皮秒参数测量系统中聚焦特性的在线诊断方法

聚焦特性是一项非常重要的技术指标,它直接决定着激光装置的峰值功率密度。提出了一种大口径、高能量激光的聚焦特性诊断方法,可用于实现皮秒拍瓦激光系统的聚焦特性在线诊断功能。该方法设计了基于长焦距透镜法的高精度、低误差的远场测量单元,然后通过焦斑测量单元的测试数据来校验远场测量单元,最后提供皮秒拍瓦激光聚焦特性的实时诊断功能。实验结果表明,远场测量单元和焦斑测量单元的测试数据之间的相似度接近于1。因此,可以通过远场测量单元的测试数据,结合皮秒拍瓦激光的能量、脉宽数据,实现物理实验过程中的峰值功率密度实时监测功能。     

皮秒自相关仪的性能测试研究

为了实现皮秒拍瓦激光的精密测试,研制了专用的皮秒自相关仪。选用无色散元件,提高了测量结果的可靠性。采用自标定方法标定时间分辨率,用超限法标定时间测量范围,用极值法标定脉冲响应特性。实验结果表明,皮秒自相关仪的时间分辨率为0.1ps/pixel,时间测量范围为26ps,脉冲响应特性的值为300fs。该皮秒自相关仪能够满足皮秒啁啾脉冲的时间宽度精密测试要求。     

拍瓦装置皮秒测量系统立体空间激光光路的快速自动准直

拍瓦激光参数诊断过程中,为满足单脉冲信噪比测量仪中周期性极化铌酸锂(PPLN)晶体对光束偏振态的要求,皮秒测量平台的光路排布中采用了立体空间分布结构。针对单脉冲信噪比测量仪快速精确的在线准直要求,推导出马达调整的4×4维线性矩阵的数学模型算法,实现皮秒测量平台立体空间激光光路的快速精确准直。实验结果表明,该准直算法能够保证马达调整3次以下,准直时间2 min以内,实现近场准直精度小于0.16 mm,远场调整精度小于0.17 mrad。满足信噪比测量对准直精度和准直时间的要求,使得信噪比信号获取成功率由10%提升到90%,保障拍瓦激光信噪比实验结果满足总体要求(大于106)。     

基于皮秒拍瓦激光的高分辨X射线背光照相研究

基于皮秒拍瓦激光产生的高能X射线源具有强度高、脉宽短、焦点小的特点,利用这种X射线源发展出来的高时空分辨率X射线点投影背光照相是强加载条件下材料动态响应,以及惯性约束聚变等高能量密度物理研究中亟需的重要诊断技术。目前,研究人员主要依靠TITAN、OMEGA-EP和神光Ⅱ升级等大型皮秒拍瓦激光装置,对皮秒拍瓦激光与固体靶相互作用产生的X射线的能谱、转换效率、分辨率等关键参数进行了研究,发展了点投影背光照相技术,并开展了动态演示实验,成功获得了惯性约束聚变内爆过程和冲击加载材料微喷过程的演示图像。     

一种短时间间隔测量方法的研究及其FPGA实现

介绍了基于FPGA(Field-Programmable Gate Array)实现高精度时间间隔测量的系统结构及关键技术.采用锁相环对时钟源进行倍频、相移产生多路相关联的参考时钟,对短时间间隔进行双边沿采样测量,从而等效提高时钟频率,减小量化误差,提高了时间间隔测量的分辨率.最大分辨率可达625ps,测量范围优于20s,为更高精度的时间间隔测量提供更小的测量范围,从而为精细测量专注于更高的分辨率和测量精度打下基础.     

基于铷原子钟和双TDC-GP2的高精度时间基准测量系统的设计

针对目前精密时间基准测试仪测量精度低、分辨率低、测量范围小、设计复杂等不足,结合最新的时间-数字转换技术,设计了基于铷原子钟和双TDC-GP2的高精度时间基准测量系统。结合FPGA和上位机,在简化设计的基础上实现了时间基准偏差的高精度、高分辨率、大量程连续测量。经过测试,系统测量量程为1ns~1s,时差测量分辨率达到100ps,精度达0.0015%±0.3ns,满足设计要求。     

IBMPC/XT计算机控制精密光学自相关器和实验数据采集与处理自动化系统

本文介绍一种用于皮秒和飞秒级超短激光脉冲和激光与物质相互作用的超快过程测量的IBMPC/XT计算机控制精密光学自相关器和实验数据采集与处理自动化系统。该系统既可进行自相关测量,又可进行干涉强度自相关测量。仪器的时间分辨率达0.3fs.     

