超短超强激光脉冲驱动等离子体波加速电子方案以及最新研究进展

随着超短超强脉冲激光技术的发展，人们可以在台面尺度获得光强超过10¹⁸W·cm^-2、脉宽小于100fs的超短脉冲激光.这种超短脉冲激光很容易把初始静止的电子加速到相对论能量.而更重要的是超短激光脉冲可以通过其有质动力激发大振幅的等离子体波（称为激光尾波场），把电子加速到更高的能量.其加速梯度可达到100GeV·m^-1，即在1mm的空间尺度把等离子体电子加速到100MeV.国际上4个实验室在2004年报道通过激光尾波场加速获得能量单色性以及方向性极好的电子束，使人们看到了激光尾波场加速电子的实际应用前景.文中简要介绍等离子体中激光尾波场加速电子的物理机制和方案、及该领域的最新进展和展望.     

PLD沉积DLC薄膜过程中碳等离子体的发射光谱特性

采用脉冲激光沉积方法,通过改变脉冲激光能量在单晶硅衬底上制备了类金刚石薄膜,利用椭圆偏振光谱和拉曼光谱对得到的薄膜进行测试,并对沉积过程中的碳等离子体发射光谱进行了研究。薄膜测试结果表明,随着脉冲激光能量的增大,薄膜sp^3成分增多。沉积过程中的碳等离子体发射光谱原位监测表明,随着脉冲激光能量的增大,C、C^＋、C^2＋粒子发射光谱强度增强,根据应力模型薄膜sp^3成分增多,与薄膜测试结果一致。并且发现C^＋粒子在形成sp^3键过程中起到了非常重要的作用。     

超短激光脉冲在非均匀等离子体中的传输特性

用一维粒子模拟研究了超短激光脉冲在非均匀等离子体中传输时产生的光孤子结构和脉冲的分裂现象.比较了不同的激光强度和等离子体密度梯度对脉冲传播的影响.研究表明:超短激光脉冲在非均匀等离子体中传播时能产生传输的类孤子结构;随着入射激光强度的增大,等离子体对激光的反射密度反而减小,孤子脉冲的平均传播速度也减小;随着等离子体密度梯度的增大,等离子体对激光的反射密度变大,孤子脉冲的平均传播速度减小,孤子脉冲传播到高密度梯度的等离子体区域时,发生了全反射,反射的孤子脉冲在传播过程中由于能量的损失,低频脉冲被等离子体俘获,形成后孤子,而高频脉冲则继续传播,使得脉冲分裂.     

准直准单能靶面电子加速实验研究

实验上使用大能量、亚ps激光脉冲大角度入射固体靶,获得了沿靶面方向定向传播、发散角仅有2°、峰值能量为3–4 Me V的准直、准单能电子束.实验发现激光对比度对靶面电子束的产生起到了至关重要的作用,最佳的对比度为5×10-6.在此最优化条件下,通过背向散射光谱分析发现,共振吸收激发的等离子体波加速可能是电子的主要加速机制.探针光阴影成像及等离子体自发光的精细结构显示,预脉冲与固体靶相互作用中产生了尺度100μm左右的过临界密度预等离子体.这种等离子体的作用类似于等离子体反射镜,使得激光脉冲被限制在预等离子体区与靶面之间,因而最终造成了电子束沿靶面方向的导引.这种靶面电子束因其合适的能量范围、高度的准直性及沿靶面方向定向传播的特性有望在惯性约束聚变尤其是锥靶快点火中得到应用.     

大气中飞秒激光等离子体丝上荧光特性的研究

本文通过研究超短强激光脉冲在空气中形成的等离子体丝上荧光的特性,提出了一种间接获得等离子体丝上光强分布的方法.实验研究表明,等离子体丝上荧光主要分布在290～430 nm的紫外区域,该区域内的线状谱来自于N2的第二正带分子谱线和N+2的第一负带离子谱线.同时等离子体丝上荧光强度与入射激光能量呈非线性增长关系,当入射激光能量低于11 mJ,荧光强度快速增强表明丝上光强增大,当激光能量进一步增大时,丝上的光强变化缓慢,此时成丝结构逐步由单丝向多丝演化.同时通过研究等离子体丝上光强随光脉冲传输距离的变化规律,进一步验证了等离子体成丝机制是基于光束自聚焦效应和等离子体散焦过程之间的动态平衡的正确性.     

