用偏压法拉第筒测量强流脉冲离子束

 分析了偏压法拉第筒测量强流脉冲离子束的原理和影响测量准确度的主要因素,研制了一种结构简单的偏压离子法拉第筒阵列,利用该装置测量了200kV小型强流脉冲离子束源的束流密度分布,束流中心密度最大值约为170A/cm²。     

脉冲CO2激光烧蚀锡靶等离子体的数值研究

使用一维辐射流体力学程序MULTI模拟了脉冲CO2激光烧蚀平面锡靶的过程,研究了脉冲宽度、峰值功率密度、靶材初始密度对锡等离子体电子密度、电子温度的时空分布的影响,并结合统计分析得到最有利于产生13.5 nm 极紫外光的激光脉冲宽度。模拟结果表明,脉冲宽度为100~200 ns的长脉冲激光产生的等离子体有利于实现极紫外输出的最佳条件,通过分析等离子体的电子密度、电子温度的分布对这一结论进行了解释。临界电子密度区域有效吸收了脉冲能量,而低密度的羽辉对激光与极紫外辐射的吸收很少。采用长脉冲激光,使得辐射极紫外等离子体持续时间更长,是提高极紫外辐射效率的有效手段。同时模拟还发现,靶材初始密度对等离子体参数的影响不大。     

脉冲电场下两种电极材料表面电子发射阈值特性的实验研究

研究了金属表面电子发射阈值的测量原理.以待测材料为阴极,以法拉第筒作为阳极收集电子.在"晨光号"加速器上,测量了不同粗糙度的304L不锈钢和铝表面电子发射阈值及经表面涂覆工艺处理后这两种电极材料表面电子发射阈值.研究发现:电极表面磨光可以抑制电子发射,随着粗糙度的增加,电子发射阈值降低;金属表面涂覆对抑制电子发射效果更为显著,电子发射阈值增加了一倍.     

脉冲CO_2激光烧蚀锡靶等离子体的数值模拟

使用一维辐射流体力学程序MULTI模拟了脉冲CO_2激光烧蚀平面锡靶的过程,研究了脉冲宽度、峰值功率密度、靶材初始密度对锡等离子体电子密度、电子温度的时空分布的影响,并结合统计分析得到最有利于产生13.5nm极紫外光的激光脉冲宽度。模拟结果表明,脉冲宽度为100~200ns的长脉冲激光产生的等离子体有利于实现极紫外输出的最佳条件,通过分析等离子体的电子密度、电子温度的分布对这一结论进行了解释。临界电子密度区域有效吸收了脉冲能量,而低密度的羽辉对激光与极紫外辐射的吸收很少。采用长脉冲激光,使得辐射极紫外等离子体持续时间更长,是提高极紫外辐射效率的有效手段。同时模拟还发现,靶材初始密度对等离子体参数的影响不大。     

中能质子注量率测量

质子是太空辐射环境中的主要粒子成分,随着半导体工艺向着小尺寸高集成度方向不断发展,质子单粒子效应不容忽视.通过加速器模拟空间辐射进行地面实验是评价质子单粒子效应最重要的手段,质子注量率的准确测量是器件考核评估过程中最关键的环节.本文基于原子能院100MeV质子单粒子效应辐照装置,突破了宽量程中能质子注量率测量技术,开发了法拉第筒、塑料闪烁体探测器和二次电子发射监督器等探测工具,可以对束流进行宽量程范围准确测量,解决了质子注量率在10~6—10~7 p·cm^-2·s^-1范围内难以测量的关键难题,并进行了注量率不确定度的分析研究,同一注量率下法拉第筒和塑料闪烁体探测器的实验测量误差与理论分析误差相符.对中能质子注量率测量达到了国际同类装置水平.该研究建立的中能质子注量率测量系统和不确定度分析方法,为准确评估元器件辐射效应奠定了基础.     

