飞秒激光渡越辐射时间特性的实验研究

为了探索渡越辐射（TR）的时间特性，在100 TW掺钛蓝宝石飞秒激光器上利用光学条纹相机，在靶背表面法线方向测量了TR时间分辨成像光斑。实验测量结果显示:TR时间分辨成像光斑呈长条状，而辐射区域有发散角、有光强分布。 TR信号强而快，持续时间短，为ps量级，最先到达屏幕上。其他成分光辐射信号弱而慢，持续时间长，为ns量级，最后到达屏幕上。TR的时间特性能为鉴别和判断TR信号提供了新的依据。     

利用渡越辐射研究超热电子束的传输特性

 为了探索超热电子束的传输特性，利用光学CCD相机在靶背法线方向测量了光学渡越辐射积分成像图案。实验在100 TW掺钛蓝宝石激光器上进行，飞秒激光与固体靶作用后，靶表面发光信号由空间分辨装置聚焦成像并引到CCD狭缝上。在厚度为20 μm的Ta靶背表面观测到渡越辐射光斑呈现较平滑的圆形结构，而且中心亮度高于周围，这包含了非相干与相干渡越辐射的成分，与理论模拟结果接近；在厚度为100 μm的Ta靶背表面观测到渡越辐射光斑呈现出星状结构，光斑较小，与高能质子发射出现的星状结构极其相似；在复合靶背表面观测到渡越辐射光斑虽然也呈现大致的圆形结构，但光斑较大，而且极不均匀，中间有很明显的光斑分裂。     

基于光电子脉冲展宽的高时间分辨成像技术

为获取超快光脉冲信号,提出了一种基于光电子脉冲准线性展宽的高时间分辨二维成像技术。利用高频时变电场的线性工作区加速光电子脉冲信号,通过优化阴极激励源的电参数,选择光电子进入加速区的时刻实现光电子脉冲的准线性展宽。利用曝光时间100ps的门控选通微通道板在脉冲展宽模块的记录面进行选通曝光成像,实现高时间分辨的二维成像。为改善系统的空间分辨和成像畸变,添加轴向聚焦磁场解决电子漂移区中由电子空间电荷效应引起的时间和空间弥散,对于能量4 keV、出射角0.1°的电子束,聚焦磁场的最佳强度为0.057 T,此时阴极中心位置的空间分辨可达5 1p/mm,阴极边缘位置空间分辨稍差。基于光电子脉冲准线性展宽技术,可将漂移距离50 cm,初始脉宽10 ps的电子脉冲展宽10倍,从而可将门控MCP探测器的时间分辨提高1个量级(即10 ps以内)。     

一种时间分辨激光诱导击穿光谱的测量方法

激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种动态光谱。时间分辨LIBS光谱测量是研究激光诱导等离子体演化和谱线自吸收的重要技术。结合激光诱导击穿光谱测量的时序特性,提出一种利用常规性能光谱探测设备获得微秒级时间分辨LIBS光谱的测量方法。通过控制毫秒级光谱探测设备的积分延迟时间,获得不同延时下的LIBS光谱信号,对所得光谱进行处理得到相应特征谱线拟合强度,将所测的特征谱线强度按照一定的时间间隔进行差分,得到差值即为差分间隔时间内特征谱线的积分强度。采用差分时间间隔应大于系统最差时序精度,同时优选无重叠干扰和背底连续的谱线信号进行分析。以等离子体产生后持续时间为横坐标,计算所得谱线差值强度为纵坐标,即可获得特征谱线的强度演化曲线。通过实验验证,使用积分时间为毫秒量级光谱仪和时序精度为0.021微秒控制系统,该方法可以实现微秒量级时间分辨LIBS光谱测量,可用于表征LIBS光谱特征谱线演化过程,降低了LIBS光谱时间分辨测量系统成本。     

基于DRS4测试板的数字波形分析方法（英文）

使用不同的方法来确定La Br3晶体信号的到达时间。在文中信号经过光电倍增管的放大之后由DSR4测试板进行数字采集,其中DRS4是由瑞士PSI研究所生产的高带宽、低功耗以及快读出时间的开关电容阵列。这些优势使得DRS4很具有吸引力,很多实验将传统的ADC与TDC替换为DRS4。采集的波形可以通过不同的方法进行后续处理。其中包括:(1)恒分甄别、(2)波形拟合、(3)PMT脉冲模型法以及(4)均值过滤法。文中实现的恒分甄别的时间分辨与使用模拟电路获取的平均时间分辨相比没有提高。高斯波形拟合法虽然与数字CFD的结果相当,但是却更加耗时。均值滤波法虽然容易实现,但是通过这个方法得到的时间分辨与采样时间在一个量级。而PMT脉冲模型法得到的平均时间分辨为195.4 ps,优于模拟信号的恒分甄别的时间分辨254.7 ps。     

聚变反应历程测量系统研制及应用

为了测量惯性约束聚变实验中的聚变反应时间过程,研制了一套时间分辨优于40 ps的聚变反应历程测量系统.该系统由闪烁体及鼻锥部分、光学系统和条纹相机系统三部分组成.其中闪烁体将中子信号转换为可见光信号,光学系统则将闪烁体的发光信号成像在条纹相机上进行记录.为得到信号与入射激光的时间关系,还将时标引入了条纹相机进行记录.在...     

