HIRFL-SFC采用平顶波加速的模拟研究

近代物理研究所针对改善兰州重离子加速装置注入器(HIRFL-SFC)引出束流的品质,将主要考虑改进高频系统以提高Dee盒的加速电压、增加一个相位狭缝和采用平顶波加速等。其中采用平顶波加速可以有效地减小扇形聚焦回旋加速器(SFC)引出束流的能散并且提高其自身的传输效率。采用回旋加速器束流模拟程序AGORA对SFC进行模拟计算,并比较有无平顶波加速系统下束流品质的变化。结果表明,采用平顶波加速后,SFC的引出束流能散明显减小,而且在引出偏转板入口处束流的径向尺寸及圈间距满足单圈引出的条件。     

径向馈入和轴向馈入对感应加速腔性能的影响

 感应加速腔有径向馈入和轴向馈入两种常用的脉冲功率馈入方式。在理论上分析了不同功率馈入方式对感应加速腔输出电压平顶的影响，并对分析结果进行实验论证。实验采用1B2C结构，用相同的脉冲功率源馈入径向腔和轴向腔，测量此两种加速腔的电压波形。测得轴向腔±1％电压平顶时间为61 ns，径向腔±1％电压平顶时间为62 ns，两种腔都可满足±1%电压平顶大于60 ns的要求。此外对不同功率馈入方式导致的横向阻抗的变化进行了数值模拟，分别计算了采用这两种馈入方式的加速腔模型的横向阻抗，发现轴向加速腔的横向阻抗较小。     

三导体螺旋脉冲形成线的输出特性

 采用横电磁波传输理论,分析了三导体螺旋脉冲形成线（PFL）（包含内筒、螺旋中筒和外筒）的脉冲形成过程,给出了螺旋PFL的波阻抗、慢波系数、输出脉冲的平顶波动幅度等特征参数的计算公式。研究表明:三导体螺旋PFL具有与螺旋传输线同样的波阻抗和慢波系数;螺旋PFL的输出脉冲平顶波动,随着慢波系数或负载阻抗的增大而减小。     

可调谐艾里光束及其传输特性

艾里光束是一种新型无衍射光束,解决了激光在传播过程中的衍射效应。基于艾里变换技术,介绍一种可以通过椭圆平顶高斯光束产生的新型艾里光束,即可调谐艾里光束。通过理论计算,可以看出调节椭圆平顶高斯光束的束宽比可获得单尾艾里光束,同时,可调谐艾里光束的尾长可以通过调节入射椭圆平顶高斯光束的阶数来控制。通过研究,当束宽比p=1时,艾里光束的加速方向沿x轴45方向;p=1/2时,加速方向沿x轴31方向,p=1/3时,加速方向为沿x正方向,可见调节束宽比p的大小可以改变艾里光束的加速方向。     

带宽对平顶高斯宽带激光传输特性的影响

研究了横向分布为平顶高斯模式的宽带激光在自由空间的传输特性,分析了频带宽度对其强度分布的影响。首先推导了平顶高斯模式宽带激光的每一频率分量在自由空间的传输公式,然后将频率域的传输公式通过傅里叶变换得到时间域的传输公式。基于推导的公式通过数值算例给出了不同频带宽度激光光束的强度分布结果,详细分析了空间模式的变化和时空耦合现象。研究结果表明:随着传输距离增大,平顶高斯空间模式趋于高斯分布。同时随着带宽增大,平顶高斯模式宽带激光表现出更强的时空耦合现象,并导致其空间横向分布发生明显变化。变化的主要特征为波前的强度分布随带宽增大而变窄,波后的强度分布则随带宽增大而远离轴中心向外扩展。     

直线感应加速器加速腔物理设计与研究

简要介绍直线感应加速器（ＬＩＡ）加速腔物理设计的几个关键问题．讨论了加速电压及其平顶和腔参数的关系．对腔的耦合阻抗与束流不稳定性的关系作了概念性介绍，分析了降低耦合阻抗的途径．并给出两个加速腔设计原型．     

