飛秒激光誘導(dǎo)水光學(xué)擊穿過(guò)程的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、飛秒脈沖激光技術(shù)在過(guò)去的十幾年中的快速發(fā)展，不僅使飛秒脈沖激光應(yīng)用在微納加工、非線性顯微成像、激光燒蝕推進(jìn)等領(lǐng)域，而且使其在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域呈現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景?？紤]到多數(shù)生物組織和體液的含水量平均達(dá)到百分之八十以上，因此對(duì)飛秒激光與水相互作用機(jī)制的研究成為許多科研工作者共同研究的對(duì)象。本文對(duì)單個(gè)飛秒激光脈沖誘導(dǎo)純凈水產(chǎn)生光學(xué)擊穿的物理過(guò)程進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究，論文的主要內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　 1．對(duì)脈沖顯微數(shù)字全息術(shù)的記錄和

2、再現(xiàn)過(guò)程進(jìn)行了理論分析并用其記錄飛秒激光與純凈水相互作用過(guò)程中產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
　　 2．根據(jù)現(xiàn)有的飛秒激光在水中產(chǎn)生擊穿的機(jī)制，并結(jié)合自由電子密度速率方程數(shù)值模擬了不同波長(zhǎng)和脈沖寬度的激光在純凈水中產(chǎn)生擊穿的閾值和擊穿區(qū)域內(nèi)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(jī)制在自由電子產(chǎn)生過(guò)程中的作用。
　　 3．采用脈沖顯微數(shù)字全息術(shù)，對(duì)脈沖寬度為50fs、峰值功率為76MW的單個(gè)飛秒激光脈沖在純凈水中產(chǎn)生

3、擊穿的動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行了全息記錄，獲得了一系列具有飛秒時(shí)間分辨的動(dòng)態(tài)數(shù)字全息圖；通過(guò)數(shù)字再現(xiàn)，獲得了擊穿區(qū)域內(nèi)等離子體和沖擊波的相位信息。
　　 4．通過(guò)從相位圖中測(cè)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(shí)間的變化關(guān)系，我們認(rèn)為等離子體中部產(chǎn)生的沖擊波的傳播機(jī)制類(lèi)似于柱面波傳播；等離子體兩端產(chǎn)生的沖擊波類(lèi)似于球面波傳播。此外我們還計(jì)算了沖擊波的波速和壓強(qiáng)分布，從獲得的計(jì)算結(jié)果可以看出，等離子體中部產(chǎn)生的沖擊波的壓強(qiáng)大于由