近期，中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室研究團隊，在重頻依賴飛秒激光空氣成絲(si) 自聚焦閾值研究方麵取得進展。相關(guan) 研究結果以“Pulse repetition-rate effect on the critical power for self-focusing of femtosecond laser in air”為(wei) 題發表於(yu) Optics Express。
飛秒激光成絲(si) 產(chan) 生於(yu) 克爾自聚焦效應與(yu) 等離子體(ti) 散焦效應的動態平衡，在超短脈衝(chong) 壓縮、太赫茲(zi) 輻射、大氣遙感、天氣控製等領域展現出巨大的應用潛能。高重頻飛秒激光技術的發展為(wei) 光絲(si) 在穿雲(yun) 透霧、人工引雷、激光加工等領域帶來了新的機遇。近期的研究工作中，團隊聚焦高重頻飛秒激光大氣成絲(si) 過程，發現了高重頻飛秒激光成絲(si) 的特性和規律，（Adv. Photon. Res. 4, 2200338 (2023)）澄清了脈衝(chong) 累加效應對光強（High Power Laser 11, e46 (2023)）、等離子體(ti) 密度和溫度的影響機製（Chin. Opt. Lett. 22, 013201 (2024)），解決(jue) 了脈衝(chong) 累加效應導致光絲(si) 自動的瓶頸問題（Light: Sci. & Appl. 13, 42 (2024)）。然而，自聚焦閾值是評價(jia) 成絲(si) 過程是否發生的關(guan) 鍵參數，高重頻依賴的脈衝(chong) 累加效應對飛秒激光絲(si) 自聚焦閾值的影響尚不明確。 圖 1. 入射能量為(wei) (a) 240 µJ、(b) 280 µJ、(c) 300 µJ 和 (d) 325 µJ 且重複頻率為(wei) 1 kHz 時光絲(si) 誘導軸上熒光信號。(e) 傳(chuan) 統高斯擬合和雙峰擬合的殘差圖。 在這項工作中，研究人員利用飛秒激光空氣成絲(si) 過程中幾何聚焦與(yu) 克爾自聚焦的雙重作用，提出了一種基於(yu) 雙峰擬合的確定自聚焦閾值的新方法。並通過深入分析殘差、均方根誤差、擬合確定係數等證明所提出的方法優(you) 於(yu) 傳(chuan) 統的高斯擬合法，可以更為(wei) 精準地確定自聚焦閾值。研究團隊測量了空氣中1kHz，500Hz，100Hz以及50Hz重頻下的飛秒激光成絲(si) 自聚焦閾值，發現了相比於(yu) 較低重頻、高重頻飛秒激光脈衝(chong) 在空氣中傳(chuan) 輸自聚焦閾值更低、更容易成絲(si) 的新規律，數值模擬結果證實了實驗規律的準確性。這項工作為(wei) 自聚焦的研究提供了新的思路，在深入理解高重頻飛秒激光絲(si) 特征方麵具有重要意義(yi) 。 圖 2. 重複頻率為(wei) (a) 1 kHz、(b) 500 Hz、(c) 100 Hz、(d) 50 Hz 時，光絲(si) 誘導熒光信號的峰值位置（雙峰擬合）與(yu) 脈衝(chong) 能量的函數關(guan) 係。紅色擬合線之間的交點表示自聚焦閾值。(e) 使用傳(chuan) 統高斯擬合（藍色）和雙峰擬合（紅色）得到的自聚焦閾值與(yu) 重頻的函數關(guan) 係。
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