利用基于液晶空间光调制器的飞秒激光脉冲整形技术,对飞秒激光在熔融石英中形成等离子体丝的过程进行优化控制研究。实验结果表明:通过脉冲整形可以在固体介质中的指定位置产生等离子体丝。实现了整形脉冲在熔融石英中成丝起点的长距离可控移动,最大移动量达到5.4 mm。通过求解(3+1)维非线性薛定谔方程,对整形脉冲在熔融石英中的成丝过程进行理论模拟研究,得到了与实验一致的结果。研究结果表明:等离子体丝起始位置是由整形飞秒脉冲的中心峰值强度和包络分布决定的。

为了研究飞秒激光等离子体丝阵列对10 GHz微波传输特性的影响, 利用COMSOL软件构建了飞秒激光等离子体丝阵列与微波相互作用的数值仿真模型, 研究了等离子体丝阵列参数、等离子体特征参数、阵列层数对微波反射率和透射率的影响。数值结果表明: 当微波的电场方向垂直于等离子体丝轴向时, 无论微波相对于丝阵列的入射角如何变化, 丝阵列对微波完全没有影响。增加丝的直径或者电子数密度、减少阵列间距或者电子温度都可以使反射率增加, 透射率减小。光丝直径为500 μm, 阵列间距为1 mm的等离子体丝阵列对10 GHz微波反射率最大可达到0.88, 此时等离子体的特征参数为ne=1×1023 m-3, Te=0.3 eV。当增加丝阵列的层数时, 透射率减小, 最终趋近于0, 而反射率则保持不变。该研究结果对飞秒激光等离子体丝阵列屏蔽干扰微波具有重要意义。

研究了脉冲能量对飞秒激光等离子体丝形成的影响, 基于荧光光谱法和照相图像法得到脉冲能量对飞秒激光等离子体丝长度和成丝起点的影响规律。实验结果表明：飞秒激光在大气中传输时, 经透镜聚焦后形成较长的等离子体丝; 随着脉冲能量的增大, 等离子体丝的成丝起点位置向聚焦透镜位置移动, 同时等离子体丝的长度增加; 等离子体丝辐射的N2 337 nm荧光谱线强度峰值位置靠近聚焦透镜, 并且整体荧光光谱强度得到增强; 相比于照相图像法, 荧光光谱法测量得到的等离子体丝长度更加可靠。最后对脉冲能量对等离子体丝起点位置的影响进行了理论解释。