高能激光束在线测量系统的光强衰减设计

 针对环形光刀取样式高能激光束在线测量系统应用中光电探测器线性饱和功率密度低而被测高能激光功率密度高的特点,采用对取样激光扩束和介质膜衰减片级联衰减的方式,实现了数千倍的线性光强衰减。介绍了环形光刀扫描取样及其扩束衰减原理,并对介质膜衰减片在激光入射角 0°~15° 和功率密度1~1 000 W/cm²条件下的透过率特性进行了分析,用实验验证了该光强衰减设计的有效性。     

正交狭缝扫描式激光光束质量测量方法研究

传统激光光束质量测量方法在CCD相机靶面前激光光路上加装可调衰减模块，对激光光束进行衰减。但该方法受限于CCD相机像元尺寸限制，难以进行高精度测量。为此该文提出了一种滚轮狭缝式激光光束质量评价方法，在测量时采用狭缝滚轮上的扫描狭缝直接扫描被测激光光束，使用InGaAs探测器配合聚焦透镜进行测量。经过与电机同轴的高精度增量式编码器确保采集位置与采集数据同步，扫描频率根据被测激光脉冲频率和光斑的直径范围可进行调整，该方法对光斑空间采样分辨率优于1 μm。实验结果表明，采用该方法测得的激光M2因子数值与被测激光器提供数值一致，测量不确定度小于10%。     

强激光远场光束质量参数的测试

 提出漫射红外成像-多点标校测量方法,用于测量强激光远场光束质量参数。在激光远场距离处设置漫反射靶板,用成像探测器摄取经靶面漫射的脉冲强激光光斑图像;在靶面中心处挖小孔,孔后放置能量探测器实时测量激光脉宽和峰值功率。同时对整个激光光斑图像进行能量定标,进而得出远场脉冲强激光的实际空间能量/功率分布、总能量,以及相应的光束质量参数。应用该测量方法,对高能TEA CO₂激光进行测量研究,测得其远场光束截面半径为80.2 mm,发散角为1.55 mrad。     

激光束阵列探测器标定方法

在大光斑高能激光光强时空分布参数测试方法中，阵列探测器测试法是一种较好的方法。它能测量出激光束的总能量和强度时空分布。阵列探测器主要由探头、数据采集系统和软件处理系统等三部分组成。探头采用高吸收材料制作，其表面按一定规律分布着多个独立探测单元，能同时测量高能激光束的能量及其空间分布。系统不可避免地存在测量误差，为消除系统误差，需要对系统进行标定，包括能量系数标定和探测单元的响应系数标定等。     

阵列波导激光相控阵光束偏转特性研究

研究了阵列波导激光相控阵的光束偏转特性,计算出光学相控阵的偏转角度与阵列波导相关参量之间的关系,绘制出光束偏转角与相关参量间的关系曲线。分析了阵列波导激光相控阵的三个性能指标:扫描范围、分辨率及能量效率,研究各阵列波导参数对于此三项指标的影响,据此分析出最优化的参数设计。根据阵列波导激光相控阵原理设计了仿真实验界面,自定义参数模拟光束的偏转效果。     

锗酸铋阵列探测器用于中子激发发射计算机断层扫描成像

 中子激发发射计算机断层扫描成像对探测器有着较高的要求，为了探讨利用传统阵列探测器实现其应用的可行性，利用模拟的方法给出了锗酸铋（BGO）晶体阵列探测器的基本性能。对高能光子在单根BGO晶体中的能谱进行了分析，提出叠加相邻晶体信号以提高能量分辨率的修正方法。结果表明:此方法能够很大程度上优化输出能谱，并能够得到较好的空间分辨率。     

一种提高非扫描激光雷达距离分辨率的方法

现有非扫描激光雷达阵列探测器的信噪比较低,影响到系统的距离分辨率,详细分析了阵列探测器的噪声特性,得出了噪声满足各态历经性的重要结论,并指出在输入信号相同的条件下,可以通过空域积累代替时域积累的方法提高距离探测器的信噪比.并根据前述结论针对非扫描激光雷达/电视复合成像系统,提出一种采用改进邻域平均的图像处理方法提高非扫描激光雷达系统距离分辨率的图像处理方法,并应用于实际系统,结果表明该方法能够有效提高非扫描激光雷达系统距离分辨率.     

