周期量级极端超快强激光非线性成丝新效应研究

飞秒强激光与透明物质相互作用时，一个重要的现象是长距离的成丝。这种现象产生的主要原因是介质非线性引起的光自聚焦效应与一些散焦效应的动态平衡。近十年来，由于在大气污染物监测、激光引雷以及光脉冲自压缩等领域的潜在应用，飞秒激光成丝现象一直是国际上十分活跃的研究领域。然而，一些关于成丝机理的基本问题仍然存在争议。本项目重点探索两方面问题。一是少周期甚至单周期激光脉冲成丝时存在一些特有的新奇现象或效应，例如分离的紫外超连续谱等，并探索少周期脉冲与多周期脉冲成丝的异同之处；二是结合不同电离模型和实验结果，探索光丝中的主要散焦机制以及光丝中等离子体通道的作用，我们希望通过一些理论和实验研究证明等离子体是主要的散焦机制。在此基础上，初步实验探索飞秒强激光长距离成丝现象在人工降雨等方面的应用。

强场飞秒激光脉冲在透明介质中传输引起的成丝现象是近年来强场激光物理领域的一个研究热点，具有许多潜在的应用价值。飞秒激光脉冲在透明介质中传输时，能够引起介质的高阶非线性效应，从而引发激光脉冲在介质中的自聚焦效应；当激光脉冲峰值强度增大到一定程度时，能够引发介质的较强电离，产生的低密度等离子体能对激光脉冲产生散焦效应。通常认为这种非线性自聚焦效应与等离子体散焦效应的动态平衡，导致激光脉冲在透明介质中的长距离自导传输。飞秒激光脉冲在透明介质中的传输是超快强场激光物理领域的重要研究课题之一，它涉及到各种激光电离机制、非线性传输效应等问题的研究，具有重要的科学意义和潜在应用价值。. 本项目结合飞秒成丝领域的一些新的热点问题和一些最新的科学进展，进行了一系列研究工作。主要内容如下：（1）研究了飞秒厄米—高斯激光在氩气中传播的动力学过程和光丝间的相互作用效应，该结果可以帮助人们理解为什么很难通过多丝之间的熔合来为单丝补充能量。(2) 研究了飞秒激光在非均匀密度氩气中传播和成丝的动力学过程。(3) 利用数值模拟的方法在理论上对飞秒激光诱导水凝结和降雪过程中产生的气流运动进行了解释, 成功模拟了不同飞秒激光斩波频率对气流运动的影响，结果也表明飞秒激光的具体加热方式对气流的影响非常显著。(4) 研究了飞秒激光在氩气中成丝时，高阶克尔效应所扮演的主要角色。