40J激光装置研制

 报道了一台输出能量在40J量级的激光装置。该装置从星光Ⅱ激光装置分光作为光源,由放大器链、能源系统和支撑桁架等三大部分构成。对整个激光装置的模拟计算结果表明：装置的增益能力足够输出40J,B积分满足ΔB小于1.8的要求。研制了一种全腔水冷新型放大器,对其小信号增益系数和增益均匀性进行了测量,实验得出增益系数β为0.034cm ^-1,增益均匀性为91.84%。结果表明这种放大器完全能满足此激光装置的设计要求。     

飞焦级脉冲激光能量测量方法研究

为解决1 fJ～1 pJ脉冲激光能量的测量问题,提出了一种基于时域波形积分的飞焦级脉冲激光能量测量方法。该方法采用光电倍增管（PMT）获得飞焦级脉冲激光的响应信号,该微弱响应信号经放大、校准与激光脉冲时域波形积分后实现飞焦级脉冲激光能量测量。根据该方法设计了飞焦级脉冲激光能量测量装置,并分析了该装置的测量不确定度。实验表明,该装置实现了波长1 064 nm、脉冲宽度5 ns～1 s、能量范围1 fJ～1 pJ的脉冲激光光源的能量测量,测量不确定度为15.8%。     

飞秒激光倒锥微孔加工的反射式扫描装置设计

基于道威棱镜扫描原理,设计了由高速旋转电机驱动三片K字形排布反射镜组成的反射式扫描装置,并分析了扫描钻孔准确度.结果表明:该扫描装置可用于飞秒激光高准确度环切钻孔系统,钻孔准确度不受光束质量影响,钻孔扫描速度二倍于电机转速且钻孔效率高、兼容多光谱波段;与道威棱镜系统相比,该系统装调准确度要求低,能避免透射系统中色散引起的飞秒激光脉宽展宽现象.测试结果显示该装置可以实现直径0.05~0.2mm、加工准确度小于±2μm倒锥孔的高效率加工.     

用于高能激光系统的共孔径光学装置设计

高能激光系统的主要工作方式是利用其精跟踪模块将发射激光传输聚焦至闭环跟踪条件下的目标上,使之受到毁伤或失效。为实现该工作方式,本文研究设计了一套共孔径光学收发装置。该装置的发射系统主要由离轴两反式主望远镜模块、伽利略透射式调焦望远镜模块和光束馈送模块共同组成二级扩束系统,接收系统主要由离轴两反式主望远镜模块、精跟踪成像模块和光束馈送模块共同组成长焦距光学系统,其中光束馈送模块由二向色镜、快速反射镜等光学元件组成。以非相干空间合束的基模高斯光作为激光光源,利用光学设计软件对该装置进行了优化设计。对于发射系统,获得了激光经过调焦望远镜模块不同的调焦量调制后,传输至0.5~5 km处的光斑分布情况,且激光波前像差RMS值均优于λ/20;对于接收系统,由各模块一同构成的成像光学系统的性能经优化后接近衍射极限,其中系统传递函数在70 lp/mm时大于0.6,最后通过样机实验也验证了设计的正确性。本文的设计和实验结果证实了该共孔径光学收发装置结构合理,性能可靠,满足高能激光系统的工程应用需求。     

激光诱导击穿光谱技术测定钢样品中元素Mn和Ni

为了减小激光等离子体发射光谱的自吸效应,提高激光诱导击穿光谱技术对物质成分的检测能力,设计了一种平面反射镜装置对等离子体进行空间约束,研究了不同实验条件下的光谱线线型,定量分析了钢样品中的元素Mn和Ni.实验结果表明,利用平面反射镜装置约束激光等离子体以后,光谱线的自吸效应比常态条件下有明显减小;通过定量分析样品元素Mn和Ni的结果看出,无平面反射镜装置时的相对标准偏差分别为3.70%和6.23%,而实验中加入面反射镜装置以后分别降至1.86%和2.16%,显著提高了分析结果的测量精度.     