飞秒激光多脉冲烧蚀镍钛合金的数值模拟

为了研究飞秒激光多脉冲累积效应对镍钛合金材料的影响,通过考虑多脉冲之间的时间间隔改写激光光源项,利用改进的双温模型,采用有限差分法,对飞秒激光三脉冲烧蚀镍钛合金的温度场分布进行数值模拟,得到了电子和晶格温度随时间和烧蚀深度的演化规律.分析了多脉冲累积效应的内在机理;讨论了三脉冲条件下不同参量对电子和晶格温度的影响.结果表明:镍钛合金在飞秒激光三脉冲的作用下,电子有3个递增的峰值温度,相比单脉冲的作用,三脉冲使电子和晶格温度明显升高;多脉冲的时间间隔直接影响多脉冲的累积效应;脉冲宽度影响电子的峰值温度和达到峰值温度所用的时间;激光能量密度影响电子和晶格的温度;电声耦合常量对电子与晶格的耦合时间和电子晶格的平衡温度也有重要影响.     

强电场中的脉冲束流强度测量方法

针对强电场中电场渗透的问题,采用特殊的法拉第筒法测量脉冲束流强度:在法拉第筒入口处用栅网屏蔽强电场,并用在收集板上加正压的方式抑制二次电子。采用解析计算和数值模拟方式对栅网的形状进行了选择,在同样的栅网丝宽和透过率的前提下,通过正六边形栅网的渗透电场最弱,因此选择正六边形栅网。将设计的法拉第筒用于一台真空弧离子源的束流强度测量,获得了该离子源的束流强度波形,其峰值流强约为550 mA;利用测量结果计算了混合离子束在Cu收集板上的二次电子发射系数,约为2.0。     

飞秒激光在铝膜中驱动冲击波的特性

为探索研究飞秒激光在材料中驱动冲击波的相关特性,采用激光脉冲频域干涉测试技术对脉冲宽度35fs、脉冲能量0.7mJ、功率密度1014W/cm2量级的飞秒激光脉冲在200nm厚铝膜中驱动冲击波的过程进行了实验测量。通过测量冲击波在铝膜中的渡越时间,获得激光脉冲在铝材料中驱动的冲击波平均速度约为6km/s;通过对不同时刻铝膜自由面频域干涉场测量结果的分析,获得铝材料自由表面速度达1km/s,根据平面冲击波的关系,推算其冲击压强达到9GPa。     

脉冲激光辐照下VO_2薄膜温升的有限元分析

为掌握高功率脉冲激光防护中脉冲激光各参量对VO2薄膜温升的具体影响,采用有限元分析程序ANSYS的热分析模块分析了VO2薄膜在脉冲激光辐照下的温度场变化,分析讨论了CO2脉冲激光的光斑尺寸、功率密度、脉冲宽度、重复频率四个参量,对VO2薄膜达到相变温度的时间与相变区域尺寸的影响.结果表明,光斑尺寸等四个参量共同影响薄膜达到相变温度的时间,在一定范围内增大光斑尺寸和功率密度可缩短薄膜相变的时间,而薄膜相变区域尺寸所占光斑面积的比例与二者并无直接关系,增大脉宽或重频都有利于缩短薄膜达到相变的时间,但前者对单脉冲产生热量的提升比后者效果更明显.     

重频激光作用下碳纤维/环氧树脂复合材料热损伤规律

 运用热化学分析、扫描电子显微技术等手段,分析了碳纤维增强环氧树脂基复合材料在ms量级重频激光辐照下的损伤形式,研究了峰值功率密度、辐照时间、重复频率和脉冲宽度等对复合材料烧蚀规律的影响。研究结果表明：在激光辐照过程中,复合材料树脂基体在300 ℃开始裂解;由于裂解气体的保护作用,碳纤维不发生氧化,而是在汽化点（3 300 ℃）汽化烧蚀;复合材料热烧蚀率随峰值功率密度和重复频率提高而增大,随辐照时间增加而减小,最终均趋于定值;增加脉冲宽度可以提高辐照区峰值温度,降低碳纤维损伤的功率密度阈值。     

闪光机回流离子效应及抑制方法

 采用束包络方程分析了单脉冲和多脉冲情况下回流离子对强流相对论电子束聚焦的影响。分析结果表明,单脉冲情况下通过缩短焦距,仍可以获得较小的积分焦斑,而在多脉冲情况下回流离子将导致电子束完全散焦。通过数值模拟和实验研究了利用薄膜阻挡回流离子的可行性,对不同薄膜在电子束作用下的温升及动力学行为的模拟结果表明,在1.06 μs的时间尺度内,薄膜虽然发生了不同程度的膨胀,但是仍然有足够的材料可以阻挡离子回流。在神龙一号加速器上,通过法拉第筒测量了靶前放置和不放置薄膜情况下的离子信号,实验证实了薄膜至少能够将离子约束在薄膜和转换靶之间长达数十μs。     