一种测量大面积激光束光强分布的复合阵列

针对大面积高能激光束时空分布参数测量的需要,研究了量热和光电法综合测量激光束时空分布的方法。采用现场实时定标技术有效地解决了两类数据融合问题,研制了量热光电复合阵列测量系统。该复合阵列主要由256路量热探测单元、120路光电探测单元、多通道数据采集模块和数据分析处理模块等部分组成,具有量热型探头测量绝对激光能量准确、光电探测器测量时间分辨率高等优点,实现了大面积高能激光束光强分布时间和空间的绝对测量。     

塑料闪烁光纤阵列成像探测器在高能X射线辐照下的串扰分析

采用蒙特卡罗方法对闪烁光纤阵列探测器在高能X射线入射下的串扰进行了模拟研究,并且分析比较了加铅层对串扰的影响.研究中采用对表征成像系统空间分辨率参量——调制传递函数进行模拟分析和比较,得到在光纤阵列之间加入不同铅层厚度后对系统调制传递函数参量曲线的影响.研究结果表明:在高能射线下,采用闪烁光纤阵列作为成像探测器存在严重的次级粒子相互串扰的现象,而在阵列之间加入铅介质能够减少这种效应;但另一方面,若所加铅层太厚又会导致成像探测器像素过大而使得空间分辨率下降.通过模拟计算得出:只要在阵列之间加入适当厚度的铅介质,既可以有效抑止阵列之间次级粒子的串扰,同时又能提高闪烁光纤阵列探测器系统的空间分辨率.     

多光束无掩模光刻系统

介绍了一种多光束无掩模光刻系统,该系统利用空间光调制器数字微反射镜(DMD)对405 nm的激光光束进行调制,控制波带片阵列及纳米透镜阵列聚焦,利用聚焦点阵配合纳米移动平台进行扫描光刻。介绍了该无掩模光刻实验系统结构及工作原理,并给出了多光束光刻的实验结果。实验表明:利用普通蓝紫光源和聚焦元件阵列可实现分辨率为400 nm的多光束并行光刻。     

基于光纤阵列的激光光斑测量方法

提出一种基于光纤阵列的激光光斑时空分布测量方法,采用在多层石英平板上制作V型槽并层叠石英光纤阵列的方法,获得了具有较高抗激光损伤能力和空间分辨力的光纤阵列取样器,实现了激光光斑的空间分布取样。给出了光纤阵列的取样原理、取样器结构和大倍数光强衰减的设计。实验结果表明:光纤阵列抗激光损伤能力优于10 kW/cm2(50 s),系统空间分辨力优于3 mm,测量误差小于3%。     

Spatially modulated scene illumination for intensity-compensated two-dimensional array photon-counting LiDAR imaging

Photon-counting LiDAR using a two-dimensional (2D) array detector has the advantages of high lateral resolution and fast acquisition speed. The non-uniform intensity profile of the illumination beam and non-uniform quantum efficiency of the detectors in the 2D array deteriorate the imaging quality. Herein, we propose a photon-counting LiDAR system that uses a spatial light modulator to control the spatial intensity to compensate for both the non-uniform intensity profile of the illumination beam, and the variation in the quantum efficiency of the detectors in the 2D array. By using a 635 nm peak wavelength and 4 mW average power semiconductor laser, lab-based experiments at a 4.27 m stand-off distance are performed to verify the effectiveness of the proposed method. Compared with the unmodulated method, the standard deviation of the intensity image of the proposed method is reduced from 0.109 to 0.089 for a whiteboard target, with an average signal photon number of 0.006 per pixel.     

