单级太赫兹驱动直线加速器 。
2.1原则
泵浦-探针成像系统由延迟级、激光源、分束器和成像检测器组成 ， 如图1所示 。 分束器将泵浦和探针分支与激光脉冲分离 ， 并照射到样品区域 。 在某些应用中 ， 有两种激光器分别用于泵浦和探测 ， 例如纳秒（泵浦）和皮秒（探测）激光器 。 泵浦光束用于激发样品并诱导动态现象 。 同时 ， 探测脉冲通过该相互作用区域并照射探测器 ， 携带瞬态信息 。 泵脉冲和探测脉冲之间的延迟可通过机械和电子设备进行调整 ， 这些设备可确定整个动态过程的不同时间片 。
图1泵-探头成像系统示意图 。
泵-探头技术包括两个核心概念 。 首先 ， 通过时空变换技术将时间分辨率需求映射到空间分辨率需求 ， 确保检测开始时的飞秒精度定位能力 。 由于光速恒定 ， 光的传播距离与时间成正比 ， 光路对应于时间1?fs为0.3?μm 。 当前的空间分辨率能力可以是纳秒级 ， 对应于阿秒级的时间分辨率 。 其次 ， 它使用超短激光脉冲代替传统的连续光来实现超短的相机快门时间 。 在这种情况下 ， 传感器的实际曝光时间由激光脉冲持续时间确定 。 随着阿秒激光的出现 ， 理论上曝光时间可以达到阿秒水平 。 因此 ， 泵-探头技术的时间分辨率可能比最快电子设备的响应时间（皮秒级）快数千倍 。
2.2超短激光加工中的动力学
Winter等人首次观察到飞秒激光烧蚀两种工业金属样品（铝和不锈钢）的完整动力学过程 。 图2显示了他们关于铝和不锈钢表面动力学的结果 ， 在100 ps的时间延迟下产生的牛顿环及其随时间的膨胀 。 时间分辨率为100?ps ， 观察时间最多3分钟?并且可以实现八个不同的可视化时间范围 。 通过选择高功率激光烧蚀Al ， 实现了能量注入远高于烧蚀阈值的飞秒激光烧蚀的动态过程 ， 获得了50μ?fs至10ns的?记录 。 Zhang等人记录的阴影图首次以直观的方式提供了有趣的混合消融过程的直接动态图像 。
图2从泵-探头反射法（PPR）测量Al in（A）和不锈钢in（B）的表面动力学的时间分辨测量 。
当高能激光脉冲照射电介质或半导体材料时 ， 库仑爆炸是一种可能的机制 。 此外 ， 在靶被超快激光脉冲加热后 ， 由于烧蚀区域的突然热膨胀 ， 可能会形成强烈的热弹性波 。 这种热弹性冲击波可能导致目标材料内部的剥落或碎裂 ， 并最终导致物质喷射 。 目前 ， 对飞秒激光诱导等离子体产生的动态过程的研究主要通过单脉冲辐照进行 。 然而 ， 多脉冲激光烧蚀过程中的等离子体动力学仍不清楚 。 因此 ， 通过研究硅的多个飞秒激光脉冲烧蚀过程中的激光诱导等离子体动力学 ， 在飞秒时间尺度上直接观察到空气等离子体的结构-物质激发 ， 揭示了等离子体和冲击波膨胀的机制 。 这两种基本机制对于深入了解超快激光与物质之间相互作用的性质具有重要意义 。 图3显示了飞秒时间尺度上激光烧蚀硅的时间分辨阴影图 。 第一脉冲辐照不能激发瞬态现象 。 然而 ， 当探针延迟为300fs时 ， 会出现狭窄的暗区 ， 并且暗区随着探针在激光相反方向上的延迟而增加 。
图3在飞秒时间尺度上探测延迟时激光烧蚀硅的时间分辨阴影图 。
超短激光脉冲烧蚀过程受瞬态动力学影响 。 超短激光脉冲在空气中具有高达1012 K/s的快速冷却速率 。 然而 ， 当在液体中进行时 ， 超短脉冲烧蚀过程变得极其复杂 ， 烧蚀率在飞秒和皮秒的时间尺度上存在差异 。 因此 ， 在飞秒和皮秒时间尺度上观察了铁在不同液体中的烧蚀过程 。 结果表明:在激光烧蚀前10 ps内 ， 空气和液体的烧蚀过程基本相同;然而 ， 10 ps后 ， 与通常在空气中观察到的烧蚀过程有显著的不同同时 ， 由于液体环境的影响 ， 反射率不会因散射和吸收而降低 ， 而是增加 ， 并强烈依赖于使用的液体 。 上述结果说明了激光烧蚀过程中液体环境对烧蚀过程的影响 。
2.3强激光下光学元件的损伤机理
ICF器件 ， 如国家点火装置(NIF) ， 对超精密光学元件有很大的需求 ， 而超精密光学元件在高功率激光系统中容易损坏和失效透明光学元件的损伤机理研究一直是一个重要的科学课题 。 光学元件在制造过程中形成的小裂纹通常被认为是损坏的原因 。 具有纳秒时间分辨率的TRPP可以捕获激光损伤的时间变化 。 缺陷吸收激光能量 ， 引起局部温升 ， 导致材料与空气界面处形成等离子体 。 等离子体膨胀并产生冲击波和应力波 。 最终 ， 激波和应力波引起周向和径向裂纹 ， 从而导致坑状结构的出现 。 通过TRPP记录动态过程 ， 如图4所示 ， 当激光延迟在2.5 ns以下时 ， 透射光学没有明显损伤 。 但随着时间的推移 ， 传动元件的中心呈现出模糊结构 ， 逐渐变成凹坑 。
推荐阅读
- 南昌一起女大学生为傍上富豪引起的荒唐伦理闹剧
- 2021年，山东一起女大学生与男老板合租，引发的荒唐伦理闹剧
- 零下196℃的液氮到底有多可怕？与人接触后的变化让人惊讶
- 案例：2021年，江苏一桩中年男子与女子合租引发的伦理闹剧
- 动物中的铁浮屠金刚狼，外表坚硬，世上唯一将铁注入外骨骼的动物
- 纪实：女大避父！上海一老汉酒醉后，女儿遭殃，引发一起伦理悲剧
- 先有鸡还是先有蛋？生物学家：化石证据表明，鸡蛋比鸡更早出现
- 纪实：广东一桩荒唐不伦恋引起的伦理悲剧
- 2014年江苏泰兴一起婚外恋引发的伦理悲剧