激光大气等离子体电子温度的空间分布特性

利用Nd：YAG激光器产生的1．06μm激光束（脉冲能量为500mJ，脉冲宽度为10ns，重复频率为10Hz）聚焦形成长约为8cm直径为5cm的激光大气等离子体柱，用光谱测量的方法，分别治平行于激光柬方向和垂直于激光束方向探测了该等离子体柱的空间分辨光谱，并由此反演得出电子温度空间分布特性．实验结果表明：激光大气等离子体中各种离子和电子呈橄榄形分布，即沿激光束方向分布不对称，而垂直激光柬方向对称分布，最高电子温度约为3000K．此结果对了解激光大气等离子体中各种处在不同状态的原子、分子和离子的空间分布特性提供了依据，进一步揭示了激光大气等离子体的微观结构．     

外加电场下激光诱导Al等离子体特性的实验研究

由Q-Nd∶YAG脉冲激光(波长1.06μm,脉宽10 ns)烧蚀Al靶产生等离子体.观测了在低气压和直流电场条件下的Al等离子体发射光谱.研究了激光功率密度和直流电场对各谱线强度的影响,分析了等离子体电子温度与激光能量之间的变化规律.结果表明,直流电场对铝原子谱线和离子谱线强度有显著的增强作用,铝等离子体的电子温度随激光功率密度持续增长.     

激光脉冲能量测试装置的设计及实验研究

在激光钎焊过程中,为了达到理想的焊接效果,光斑聚焦处能量的控制是一关键因素,能量的测试显得尤为重要。设计了一种激光脉冲能量的测试装置,利用该装置对KJG-1YAG-400A激光焊机脉冲能量进行测量;并通过建立数学模型从理论上分析了测量过程中的热损失,得出了测试装置吸收激光能量后热电偶电阻随时间变化的曲线,经过计算修正后,得到单脉冲激光能量与脉冲电流、脉宽之间的相互关系。通过实验得出,该种测试装置及方法对于脉冲激光能量测试是可行的,同时降低了测试难度,节约了测试成本。     

脉冲激光沉积过程中TiO2等离子体状态诊断及薄膜特性的研究

脉冲激光沉积技术由于具有较高的沉积速率和良好的兼容性,已广泛应用于各种纳米薄膜材料的制备.探究激光等离子体状态与沉积薄膜特性之间的关系,有助于进一步调控与优化脉冲激光技术对薄膜材料的沉积.本文将等离子体状态诊断与沉积薄膜性能相结合,讨论了不同脉冲激光能量下等离子体状态对沉积薄膜性能的影响.结果表明,低烧蚀能量下产生的等离子体更有助于获得质地更好,且与靶材晶相一致的优良薄膜材料.该结果也为探索和调控沉积过程提供参考.     

等离子体界面附近短脉冲激光场中运动电子的能量增益

分析了等离子体界面附近短脉冲激光场中等离子体的集体效应和运动电子的辐射效应。导出了运动电子被激光弹推出光场时的能量增益。     

掺铬氟化铝锶锂激光腔内二次谐波和三次谐波产生的蓝光和紫外光可调谐光源

论文在调Q掺铭氟化铝锶锂激光腔内插入一块或两块偏硼酸钡晶体,分别进行了二次谐波和三次谐波获得了蓝光和紫外光区域的可调谐激光,其波长分别从448．1nm到465．1nm和从298.7nm到310nm范围内可调谐,在448.1nm处的二次谐波脉冲能量为10．2mJ,脉宽43ns,线宽0.02nm,在298.7nm的三次谐波能量达0.7mJ.     

多量子阱InGaAsP实现Nd:YAG激光器被动锁模

采用InGaAsP多量子阱作为可饱和吸收体,以及Nd∶YAG激光器的耦合输出镜,实现1.06μm激光的被动锁模运转.当激光器腔长为115 cm时,在平凹腔结构中获得平均脉宽23 ps、能量7 mJ的单脉冲序列;在平凸腔结构获得平均脉宽21 ps、能量10.5 mJ的单脉冲序列.比较平凹腔和平凸腔结构的Nd∶YAG激光器的锁模效果,并根据样品结构和可饱和吸收体被动锁模理论,分析半导体多量子阱材料InGaAsP实现被动锁模的机理.     

种子注入高重复频率Q开关激光器

分析了自发辐射与注入种子信号在激光建立过程中的竞争对种子注入的影响. 利用单块非平面环形腔单频激光器作为种子振荡信号,注入到高重复频率Q开关构成的从动激光器,获得单脉冲能量大于5mJ、脉冲宽度40ns的单纵模振荡脉冲激光输出. 测试了种子激光器在不同频率、功率及在从动激光器不同抽运能量下种子注入现象发生的几率实验. 结果表明,频率匹配和从动激光器的抽运能量是影响种子注入发生几率的重要因素.     