电子束时间聚焦技术

利用时间展宽分幅相机研究电子束的时间聚焦现象.当阴极未加载脉冲电压时,测得相机的时间分辨率为80ps.当阴极加载斜率为14V/ps的脉冲电压、电路延时为11.395ns时,相机的时间分辨率为8.8ps,电子束的时间宽度经历了被压缩到被展宽的过程.改变阴极脉冲下降沿斜率,研究电子束时间聚焦时系统时间分辨与下降沿斜率的关系.当下降沿斜率为1V/ps时,时间分辨近似等于80ps,电子束到达微通道板时其时间宽度约等于原始宽度.当斜率大于1V/ps时,时间分辨小于80ps,到达微通道板时电子束时间宽度被展宽.当斜率为0.5V/ps时,时间分辨大于80ps,到达微通道板时电子束时间宽度被压缩.     

高时间分辨辐射温度测量技术

 通过对影响测量辐射温度时间分辨因素的研究,得出影响测量时间分辨的主要因素是系统的偏压、电缆的长度与带宽、衰减头的带宽和示波器的带宽与采样率。通过提高系统的偏压（3 kV）、缩短电缆的长度（2 m）、使用高带宽的衰减头（18 GHz）和高带宽（6 GHz）和2×10¹⁰／s采样率的示波器,在Silex-Ⅰ激光装置上进行系统的时间分辨测量,系统的上升时间为130 ps,时间分辨为215 ps。利用该系统,在上海神光Ⅱ装置开展的实验中,时间分辨好于215 ps,观测到了激光脉冲调整后辐射温度随时间的变化。     

皮秒时间相关单光子计数光谱仪的核心技术

研制的皮秒时间相关单光子计数光谱仪利用时间相关单光子计数(TCSPC)技术,采用了具有分光时间弥散动态和静态补偿特性的光栅分光系统,解决了传统分光系统的光信号时间弥散问题;使用多道谱分析仪开设时间窗口,测量荧光衰减曲线和时间分辨光谱;用荧光衰减曲线的多指数拟合方法处理数据。给出了光谱仪的原理和总体方案,介绍了系统的集成和工作流程。通过各种标准样品的试验数据分析和对比,得出系统所测荧光寿命可达到ps量级,而且具有最高的灵敏度——单光子计数,时间分辨率达到8．8ps。     

基于光场一阶关联的时域成像

与通常利用二阶强度关联测量实现时域鬼成像不同,本文利用时域热光源借助干涉仪通过一阶关联实现时域成像.基于空域光束的近轴衍射和时域窄带脉冲在色散介质中色散之间的空间-时间二象性,在时域脉冲响应函数的基础上得到了表征一阶关联时域成像的强度表达式,分析研究了光源脉冲宽度和相干时间对成像可见度和分辨率的影响.结果一方面表明基于热光场一阶关联的时域成像在不需要额外色散补偿或消除条件下可以实现时域物体信号的再现,另一方面表明当光源脉冲宽度一定时,成像可见度随光源脉冲相干时间的增加而增加,但是成像分辨率逐渐降低,其中当光源脉冲宽度约为100 ps,相干时间约为0.5 ps时,间隔为20 ps,宽度为8 ps的时域矩形波型物体的成像质量(兼顾可见度和分辨率)较好.该结果对于基于热光一阶关联的时域成像在时序信号测量中的应用具有重要意义.     

超强脉冲激光辐照固体靶背表面的渡越辐射

 在超强脉冲激光与固体靶相互作用中,利用光学CCD相机和光学多道分析仪,分别在固体薄膜靶背表面法线方向测量了渡越辐射（TR）积分成像图案和光谱。测量结果显示：TR空间分布图案呈圆环状,而辐射区域有发散角和光强分布;TR光谱在800 nm附近出现尖峰,是激光的基频波,这一现象归因于超热电子束在输运的过程中产生的微束团而引起的相干渡越辐射;如果考虑超热电子的产生和加热机制,共振吸收和真空加热对超热电子都有贡献,其中占主导地位的加热机制则是共振吸收对电子的加热。     

超热电子输运背向光辐射的实验研究

在100TW掺钛蓝宝石飞秒激光器上利用光学CCD相机和光学多道分析仪,分别在靶背法线方向测量了超热电子光辐射的空间分布和光谱.测量结果显示：光辐射空间分布图案呈圆环状,而辐射区域有发散角和光强分布,且包含多种辐射成分.光辐射光谱在800nm附近出现尖峰,是激光的基频(ω₀)波,这一现象归因于超热电子束在输运的过程中产生的微束团而引起的相干渡越辐射(CTR).随着激光能量的增加,CTR光谱峰向红光方向移动,基频波红移的主要原因是由于等离子体临界面的迅速膨胀.如果考虑超热电 关键词： 超热电子 光辐射 共振吸收 红移     