交叉偏振滤波技术提高飞秒超强激光信噪比的研究

对交叉偏振波滤波技术理论分析的基础上,在"极光-III"装置中采用该技术进行了钛宝石飞秒放大激光脉冲对比度提高的实验研究,不仅显著的抑制了纳秒范围内再生放大器产生的预脉冲,而且也将皮秒范围内的信噪比由10^-5提高到了10^-7,实验测得基波到交叉偏振波的转化效率大于10%.研究表明,该技术可以有效地提高飞秒超强激光的信噪比.     

一种基于旋转1/4波片法的激光偏振度测量仪

为了满足光的偏振特性测量要求,设计了一套激光偏振度测量仪。该装置利用旋转1/4波片对光波进行调制,通过对调制信号进行傅里叶分析获得光源的偏振度。利用测量光功率的方式对激光偏振度测量仪的偏振度进行校准,实验结果表明,所研制的激光偏振度测量仪测量精度优于0.5%,满足高精度激光偏振度测量需求。     

宽波长范围的多色脉冲光学自相关测量

基于Si光电二极管和GaAsP光电二极管的双光子吸收特性,设计了800～2 000 nm宽带波长测量范围的简易自相关仪实验装置.利用该装置测量了克尔透镜锁模钛宝石激光、掺镱光纤锁模激光和掺铒光纤放大脉冲激光的脉宽;通过引入额外群延迟色散和增加自相位调制效应调控脉冲的净啁啾,研究了自相关曲线变化特性.结果表明：该自相关仪实验装置能够有效测量由净啁啾改变导致的自相关曲线变化特性,能够满足不同波长脉冲激光实验教学应用场合的需求.     

神光II升级装置波前传输计算模型与验证

基于衍射理论和神光II升级激光装置的光路结构及光学元件波前像差,建立了激光装置光束波前像差传输计算模型,用以获取在实验中难以取得,但对激光系统设计和安全运行非常重要的变形镜校正面型、放大器动态波前像差、空间滤波器波前像差和焦斑形态等过程数据。利用该模型对激光装置常规运行时的静态传输、变形镜加压静态传输和大能量发射3种状态下的波前传输进行理论分析,计算结果与实验测量相一致,并在此基础上对变形镜未加压大能量发射波前传输进行计算。计算模型可用于指导相关器件的设计,优化激光运行控制模式,有利于提高激光装置输出波前质量。     

高功率激光装置前端能量控制系统

针对神光Ⅱ高功率激光装置前端预放系统输出的能量设计了一种远程能量控制系统,包括半波片-偏振片组合衰减装置以及闭环负反馈控制系统的设计.在光学调整方案上,设计了半波片-偏振片组合衰减装置,对激光能量进行衰减控制.在控制算法上,实现了对能量控制的闭环比例积分微分调整.在调整准确度上,实现了调整准确度为1%,误差低于0.1%的精确控制.本文所设计的高功率激光装置前端能量控制系统利用能量计、步进电机与计算机软件之间的相互通信来实现对能量的闭环比例积分微分控制,适用范围广,可扩展性好,并具有简单易调整、控制精密、结果准确等特点.     

主脉冲参数和入射条件变化对等离子体状态的影响

 用一维非平衡辐射流体力学程序,计算和分析了主脉冲激光斜入射与预脉冲垂直入射耦合作用锗靶介质的等离子体状态和激光增益区。研究表明,主脉冲以40°斜入射与其垂直入射相比,在相同靶面功率密度下,电子、离子温度、等离子体烧蚀深度下降约10%。在相同的靶面总能量下,40°斜入射电子温度下降约15%～20%。采用主激光斜入射时间延迟技术,这种下降差别还会更小,能量吸收效率会更高,激光增益区更大。     