强激光远场光斑强度分布测量技术

准确测量激光远场光斑强度时空分布是分析强激光大气传输效应和评价激光系统性能的有效手段。概述了测量激光光斑强度分布的几种方法及其适用性,重点叙述了基于阵列探测法的强激光远场光斑强度分布测量技术,总结分析了量热阵列法、光电阵列法和量热/光电复合法等三类阵列探测系统应用特点。最后介绍了两种分别用于测量连续波高能激光和重频脉冲激光的光电阵列靶斑仪,系统具有结构紧凑的特点,能够满足运动靶目标上强激光参数测量要求。     

Development of One-dimensional Fiber-Optic Radiation Sensor for Measuring Dose Distributions of High Energy Photon Beams

The purpose of this study was to develop a method for measuring the one-dimensional dose distribution of a high-energy photon beam using a miniaturized high-resolution fiber-optic radiation sensor array. The measurements were made by thin plastic optical fibers with organic scintillating fiber sensor probes that emit the visible wavelength of light. The scintillating light is guided to a silicon photodiode array by plastic optical fibers in order to convert light output to an electrical signal. The one-dimensional spatial dependence of photon beam is measured by a one-dimensional fiberoptic sensor array in a poly(methyl methacrylate) (PMMA) phantom. It is shown that this fiber-optic radiation sensor has better spatial resolution than a conventional ionization chamber and much less time is required to measure one-dimensional dose distribution in the high radiation fields. The real-time and the high spatial resolution measurements due to the small detector volume make this system suitable for dosimetry in radiation therapy.     

一种新型高能激光束能量分布探测器

 介绍用于探测高能激光束空间能量分布的量热器阵列探测器。这种探测器具有承受激光束能量密度高、探测面积大和能量测试误差小等特点,主要由保护板、量热器阵列的热沉积构成。也给出了探测器的标定和性能测试。该探测器为高能激光束绝对空间能量分布的测量提供了有效的诊断手断。     

海面大气边界层中聚焦光束漂移各向异性的实验研究

 利用位置敏感型光电倍增管（PSPMT），设计了测量聚焦光束漂移的实验装置。该装置在80 mm的有效探测面内实现了2维位置信号的直接探测，空间分辨率可达1 mm，明显优于四象限探测器和阵列探测器，最高采样频率可达80 kHz，且动态范围很大，优于一般的成像器件。在近海岸海面上5 m处的大气边界层中进行了距离为1 000 m的聚焦激光传输实验。测量结果表明：聚焦光斑的质心漂移具有各向异性，水平方向光斑漂移幅度一般介于5.61 mm和14.83 mm之间，垂直方向光斑漂移幅度介于3.54 mm和7.3 mm之间，两者之比的平均值为1.69；水平方向和垂直方向的光斑漂移功率谱密度（PSD）在低频段也存在差异，垂直方向光斑漂移的PSD比水平方向光斑漂移的PSD下降速率更快。     

探测器阵列法测量激光远场光斑能量密度算法研究

针对靶场试验装备布局很难做到激光器与阵列面垂直的实际情况,分析了激光探测器阵列系统处理激光光斑能量密度算法的不足。根据激光束照射靶面的倾斜角,研究了激光束与每个探测器形成夹角的计算方法,并推导出了具体的余弦角计算公式,对激光光斑每一点的能量密度进行了相应的修正计算,通过试验应用,验证了该算法在激光远场光斑测量中能够有效提高光斑能量密度的处理精度。     

光学渡越辐射测量中能量分辨精度分析

 基于光学渡越辐射原理的用于高能强流电子束束流参数在线测量及诊断系统，具有时间响应快、分辨率高等特点，可以测量电子束的束剖面、发散角、能量等多个参数。分析了测量系统的结构参数（包括了透镜的焦距、成像面位置、CCD像元尺寸）对电子束能量测量精度的影响，并在理论上模拟了电子束的发散角的影响。还根据系统数据的特点，阐述了数据噪声对能量测量结果精度的影响，指出了光学渡越辐射测量中电子束能量分辨精度受到多种因素的影响，需要在数据处理时考虑修正。     

旋转式激光光斑测试仪

 通过旋转系统的设计，成功研制出大单元数的阵列光斑测量仪。本文给出了研制的设计思想，实现方法及实验测量结果。