)學術(shù)論文400余篇,在國際學術(shù)會議上作特邀報告70余次,主辦重要國際會議5次。