无规位相板靶面均匀辐照光学系统研究

 为了探讨用无规位相板实现靶面均匀辐照光学系统的特点,首次进行了靶面在离焦情况下辐照均匀性的实验研究。实验结果表明:靶面在聚焦透镜焦面前后较大范围内均可得到均匀辐照,靶面上光强起伏的平均峰间距小于8μm。     

UTA模型下金M带谱的理论计算

 用不可分辩跃迁阵模型(UTA model)计算了金M带0.43nm~0.62nm范围含有的三十五个跃迁阵的特征参数。利用高斯分布线型,对每个离子谱依据UTA的总强度,对整个M带依据离子权重进行叠加,得到了在总体上与实验相一致的结果。     

激光束照射下轴压圆柱薄壳热屈曲数值分析

 针对激光束照射下承受轴压作用的圆柱薄壳,实现了材料参数(弹性模量E，泊桑比μ、线膨胀系数α)随温度变化情况下热屈曲破坏有限元数值分析。数值计算结果表明,激光照射区域产生的热应力和材料软化将导致处于正常工作状态的轴压圆柱壳发生灾难性的热屈曲破坏。     

利用CCD准确测量激光远场发散角

 利用CCD面阵接收器,通过标定的方法,将其准确安置在长焦距透镜后焦面上,并找出CCD 象元数与原场发散角的对应关系,从而迅速确定远场发散角。同时用短焦距透镜对 光束限制光阑成像,测得近场光斑光强分布。以激光束振幅函数的傅里叶变换作为理想衍射 极限,将远场发散角与之比较,可以得到用几倍衍射极限的方法表示的实际光束质量。     

几何光学近似下X光激光的三维传播与放大

 采用放大自发辐射(ASE)模型何光学近似,在考虑折射效应而不考虑饱和 ,用几效应和等离子体老化的情况下,编制了单靶三维光路计算程序,给出了出射X射线激光的强度角分布和空间分布。在线聚焦等离子体线宽方向尺寸有限和横向密度梯度为0的条件下,研究了X光激光传播放大特性,重新审视了计算横向发射角时所用的公式。     

一种激光驱动的超短X射线光源

 介绍一种可产生超短脉冲的新型X射线光源。它由多碱光电阴极、金靶及铍输出窗组成。当该X射线管的阴极受到强光照射时,产生光电子发射,并经电场加速后轰击金靶,产生连续谱的X射线轫致辐射,经铍窗输出。用超短的可见光脉冲驱动该光源,并借助X射线扫描相机测量了该管的X射线输出,获得了5ps的X射线脉冲。这种光源可方便地用来标定X射线扫描相机的时间分辨率,此种产生超短电子脉冲的方法也可在其他方面获得应用。     

上海5FW胶片的相对标定

 介绍了利用阶梯衰减片对上海5FW胶片进行相对标定的原理、方法和操作步骤。同时对实验所得的数据处理的数学模型进行了详细的阐述,利用完善的数学模型和实验数据得到了5FW 胶片的乳剂特性曲线,最后介绍了变波长标定。     

同轴Super－Reltron的物理分析和数值模拟

对同轴Super－Reltron进行了物理分析和数值模拟, 在调制腔电压125kV、加速间隙电压600kV和电流15kA时, 在C波段获得了峰值功率约2.5GW和效率约25%的结果, 都较以前大大提高。计算表明频率与箔的高度成反比。在电流达到空间电荷极限以前, 微波输出功率和电流的平方成正比。     

合肥光源电子储存环束流闭轨的局部校正

 在合肥同步辐射装置运行过程中,发生储存环的束流轨道偏移。利用现有设备对束流闭轨的位置进行了多次测量和分析,利用测量数据计算得到校正铁强度与束流位置之间移动的响应矩阵。并利用最小二乘法计算得到三个校正铁的凸轨系数,用于束流闭轨的局部凸轨校正,取得了预期的效果。