1.3 μm高脉冲能量锁模皮秒再生放大器

报道了激光二极管抽运工作波长为1.3 μm的高能量皮秒再生放大器,种子源为重复频率65 MHz、平均输出功率140 mW的被动锁模皮秒激光振荡器。通过优化再生放大器,获得了重复频率为1 kHz、脉宽小于20 ps、单脉冲能量大于1 mJ的高脉冲能量皮秒脉冲激光,脉冲能量稳定性均方根值小于0.3%,其倍频光束671 nm的质量因子M2小于等于1.1,这表明再生放大器输出激光具有很好的光束质量。     

飞秒和皮秒激光器标定X射线条纹相机性能研究

为激光惯性约束聚变(ICF)诊断,研制了一台 大动态范围X射线皮秒条纹相机系统。分别使用130fs 和8ps的紫外激光器搭建了X射线条纹相机的动态测试系统,标定了条纹相机的性能。两组 标定条件下, 实验结果显示,X射线条纹相机极限时间分辨率为5.0ps,动态范围 分别为513.7∶1和2237.1∶1。理论分析了 实验结果的差异由于光电子的空间电荷效应导致,其中包括时间弥散和技术时间分辨率中的 空间展宽。在 飞秒和皮秒激光激励条件下,飞秒电子脉冲的发射电流密度是皮秒电子脉冲的 61.5倍,飞秒电子脉冲的空 间电荷效应导致的条纹相机时间弥散和空间展宽更大,对条纹相机极限性能作用程度更大。 本文研究结果对 分析X射线条纹相机中时间和空间信息的物理机制具有重要作用,对优化设计条纹相机系统 ,激光测试和标定条纹相机性能具有指导意义。     

选通电脉冲宽度和幅度对微通道板选通软X射线 皮秒分幅相机时间分辨的交互作用

 微通道板(MCP)选通软X射线皮秒分幅相机(XPFC)的动态时间分辨率是其重要的性能指标之一.通过基于均匀设计分析法建立的MCP-XPFC的动态时间分辨率回归方程着重分析了选通电脉冲的宽度和幅值对MCP-XPFC的动态时间分辨率的交互影响.在选通电脉冲V1(t) (250ps,1200V)和V2(t)(170ps,1400V)的作用下,利用MCP-XPFC的选通理论模型、均匀分析法回归方程、以及飞秒激光系统分别对相机的动态时间分辨率进行了理论计算和实验测试,并对结果误差进行了分析.对于250ps的选通脉冲适合的电压范围约为800~1200V,而对于170ps的选通脉冲适合的电压范围为1100~1200V.     

星载激光测距仪的高精度时间间隔测量单元

高精度时间间隔测量单元(TIU)是星载激光测距仪的关键部件。基于现场可编程门阵列(FPGA)研制出了满足星载要求的高精度、高集成度时间间隔测量单元。该单元采用数字计数法结合数字延迟线插入法的技术,在0.5~10 km的测量距离范围内,时间分辨率为500 ps。通过地面检测,在全程范围内保持了良好的线性度,标准偏差小于270 ps。该单元同时具备测量脉冲回波宽度的能力,可以获取目标的脉冲展宽信息。由于单元选用的元器件都具有航天产品性能,因此其设计和技术指标可满足星载激光测距仪的应用。     

纳秒整形激光脉冲波形的高对比度诊断

激光脉冲波形的精密诊断是大型激光装置运行控制和精密物理实验的前提,而动态范围的大小是衡量诊断系统的关键指标之一。为了满足高功率激光装置对纳秒级整形激光脉冲对比度控制及精密诊断的需求,采用双探测器与数字示波器四通道分组并行取样的诊断方法,通过将整形激光脉冲分解为不同的幅值区域并送入示波器的不同输入通道,每个通道采用不同的垂直灵敏度档位进行探测,最后利用共同的时基完成波形的对接重构。研究结果表明,采用的方法可以实现2 500:1的动态范围,在偏差为2%的测量精度内,可以实现对比度高达100:1的多台阶整形脉冲的全波形测量。     