Raman激光频率扩展器参数分析

本文对所研制的高压氢Ｒａｍａｎ频率扩展器的主要参数指标：阈值、输出能量、转换效率、输出模式（包括纵模及空间分布）等进行了研究。并给出了它们与泵浦激光（波长、强度、模式等）及Ｒａｍａｎ介质（长度、气压等）的关系与实验结果。频率扩展器用０．５３ｕ脉冲激光（６０ｍＪ）泵浦可得到～１７ｍＪ（０．６８ｕ）的一阶Ｓｔｏｋｅｓ输出，转换效率达 ２８％，总转换效率（包括三阶 Ｓｔｏｋｅｓ及四阶以上的 Ａｎｔｉ－Ｓｔｏｋｅｓ）超过 ４０％。     

放电引发的非链式脉冲HF化学激光器

将紫外光预电离横向放电技术用于激励脉冲HF化学激光器，得到了240mJ的脉冲能量，电效率为1.8％，并对相关电参量进行了测量，对气体混合比进行了优化。     

Ti—TiC激光熔覆层的形成及其表征

为分析激光熔覆法制备TiC／Ti复合材料显微形貌的成因,对功率密度为21．2kW／cm^2、扫描速度15mm／s的CO2激光作用下的Ti-6A1—4V合金表面进行了Ti＋TiC激光熔覆实验,并对其熔覆层温度波动进行了分析。采用XRD、SEM对Ti-4-TiC熔覆层进行表征,并测定熔覆层的显微维氏硬度。分析表明：用激光熔覆制备TiC／Ti复合材料时,熔覆层在数毫秒内熔化,并以约10^4℃／s速率初始冷却。熔覆层的维氏硬度高达10．8GPa,Ti填充杂乱的TiC枝晶间。熔覆层与基体具有良好的冶金结合,且热影响区厚度与经验计算值相近。     

一种具有新型电源的氮分子激光器

<正> 本文报导了一种具有新型电源的氮分子激光器,激光单脉冲能量为6mJ,光电效率η为0.0625%,找出了最佳工作点E/p=251V/cm·tor,算出了腔内电子温度。Ⅰ氮分子激光器主要结构氮分子激光器主要由以下几部分组成;激光腔、气流系统、储能电容C_1和传输电容     

新型光聚合体系的全息记录材料

本文报导一种新型光聚合体系的全息记录材料。这种材料综合了卤化银与重铬酸盐明胶的优点,可以用氦氖激光器记录,曝光量为15mJ/cm~2时,透射光栅的衍射效率为80％,分辨能力为4000cyc/mm以上,在乾燥条件下貯存寿命为半年以上,利用红色的激光,采用适当的曝光量和处理条件,可作成红色,橙色和绿色的李普曼全息图。     

激光功率对316L不锈钢熔覆层组织及性能的影响

为了解决316L不锈钢激光熔覆层成形差、耐腐蚀性低的问题,采用显微组织观察、硬度实验、常温冲击及电化学测试等试验方法,对不同激光功率下熔覆单层及多层熔覆层的成形、组织及性能进行检测和分析。结果表明,随着激光功率的增大,熔覆层高度呈现先增加后减小的变化趋势,熔覆层内部析出相的含量以及稀释率则呈现上升趋势;激光功率过小易引起熔覆层开裂,过大则会引起熔覆层晶粒异常长大;随着激光功率的增加,熔覆层硬度呈增大趋势,当激光功率达到450 W时,熔覆层与基材结合界面处硬度值达到最大,为475 HV;而熔覆层的冲击性能和耐腐蚀性能则随着激光功率的增大呈现下降趋势,当激光功率为300 W时,其冲击韧性最大为92 J,且熔覆层具有最优的耐腐蚀性能,腐蚀电位E_corr最高为-0.3 V,且腐蚀电流密度I_corr最小为0.165 A/cm²;因此,当熔覆速率为3 mm/s、送粉速率为14 g/min、搭接率为50%时,采用300 W激光功率制备的熔覆层可得到优异的冲击和耐腐蚀性能。研究结果可为316L激光熔覆层工艺调控及性能改善提供参考。     

对撞增强腔和LiF晶体实现稳定的被动锁模

理论分析LiF:F~-_2色心晶体的能级结构,计算其激发态吸收的饱和光强,指出基态恢复时间为纳秒量级的LiF实现被动锁模的可能性．利用对撞增强腔Nd:YAG激光器实现LiF晶体的锁模激光输出,获得平均能量为11．8mJ,稳定性大于98％的锁模单脉冲序列．