双脉冲电子束源实验研究

 利用现有2MeV直线感应注入器，通过改造，将其次级功率源和8个感应腔分成2组，使之交替工作，建立了一台双脉冲电子束源。二极管电压脉冲幅度达到1MeV，电子束脉冲持续时间为120ns，脉冲间隔可以根据需要在100~500ns间进行调节。实验结果表明：该双脉冲电子束源可以产生双脉冲电子束，其电压幅度差值小于2%，束流可达3kA，并且工作稳定，利用该装置可以进行多脉冲二极管物理和天鹅绒多脉冲发射特性实验研究。     

飞秒激光与薄膜Cu靶作用时质子能谱实验

采用飞秒激光辐照固体薄膜Cu靶的方式对质子束的产生及质子束能谱开展了实验研究。在SILEX-Ⅰ飞秒激光装置上,保持脉宽为30 fs不变,测量了不同激光能量和功率密度下辐照7 m Cu靶时的质子能谱。研究结果表明:质子沿着靶背法线方向发射,质子在一定能量处出现截断;随着质子束能量的增加,质子束流减小;轰击厚为7 m的Cu靶时,激光能量越大则质子束流越强;随着激光功率密度的增加,质子截止能也随之增加。     

纳秒脉冲气体放电中逃逸电子束流的研究

经典的放电理论(Townsend和流注理论)不能很好地解释纳秒脉冲放电中的现象,近年来基于高能量电子逃逸击穿的纳秒脉冲气体放电理论研究受到广泛关注,有研究发现,高能逃逸电子是纳秒脉冲气体放电中的新特征参数,本文研制了用于测量纳秒脉冲放电中逃逸电子束流的收集器,并对脉宽3—5ns、上升沿1.2—1.6 n8激励的大气压纳秒脉冲气体放电中逃逸电子束流进行了测量,收集器采用类似法拉第杯的原理,利用金属极收集纳秒脉冲放电中的高能电子,并转换为电信号后由示波器采集,为了获得更好的逃逸电子束流波形,对逃逸电子束流收集器进行了优化设计,提高了收集器的阻抗匹配特性,基于上述的逃逸电子束流收集器,研究了纳秒脉冲气体放电中逃逸电子的特征,实验结果表明,所设计的收集器可以有效地测量到逃逸电子束流,改进设计后收集器测得的逃逸电子柬流的时间分辨率和幅值均得到提高,施加电压约80 kV时,大气压空气中的逃逸电子束流幅值可达160 mA,脉宽小于1ns,多个脉冲激励放电的结果表明逃逸电子束流收集器具有较好的可靠性,其瞬态响应与时间分辨率比较稳定。     

Faraday dosimetry characteristics of PIII doping processes

A Faraday cup dosimetry system was developed and characterized to address the issues of plasma immersion ion implantation (PIII) dose measurements. Pure ion current was measured by using an electrostatic suppression mechanism combined with high-bandwidth fiber-optic electronics to isolate high-voltage pulses and eliminate the primary and secondary electron and displacement currents. The ion-current waveform measured by the Faraday cup was verified by an XPDP1 particle-in-cell simulation. All of the positively charged ions striking the target surface were counted for implant dose by the Faraday cup so that both high-energy implant dose during the pulse and low-energy implant dose between pulses can be separately determined. The dose of the high-energy implant during pulses, which is more influential on the junction depth, can be measured with a fairly good accuracy, although the low-energy implant dose cannot be accurately measured due to more complicated surface effects. Compared with other dosimetry methods for PIII doping processes, the Faraday dosimetry technique offers better repeatability and controllability for PIII processes due to its direct, in-situ manner.     