长脉冲高功率微波驱动源放电过程研究

从理论上分析了充放电时高功率微波(HPM)驱动源——水介质脉冲形成线(PFL)上的波过程,提出了形成线放电过程的等效分析方法,得到了输出脉冲波形平顶畸变与PFL充电电压波形的关系,并使用Pspice软件对等效分析的结果进行了模拟验证.开展了基于水介质脉冲形成线的高功率微波驱动源的实验研究,并依据等效分析法得出的结论,通过控制激光触发开关的导通时间,明显减小了输出脉冲波形平顶的畸变,得到了幅值数百kV、脉宽约150 ns、平顶约60 ns的脉冲电压. 关键词： 脉冲形成线(PFL) 高功率微波 等效分析 平顶畸变     

基于级联复合光栅的窄带平顶型滤波器设计

导模共振光栅作为一种重要的滤波单元,在光通信中有着广泛的应用.然而,普通的导模共振光栅的传输光谱为洛伦兹型,该类结构在高性能光纤通信系统中的应用受到限制.采用级联导模共振光栅可以实现平顶滤波响应,但是整个器件的体积较大,制作工艺复杂.此外,单一复合光栅结构难以直接实现窄带平顶滤波响应.提出了一种级联双层复合光栅结构以解决这一问题,利用严格耦合波算法和本征模式分析法分析了其输出光谱.仿真结果表明该滤波器的中心波长为1549.9 nm,其平顶光谱的线宽为0.5nm.     

国产非晶磁芯应用于感应加速组元的可行性研究

介绍了国产非晶合金应用于感应加速组元的可行性研究的初步结果.采用国产1K101型铁基非晶合金(FeSiB)带材,研制了非晶磁芯,并利用加速腔(或实验腔)对研制的非晶磁芯的磁性能、绝缘性能和稳定性等方面进行了研究.高压单脉冲实验可获得脉冲幅度为240kV、脉冲前沿为17璐(10%-90%)、脉冲平顶为72ns(±1%)的单脉冲;高压猝发三脉冲实验可获得前沿35ns、脉冲平顶60ns的三脉冲,磁芯的有效平均磁密跳变为1.41T.耐压实验研究中,得到了电压幅值为282kV的三脉冲.非晶磁芯的性能稳定,满足感应加速组元对磁芯性能的要求.     

国产非晶磁芯应用于感应加速组元的可行性研究

介绍了国产非晶合金应用于感应加速组元的可行性研究的初步结果. 采用国产1K101型铁基非晶合金(FeSiB)~带材, 研制了非晶磁芯, 并利用加速腔(或实验腔)对研制的非晶磁芯的磁性能、绝缘性能和稳定性等方面进行了研究. 高压单脉冲实验可获得脉冲幅度为240kV、脉冲前沿为17ns(10%—90%)、脉冲平顶为72ns(±1%)的单脉冲; 高压猝发三脉冲实验可获得前沿35ns、脉冲平顶60ns的三脉冲, 磁芯的有效平均磁密跳变为1.41T. 耐压实验研究中, 得到了电压幅值为282kV的三脉冲. 非晶磁芯的性能稳定, 满足感应加速组元对磁芯性能的要求.     

光纤中基于双宽带抽运的受激布里渊散射增益谱展宽及慢光传输中脉冲失真减小的理论研究

分析了单模光纤中双宽带抽运的受激布里渊散射 （stimulated Brillouin scattering,SBS） 光速减慢效应.模拟了两高斯型宽带抽运光同时作用下的SBS增益谱和损耗谱,提出了一种获得均匀增益谱的方法.由于较强抽运光增益谱的中心频率与较弱抽运光损耗谱的中心频率相重合,通过调节较弱抽运光的功率和谱宽,能够部分地抵消掉较强增益谱的顶部从而构建出平坦的增益谱.研究了该平顶增益情形下信号脉冲畸变的性质.与单宽带抽运下脉冲畸变的对比表明,这种产生平顶增益谱的方法能有效地减小脉冲畸变. 关键词： 慢光 受激布里渊散射（SBS） 单模光纤 脉冲失真     

Picosecond laser ablation of high-quality micro-grooves on CIGS (CuIn(1-x)Ga2Se x ) thin films

