现场用激光能量计校准方法的实验研究

在激光功率能量测量当中,军用激光现场检测环境温度和实验室环境温度相差很大,而激光能量计的传感器灵敏度与环境温度条件有关,不对激光能量计进行温度灵敏度校准,将严重影响测量结果。针对目前存在的问题,本文提出将激光能量计放置于温控制箱中,脉冲激光器输出的激光经过分光镜分束后分为2束激光,其中透射光由标准能量计或现场激光能量计接收,反射光由参考能量计接收,在-50℃～70℃的温度范围内进行校准的一种新方法,并进行原理性的验证实验及结果分析,得到了能量计灵敏度系数关于环境温度的函数关系,使得能量计在非标准环境下进行准确测量成为可能。为激光能量计现场测试校准技术的研究提供了一种可靠的新途径。     

适用于非常规工作环境中热释电型激光能量计的研制

现有的激光能量计传感器灵敏度系数都与其所处环境温度有关,在-50℃～70℃的温度范围内,灵敏度偏差较大,直接影响测量结果。为了达到消除环境温度的影响,采取在不同环境温度下对热释型能量计的灵敏度进行校准的研究方法。该校准方法与普通激光能量计的校准方法的不同之处在于对热释电型能量计进行校准时,温度由室温扩展到-50℃～70℃的温度范围。利用环境试验箱,每隔10℃固定一个温度点,进行激光能量的测量实验,得到各个温度点所对应的灵敏度修正系数,再借助最小二乘法建立起各个温度点上能量计灵敏度系数同环境温度的函数关系,从而实现了-50℃～70℃的温度范围内激光能量的准确计量。研制能直接工作于非常规工作环境下的热释电型激光能量计,对解决激光能量测量的外场需求有一定现实意义。     

宽波段高精度激光能量计设计

针对宽波段、高精度、大能量范围的激光能量测量需求,设计了激光能量计。利用快速响应的热电堆作为传感器,在热电堆探测面涂覆高吸收率碳纳米烯材料,实现了宽光谱吸收。采用大小2个热电堆探测器布置于能量计正反两面的方法,使能量计具有1 mJ～40 J超宽能量范围,并且具有较高的测量精度。利用有限元仿真软件建立了吸收腔热路结构的三维有限元模型,并对不同类型的激光脉冲做了加热模型模拟仿真。根据仿真结果,对探测器的线性进行了修正,从而减小了由于传感器的输出电信号与被测光信号之间的非线性所导致的测量误差。用激光能量计标准装置对能量计进行了标定实验,测量结果表明,经修正后激光能量计的测量重复性优于0.6%,线性度优于1.1%。将激光能量计溯源到国家激光能量基准,测量相对扩展不确定度达到2.5%（k=2）的优异水平。     

长脉冲高能激光能量测试技术的研究

用锥形腔量热式激光能量计,测量了在不同脉冲宽度条件下,脉冲激光能量和激光吸收腔温升之间的关系,并用传统的方法得到不同激光能量对应的温升,并按照有关公式计算得到激光能量,结果表明实际激光能量和按传统方法计算得到的激光能量之间存在较大的差距;我们从理论上分析了由于热辐射、热传导影响,得出锥形吸收腔时间温度曲线关系的数学模型;用该数学模型对测量得到温度时间曲线进行最小二乘法拟合,拟合曲线和实际曲线非常吻合;通过该曲线我们对测量结果进行修正,和传统数据处理方法比较,该方法得到的结果更接近真值.     

高能激光能量计测温电阻温度标定研究

对绝对量热式高能激光能量计测温电阻丝的温度特性进行了研究.以锥形吸收腔高能激光能量计为实验模型，分别对处于自由状态下以及缠绕于能量计吸收腔表面后的测温电阻丝的温度电阻特性进行了实验分析.结果表明,两种状态下测温电阻丝的电阻随温度变化规律并不相同.用最小二乘法对测温电阻丝的电阻与温度实验数据进行数据处理并建立补偿模型，从而对缠绕于吸收腔表面后的测温电阻丝的电阻温度关系标定，经修正后能量计的测温电阻和Pt100电阻的偏差小于0.01 Ω，温度偏差小于0.02 ℃，从而提高了能量计测温准确度.     

“神光”装置的激光能量测量

本文叙述了在神光装置中测量激光能量的体吸收能量计的特点,给出了其工作参数。实测了神光装置中激光系统末级输出能量、激光系统前部和中部定点发射能量及激光系统放大的自发辐射能量。并作了分析和讨论。     

体吸收型激光能量计能量损失补偿方法的研究

借助传热学基本理论对体吸收型激光能量计因热辐射、热对流和热传导造成的热能损失进行了分析，在此基础上建立了能量计热能损失的数学模型。根据数学模型采用最小二乘法对测量数据进行了曲线拟合，得到与实际降温曲线非常接近的拟合曲线。利用拟合曲线对测量数据进行补偿修正后使得能量计的测量重复性得到了很大提高。该方法对于体吸收型激光能量计的研制具有一定的理论意义。     

