飞秒超快纹影技术实验方法研究

Schlieren technique can present tiny variation of the refractive index in a transparent medium, which has been widely applied in diagnosis of the flow field. Recently, the conventional time-resolved schlieren can only reach the order of ns time resolution, but ultrafast femtosecond laser-induced plasma process requires picosecond or femtosecond time resolution. This project present an ultrafast time-resolved Schlieren technique, which uses femtosecond laser as the light source，and combined plasma diagnostics and Schlieren technique together, to realize the femtosecond time scale resolution. We will measure the ultrafast dynamics of the plasma channel formed by femtosecond laser pulses transport in air, and obtain spatial and temporal distribution of electron density in plasma. A variety of diagnostic studies of ultrafast femtosecond scale flow field will be also investigated. In addition, we will experimentally and theoretically study the ultrafast processes during filamentation of femtosecond laser pulses propagation as well.

纹影技术能够显示透明介质中折射率的微小变化，被广泛应用于流场诊断研究中。目前常规的时间分辨纹影只能达到ns量级的时间分辨率，而飞秒超快强激光诱导等离子过程需要皮秒甚至飞秒量级的时间分辨能力。本项目提出一种采用飞秒激光做为纹影光源的超快时间分辨纹影技术，并将等离子体诊断和纹影技术相结合，实现飞秒时间尺度上的分辨能力，测量飞秒激光脉冲在空气中传输形成的等离子体通道的超快动力学过程，得到等离子体电子密度时空分布，进而实现飞秒尺度的各种超快流场诊断研究。此外，我们还将通过相关实验及数值模拟结果，研究飞秒激光脉冲传播成丝中发生的各种超快过程。

纹影技术能够显示透明介质中折射率的微小变化，被广泛应用于流场诊断研究中。采用飞秒激光做为纹影光源的超快时间分辨纹影技术，并将等离子体诊断和纹影技术相结合，实现飞秒时间尺度上的分辨能力，测量飞秒激光脉冲在空气中传输形成的等离子体通道的超快动力学过程，得到等离子体电子密度时空分布，实现飞秒尺度的各种超快流场诊断研究。基于Matlab的图像模式的互关联位移矢量场分析程序，实现计算粒子位移矢量场和包含特征结构的图像模式分析的功能。同时可用于分析流体场，纹影照片的涡度场，甚至更高阶的变换系数分布等。由于互关联算法基于频域上的模式匹配（基于傅里叶变换）对图像的强度及特征结构不敏感，被广泛用于模式匹配算法中。通过超快纹影技术，我们研究了不同聚焦条件下成丝从产生到传播的各阶段演化动力学行为的异同。与此同时，结合纹影技术，我们通过对成像的相对光强变化来反推成丝处等离子体密度的时间-空间演化，比较不同条件下成丝过程的异同之处，从而对成丝的产生机制以及其应用方面加以研究。通过相关实验及数值模拟结果，研究飞秒激光脉冲传播成丝中发生的各种超快过程。