飛秒激光誘導水光學擊穿過程的數(shù)值模擬和實驗研究.pdf

1、飛秒脈沖激光技術在過去的十幾年中的快速發(fā)展，不僅使飛秒脈沖激光應用在微納加工、非線性顯微成像、激光燒蝕推進等領域，而且使其在生物學和醫(yī)學領域呈現(xiàn)出了廣闊的應用前景?？紤]到多數(shù)生物組織和體液的含水量平均達到百分之八十以上，因此對飛秒激光與水相互作用機制的研究成為許多科研工作者共同研究的對象。本文對單個飛秒激光脈沖誘導純凈水產生光學擊穿的物理過程進行了理論和實驗研究，論文的主要內容和結果如下：
　　 1．對脈沖顯微數(shù)字全息術的記錄和

2、再現(xiàn)過程進行了理論分析并用其記錄飛秒激光與純凈水相互作用過程中產生的實驗現(xiàn)象。
　　 2．根據(jù)現(xiàn)有的飛秒激光在水中產生擊穿的機制，并結合自由電子密度速率方程數(shù)值模擬了不同波長和脈沖寬度的激光在純凈水中產生擊穿的閾值和擊穿區(qū)域內自由電子密度的分布情況，分析了多光子電離和雪崩電離兩種擊穿機制在自由電子產生過程中的作用。
　　 3．采用脈沖顯微數(shù)字全息術，對脈沖寬度為50fs、峰值功率為76MW的單個飛秒激光脈沖在純凈水中產生

3、擊穿的動態(tài)過程進行了全息記錄，獲得了一系列具有飛秒時間分辨的動態(tài)數(shù)字全息圖；通過數(shù)字再現(xiàn)，獲得了擊穿區(qū)域內等離子體和沖擊波的相位信息。
　　 4．通過從相位圖中測量同一入射功率下沖擊波不同位置處半徑和離心率分別隨時間的變化關系，我們認為等離子體中部產生的沖擊波的傳播機制類似于柱面波傳播；等離子體兩端產生的沖擊波類似于球面波傳播。此外我們還計算了沖擊波的波速和壓強分布，從獲得的計算結果可以看出，等離子體中部產生的沖擊波的壓強大于由