基于瞬态光栅频率分辨光学开关法测量飞秒脉冲的研究

超宽光谱的飞秒脉冲测量一直是超快激光领域的重要研究方向之一.常规的飞秒脉冲自相关方法是通过测量自相关倍频信号来获得,而倍频信号具有波长选择性,不同中心波长的飞秒脉冲测量需要更换不同的倍频晶体,十分不方便.因此,提出了一种改进型的瞬态光栅频率分辨光学开关(TG-FROG)方法用于测量飞秒脉冲.该方法结合四波混频和频率分辨光学开关方法,其基本过程是将待测脉冲分为三束,其中两束脉冲经过精密的延时控制并聚焦在光学介质上达到时空重合,利用三阶非线性效应产生稳定的瞬态光栅作为开关光;另一束脉冲作为探测光与产生的瞬态光栅进行相互作用产生一个信号光,使用光谱仪对该信号光的光谱与延迟时间进行测量,并通过反演迭代算法处理而获取待测飞秒脉冲的光谱与电场信息.该方法只需要待测光的功率密度达到三阶非线性效应就可以实现测量,因此可以应用于任意中心波长的飞秒脉冲测量.利用该方法对中心波长分别为800 nm, 400 nm的飞秒脉冲,以及超连续亚10 fs的周期量级超宽光谱飞秒脉冲进行了测量,并与常规的干涉自相关仪器测量结果进行了比较,所得测量结果基本一致.实验结果表明,建立的基于TG-FROG方法对不同中心波长,不同脉冲宽度的飞秒脉冲测量是十分有效的.     

水中针-板结构小能量脉冲火花放电特性北大核心CSCD

开展了J量级系统储能下电脉冲参数对水中火花放电特性影响研究。驱动源采用参数可调的固态重频纳秒脉冲电源,放电负载为水中针-板结构(间距1 mm),在低重频条件(约5 Hz)下进行实验。通过调节放电参数、拍摄高速阴影图像、光谱诊断以及声信号测量,研究水中脉冲放电的物理特性,得到不同放电参数下放电演化规律及其对声学、光谱特性影响。实验发现:在J量级储能下,放电通道连通两极后,回路电流在几百ns内快速上升至10 A左右,随后缓慢下降,持续50~60μs。发现预设脉宽对放电影响较大,短脉宽条件下放电会被电源固态开关强制截断出现反向放电,而长脉宽条件下放电通道在后期变得不稳定甚至熄弧中断,出现气泡中二次放电现象。辐射光谱揭示了更多等离子体信息,推断通道电子密度在1018 cm-3量级,随着脉宽增加,特征谱线强度增加,表明活性粒子数密度增加,但粒子种类不变。短脉冲(<150μs)作用下产生的脉冲声波的特征宽度在110~150μs,而当脉宽继续增大,声波脉宽并不继续增加而是保持不变,保持在150μs左右。研究结果对水中小能量火花放电的机理研究有一定参考价值,为水声学、液相等离子体等领域的应用提供思路。     

重复频率纳秒脉冲源程控脉冲发生器

介绍了一种可以完成脉宽、幅值、频率可调、十路脉冲输出且延时可调功能的程控脉冲发生器。硬件主要包括主电源和辅助电源、功率放大电路、控制系统处理器、数字键盘和液晶显示屏。该脉冲发生器输出脉冲宽度可在1~30 s间调节,脉冲幅值在1~15 V间调节,输出脉冲频率范围为1 Hz~30 kHz,十路脉冲输出中每路脉冲之间可以在0~1 ms范围内精确调节。该脉冲发生器可为多个脉冲源的并联运行提供延时触发,为多个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)开关串联提供同步触发。     

空间光孤子脉冲在平面光波导中的传输

分析研究了空间光孤子脉冲化后在反常群速色散的克尔非线性平面光波导中的传输特性和稳 定性.当空间光孤子脉冲的时间宽度等于某一临界值时，脉冲发生自陷，小于该值时，脉冲 发生扩散，大于该值时，脉冲发生塌陷.空间光孤子的阶数越高，这个临界值越小.当空间光 孤子脉冲的时间宽度等于某一特定值时，脉冲塌陷最快，与这个特定值相差越大，塌陷越慢 .空间光孤子的阶数越高，这个特定值越小.脉冲自陷后的峰值光强、时间和空间宽度与输入 时的值有明显的不同. 关键词： 脉冲自陷 脉冲塌陷 光孤子