利用渡越辐射研究超热电子在固体靶中的输运过程

为了探索超热电子的输运过程，在100 TW掺钛蓝宝石飞秒激光器上利用光学CCD相机和OMA光学多道分析仪，分别在靶背表面法线方向测量了光发射空间分布图案和光谱. 实验测量结果显示，光发射空间分布图案呈圆盘状，在圆盘中明亮而强的光信号呈局部化分布，该现象表明，超热电子在输运的过程中存在成丝效应，引起严重的不稳定性；光发射光谱在3倍频和3/2倍频附近出现尖峰，分别是3次谐波和3/2次谐波，这一现象归因于超热电子束在传输的过程中产生的微束团而引起的相干渡越辐射(CTR)；光发射光强随靶厚度的增加而减小. 关键词： 超热电子 相干渡越辐射 输运 不稳定性     

半绝缘GaAs光电导开关产生太赫兹波电场屏蔽效应的二维Monte Carlo模拟

利用Ensemble-Monte Carlo模拟方法，对不同实验条件下半绝缘GaAs(SI-GaAs)光电导开关作为偶极辐射天线在辐射太赫兹电磁波(太赫兹波)中体内电场的分布以及空间电荷屏蔽效应对太赫兹波辐射的影响进行了模拟.载流子的时域空间电场分布表明:用高能量激光脉冲触发低压偏置的GaAs开关，空间电荷屏蔽是限制太赫兹波辐射功率的一个重要因素，并且空间电荷屏蔽能够引起太赫兹波呈现双极性.当高能量飞秒激光脉冲以全电极间隙触发大孔径光电导天线时，空间电荷电场屏蔽效应对太赫兹波的影响不大. 关键词： 光电导开关 Ensemble-Monte Carlo模拟 辐射场屏蔽 空间电荷屏蔽     

飞秒激光-固体靶相互作用中渡越辐射的测量

 为了探索超热电子的加热机制，利用光学CCD相机和OMA光学多道分析仪，分别在靶背法线方向测量了光学渡越辐射（OTR）积分成像图案和光谱。实验在100 TW掺钛蓝宝石激光器上进行，飞秒激光与铜膜靶作用后，靶表面发光信号由空间分辨装置聚焦成像并引到CCD或OMA谱仪的狭缝上。测得的积分成像图案呈圆环状，光斑形成区域直径约为225 μm，在圆环边缘附近出现局部化明亮光信号，该现象表明，超热电子在传输的过程中存在成丝效应，其分布也不均匀。光谱在300～500 nm之间出现一系列非周期锐利尖峰，在400 nm（2ω0）附近出现的尖峰应归因于v×B加热机制产生的超热电子引起的相干渡越辐射（CTR）。     

线框馈电抛物反射面高功率电磁脉冲辐射天线

 研制了一种由高功率宽带模式转换结构、导电线框TEM喇叭馈电结构及抛物反射面构成的天线,用其辐射高功率亚纳秒电磁脉冲。时域测试表明,在半宽为700ps、峰值电压为200kV脉冲激励下,天线的主瓣宽度约为±3.8°,辐射效率约为37%。     

用ICCD作光开关测量储存环中光学速调管谐波超辐射

 用高通断比ICCD作为快速光开关,在中国科学技术大学的800MeV电子储存环上建造了一套光学速调管谐波超辐射测量系统,从每隔106个自发辐射脉冲1个谐波超辐射脉冲所形成的脉冲链里选出超辐射脉冲,测量谐波辐射的相干增强因子和谱宽。     

激光等离子体受激Raman散射光谱的时间分辨测量

采用光学多道谱仪和光学条纹相机耦合,组成时间分辨的Raman散射光谱测量系统,可实现0.5nm的光谱分辨和好于10ps的时间分辨。采用该测量系统,在神光Ⅱ装置上开展了脉宽1ns、波长351nm的激光与两种不同尺寸柱腔靶相互作用的物理实验,获得了时间分辨的SRS光谱实验结果。研究表明,SRS光谱在时间上相对于入射激光有一定的延迟,腔靶尺寸减小时,延迟时间随之减小。通过长、短波截止波长分析电子密度方法,计算得出了Ⅰ型和Ⅱ型腔靶SRS散射光最短波长光谱发生的密度区分别为0.069nc和0.027nc。     

ICF中子示波管的实验研究

 介绍了一个旨在将高时间分辨率和高探测灵敏度相结合、用于惯性约束聚变（ICF）研究的时间分辨的中子诊断技术的中子示波管，初步实验获得了技术时间分辨约40ps,可探测中子总产额10⁸。