噪声对星载激光测高仪测距误差的影响

噪声是影响星载激光测高仪测距误差的重要因素。根据星载激光测高仪接收脉冲回波和噪声的分布特点,推导出接收脉冲回波信号时间重心的方差的理论表达形式,建立了噪声对激光测距误差的影响模型。基于激光测距误差最小化的原则,提出了一种星载激光测高仪低通滤波器的优化设计方法。以Geosicence Laser Altimeter System(GLAS)激光测高仪基本测量参数为输入条件,仿真分析了激光测距误差和低通滤波器均方根脉宽的优化结果的分布规律。对于倾斜度为0~40且粗糙度为0~15 m范围内的目标而言,噪声所导致的激光测距误差范围为0.28~32.49 cm,相应地,低通滤波器均方根脉宽优化值的范围为1.4~57.4 ns。针对倾斜度在1范围内的目标,解算得到GLAS星载激光测高仪低通滤波器均方根脉宽为2.2 ns,这与其实际公布的2 ns很接近。同时,低通滤波器的优化结果所对应的激光测距误差发生大幅减小,其最大值减小至10.93 cm,减小幅度接近3倍。结果表明,噪声是影响星载激光测高仪测距误差的重要因素,合理设计低通滤波器的参数可以消除其部分影响,这对于星载激光测高仪的硬件设计和性能评估具有一定实际应用价值。     

Improved on-chip self-triggered single-event transient measurement circuit design and applications

Single-event transient (SET) induced soft errors are becoming more and more a threat to the reliability of electronic systems in space. The SET pulse width is an important parameter characterizing the possibility of an SET being latched by a sequential element such as a flip-flop. This paper improves the widely used on-chip self-triggered SET measurement circuit by changing it from a single SET measurement module to a combination of two modules. One module is responsible for measuring narrow SET pulse widths while the other is responsible for measuring modest and wide SET pulse widths. In this way, the range of measurable SET pulse width is increased. Pulsed laser facility is used to simulate single-event transients induced by single-particles. Experimental results demonstrate that the minimum accurately measured SET pulse width is decreased from 166.5 ps to 33.3 ps after adopting the proposed design when compared with the original one. SET pulse width broadening effect was also observed using the measurement system. The broadening factor was measured to be 0.123–0.143 ps/inverter.     

100MW级高峰值功率高光束质量Nd:YAG激光器

报道了一台高峰值功率、高光束质量、高稳定性的100 MW级脉冲灯泵浦Nd:YAG激光器。激光器整机采用种子注入功率放大方式,由激光脉冲放大理论出发,理论分析了影响放大级输出能量密度的因素,结合腔型结构优化设计,合理地选取了实验器件参数。实验中,本振级采用基模动态稳定腔结合电光调Q方式,实现了42mJ基模脉冲激光稳定输出,发散角为0.9mrad。当重复频率为10Hz时,经过腔外两级放大,激光器最终获得了1.146 J的1 064 nm动态激光,脉宽为9.2 ns;输出光束为平顶高斯型分布,发散角为0.3 mrad,1 h内的能量不稳定度RMS≤2.88%。     

高能拍瓦激光装置中的展宽系统

展宽系统是高能拍瓦激光装置中的重要组成部分.它的设计好坏直接影响输出脉冲的质量.综述了国内外著名的高能拍瓦激光装置中所用展宽系统的结构及其相应的参数,并加以比较分析和讨论.     

宽量程高功率脉冲激光体吸收卡计

研制成用于实验室通用性较大的宽量程高功率脉冲激光体吸收卡计(LCB型):吸光器由椭圆形(及圆形)中性有色玻璃AB_(10)(0.5毫米厚)与0.1毫米厚氧化黑铝片胶合而成,中间绕有φ0.04毫米锰铜电加热丝(模拟φ10毫米光斑),可进行电能绝对定标.卡计配装最大通光口径φ45毫米(中空φ15毫米)聚光透镜(利用焦前测量,现镀1.06微米增透膜)及回收光装置.探测元件为0.1毫米镍铬-康铜(及考铜)热电偶,分别由26～40对组成,冷热端由尼龙垫圈隔开.     

利用皮秒扫描相机研究对撞脉冲锁模Nd:YAG激光器的输出特性

本文报道了用BWS—5KⅡ型皮秒扫描相机对CPM Nd:YAG激光器进行研究的实验结果。得到了激光脉冲宽度为10.1PS的最佳结果,而且还得到了锁模单脉冲的真实波形。同时利用扫描相机研究了染料浓度、染料盒偏离中心位置对输出脉冲宽度及波形的影响,使激光器处于最佳工作状态。     

利用NOLM同时实现两个波长的波长变换

最先利用非线性光学环路镜(NOLM)成功地将2.5Gbit/s的归零码光脉冲同时变换到不同的两个波长上.最大波长变换间距为35nm.实验系统中采用增益开关分布反馈半导体激光器(GS DFB-LD)产生的超短光脉冲作为控制光,采用分布反馈半导体激光器(DFB-LD)和波长可调激光器作为信号光.首次在1.55 μm波长段利用非线性光学环路镜进行波长变换过程时观测到了反相波长变换和脉冲畸变现象.