摘要
飞秒强激光技术的迅猛发展使强光场可以在实验室中产生，这使得激光与物质的相互作用进入到了一个前所未有的高度非线性范畴，研究这些非线性过程具有重要的科学意义和应用价值。例如，伴随非线性光学的发展，诞生了非线性光谱学，大大提高了光谱分辨率；通过非线性共轭效应的研究，出现了非线性光学相位共轭技术，促进了自适应光学的发展；在光纤光学中，通过研究光孤子效应的产生和传输，推动了光孤子通信的发展等等。飞秒强激光在介质中的非线性传输是强激光领域的重要研究课题，这些过程的实现孕育着科学技术上的重大突破，对未来科学技术的发展将产生深远影响。 本论文针对激光对比度提升、云通道产生两种不同的应用，分别研究了飞秒强激光在BaF2晶体、大气中的传输过程。主要取得了以下研究结果和进展。 为了弥补以往交叉极化波（XPW）研究中对高阶色散的忽略，我们建立了一个完整的、稳健的耦合非线性薛定谔方程，并使用一套自编的代码采用傅里叶变换法以及四阶龙格库塔法进行数值求解。研究结果表明：1、若不对各阶色散进行足够控制，它们均可对XPW的生成产生不同畸变，并极大削弱主脉冲的峰值能量，导致转换效率和对比度下降。2、不考虑消光比时，交叉极化波的对比度提升约为入射脉冲对比度的三次方，考虑10-6的消光比时，对比度提升在5个数量级左右。 为了验证飞秒强激光成丝产生云通道的可行性、可控性并分析其中主要的物理机制，我们数值模拟并实验给出了洁净空气中飞秒激光参数对成丝产生和控制的影响；实验研究了云雾中不同激光参数下成丝对云通道的影响。研究结果表明：1、可以通过改变激光初始参数控制成丝起始位置和成丝长度。2、在改变不同初始激光参数条件下，成丝对于云通道的产生都是可行、可控并且稳定的。3、影响云通道的关键物理机制为成丝诱导的声波效应。4、测量了云通道的寿命大于1.0ms，通道直径大于2.0mm，且长度可控。
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