量热式激光能量计热损失系数测定方法的研究

在长脉冲激光照射下,由于热损失的影响,致使传统数据处理方法所得到的量热式激光能量与实际激光能量有较大的差距。以能量计探头在激光照射下的温度变化分布为实验模型,考虑热辐射和热传导等因素,提出一种表征能量计热损失程度的热损失系数的测定方法,并用实验验证了该测定方法的正确性。所得的热损失系数可作为评价量热式激光能量计性能的一个重要参数。     

绝对式高能量激光能量计温度特性研究

对绝对式量热法高能量激光能量计吸收腔的内、外壁温度差特性进行了详细的理论研究和实验验证。用第二非齐次边界条件和第二齐次边界条件的热传导方程分别建立了吸收腔在激光加热过程中和激光加热结束后的温度分布，利用模拟实验对激光照射吸收腔的过程进行模拟，得到内、外壁温度差的实验数据。利用数值模拟法，对理论分析结果作数值分析，理论分析结果与实验数据非常接近，从而证明了在激光加热过程中，虽然吸收腔内外壁存在固定的温度差，但当激光结束后，该温度差将迅速减小，吸收腔达到热平衡。     

绝对吸收式激光能量计高准确度校准技术研究

采用量热法的高能激光能量计用于测量能量大于50 kJ的连续波高能激光能量,通常用已知功率的连续激光开展激光能量计的光电校准需要激光照射时间超过20 min,而由于热损失等原因,进行长时间激光能量校准时,校准不确定度高达12%。以量热式平面吸收高能激光能量计为模型,从理论上分析了热辐射、热对流对连续波高能激光能量测量结果的影响,得到了较准确的平面吸收腔激光能量计冷却数学模型,实现了能量计热损失补偿,并通过建立相应的实验装置验证了该模型,用其对装置的测量结果加以修正,可使光电校准的测量不确定度减小到1%以下。     

量热式激光能量计内外表面温差对测量结果的影响

从理论上研究了量热式激光能量计激光照射过程中和激光照射后内外表面温度时间关系．编制了计算机程序计算得到激光照射时间内以及激光停止照射后内外表面温度关系曲线．通过稳定的高温温度场加热试验件模拟激光照射量热式激光能量计内外表面温度的升温过程，通过迅速将试验件移离高温温度场模拟激光停止照射后量热式能量计内外表面温度的变化，并测量了量热式能量内外表面温度时间曲线．实验和理论研究结果相符，结果表明激光停止照射后，内外表面温度迅速趋近，由此引入的测量不确定度小于0．25％．     

A novel time-integral type laser energy meter based on anisotropic Seebeck effect

We have posed the design of a time-integral type laser energy meter based on anisotropic Seebeck effect for the first time. Anisotropic Seebeck effect is responsible for the laser-induced thermoelectric voltage effect in high temperature superconductor (HTSC) cuprates and colossal magnetoresistance (CMR) manganites thin films grown on tilted single crystal substrates. In this study, for an example, an epitaxial La_2/3Ca_1/3MnO₃ thin film prepared on a tilted LaAlO₃ substrate by standard pulsed-laser deposition (PLD) method is tested with a 1064-nm Q-switched Nd:YAG laser and its 2nd (532 nm), 3rd (355 nm), and 4th (266 nm) harmonics from room temperature to 16 K. The integral of the voltage signal with time shows a good linear relation with the laser energy per pulse in the measured wavelength and temperature range, which confirms the theoretical analysis given in this letter and can be used to design a time-integral type laser energy meter. The sensitivity increases as the film thickness increases or as the thermal diffusion constant decreases, which makes the time-integral type laser energy meter low cost as compared with the peak-voltage type. It operates with fast (nanosecond range) and broad-spectrum (from infrared to ultraviolet) response in wide temperature range (from room temperature to 10s K), and can be useful replacements for pyroelectric power/energy meters.     

高能激光能量计校准方法研究

给出了一种绝对式高能激光能量计光电校准方法.该方法以大功率灯作为校准光源,通过测量灯两端的电压以及电流获得电能值,去掉灯所消耗的热能,得到灯所发出的光能.所设计平板能量计将大功率灯密封在高能激光能量计内,光能全部被能量计吸收.根据能量计输出值以及光能值便可实现能量计光电校准.结果表明,能量计光电校准不确定度约为1.5%.     

多波长半导体激光阵列端泵Nd:YAG脉冲激光器

研制了无温控多波长激光二极管阵列端面泵浦Nd：YAG电光调Q激光器。采用4 000 W多波长准连续激光二极管阵列作为泵浦源,快轴准直镜与透镜导管作为泵浦耦合系统,端面泵浦φ6 mm×60 mm的Nd：YAG晶体,并采用RTP晶体进行电光调Q实验。在重复频率5 Hz、室温（25℃）时,激光器获得了最大输出能量74.4 mJ、脉宽15 ns的1 064 nm脉冲激光输出,光光转换效率达到11%。在25~55℃的工作温度下,对多波长LDA的光谱特征与激光器的输出特性作了测试,激光器输出能量随着工作温度的上升而先迅速下降再逐步保持稳定,当重复频率分别为5 Hz和10 Hz时,激光器对应的最低输出能量分别为48 mJ与37 mJ。