ABSTRACT

This paper presents a study of the effects of ablation direction, beam profile and outer environment on the width and morphology of micro-grooves ablated by a 10-ps, 532-nm laser with a changing range of fluences and scan speeds on 600?nm-thick CIGS (CuIn_(1-x)Ga₂Se _x ) thin films. Experiments show that rear-side ablation by picosecond laser with a flat top beam in water environment yields a larger groove width than normal front-side ablation with a Gaussian beam in air, which is attributed to different material removal mechanisms, uniform energy distribution and the refraction of laser in water. The heat-affected zone and irregular edges induced by the tearing effect are the main defects of groove morphology associated with front- and rear-side ablation processes, respectively. Our studies indicate that flat top beam ablation, in general, inhibits the over-ablation in the central region, thereby improving the uniformity of grooves, though it does not eliminate the heat-affected zone and irregularity of two edges. The straightness of groove edges is further improved with the flat top beam ablation carried out in a water environment, resulting from the action of the shock wave in water. Hence, the nearly perfect micro-grooves can be fabricated with rear-side flat top beam ablation under water, which are characterized by steep sidewalls, straight edges and intact glass substrate without cracks.     

基于液晶空间光调制器的激光束整形

采用相位混合算法(PMA)与平滑修正法相结合的混合算法,对激光发出的高斯光束进行整形,得到了均方误差和顶部不均匀度均明显降低的等光强分布。利用液晶空间光调制器(LCSLM)的相位调制特性,实现了对高斯光束的光束整形,获得了光强均匀分布的圆光束和矩形光束输出。得到的输出光束顶部不均匀度和均方误差都低于5%,能量集中度在90%以上。表明此方法是一种实时、可控和高效的激光束整形方法。     

用于长脉冲多束团直线加速器的SLED系统

根据长脉冲多束团直线加速器对输入微波波形的要求,系统研究了带有SLED的微波系统,由SLED基本理论推导了输出RAMP波形和平顶波形脉冲时SLED所需的输入波形,给出SLED的参数优化方法.用冷测实验对所发展的理论进行了验证,第一次用SLED产生了RAMP波形和平顶波形的RF脉冲.     

30MeV电子直线加速器的束流测量装置

 介绍了束流变换器的原理及其性能。灵敏度为0.47V/A,频率响应大于100MHz,平顶降落小于0.4%/μs,并给出了30MeV电子直线加速器的束流测量波形。     

The Design of Flat Intensity Lenses for Optical Pick-up Units

Beam-shaping optics are used in optical pick-up units to improve the optical power efficiency of the light path. In this paper a flexible method is presented to design beam-shaping optics with aspherical surfaces transforming the intensity profile of the light beam into any desired profile. The method is applied to a collimator lens that transforms a Gaussian beam profile to a flat top.     

一类新平顶光束的束传播因子

 基于迭加原理，引入了利用双曲余弦-高斯光束的相干迭加而得的新光束，结果表明这类迭加光场的场强分布在适当参数条件下可具有平顶结构，并且分析了这类迭加所得的平顶光束的束传播因子与束参数的关系。     

遗传算法在激光束整形中的应用

采用遗传算法设计了一个8台阶二元光学元件,可用菲涅耳变换系统将高斯光束变换成均匀圆光束,均匀区能量转换效率达到87％,输出波形比较理想。将遗传算法设计的结果同稳相法和输入输出法设计的结果进行比较,发现在同时降低量化台阶数和增大最细线条宽度的条件下,用遗传算法进行设计并制作出的激光束整形元件仍可以得到满意的变换结果。 关键词：     

Diffraction-limited laser beam shaping by use of computer-generated holograms with dislocations

A new method that reshapes a Gaussian laser beam into a polygon of diffraction-limited size with a flat or a pyramidal top is presented. The technique is based on the use of computer-generated holograms with phase dislocations (singularities).     

纳米级面形精度光学平面镜加工

为实现纳米级面形精度光学平面镜的高效精密抛光,提出了一种由传统环带抛光技术和先进离子束抛光技术相结合的组合式加工方法。介绍了环带抛光技术和离子束抛光技术的原理,通过实验研究了离子束抛光的材料去除函数,并采用这种组合抛光方法对口径为150 mm的平面镜进行抛光,抛光后平面镜的面形误差和表面粗糙度分别达到1.217 nm RMS和0.506 nm RMS。实验结果表明,这种组合抛光技术适合纳米级面形精度光学平面镜的加工。