靶丸内表面轮廓的白光共焦光谱测量技术

靶丸内表面轮廓是激光核聚变靶丸的关键参数,需要精密检测。本文首先分析了基于白光共焦光谱和精密气浮轴系的靶丸内表面轮廓测量基本原理,建立了靶丸内表面轮廓的白光共焦光谱测量方法。此外,搭建了靶丸内表面轮廓测量实验装置,建立了基于靶丸光学图像的辅助调心方法,实现了靶丸内表面轮廓的精密测量,获得了准确的靶丸内表面轮廓曲线;最后,对测量结果的可靠性进行了实验验证和不确定度分析,结果表明,白光共焦光谱能实现靶丸内表面低阶轮廓的精密测量,其测量不确定度优于0.1μm。     

ICF�����������

用AFM轮廓仪测量了ICF靶丸3个相互正交方向上的表面高度数据。分析了测量数据的误差来源,给出了消除表面异常扰动和偏心距两类误差的方法和原始数据预处理步骤,采用最小二乘法评定了靶丸球度。给出了靶丸表面形貌一维功率谱估计计算方法和表面粗糙度的计算方法。     

金刚石刀具nm级表面轮廓质量多参数集成测量方法

为有效解决金刚石刀具表面轮廓质量评价指标分散、无法进行全面系统测量的难题,基于原子力显微镜和超精密回转轴系,提出了实现前后刀面粗糙度、刃口锋利度和刃口微豁三个关键指标的集成测量方法。根据金刚石刀具表面轮廓质量的测量要求,以原子力显微镜扫描系统、气浮隔振平台、二维移动平台以及精密回转轴系为基础构建测量系统,精确测量了金刚石刀具刃口附近的表面微观形貌;采用基于MATLAB开发的专用测量软件对原始数据进行处理,得到金刚石刀具前后刀面粗糙度值、刃口锋利度值和刃口微豁范围;并对测量误差进行了分析,提出了控制要求。通过上述自主开发的测量仪器,可以高效、完整地描述金刚石刀具表面轮廓质量,能够实现nm级粗糙度、亚μm级锋利度以及μm级微豁的准确测量。     

基于温度梯度的ICF冷冻靶均化技术研究

惯性约束聚变(ICF)冷冻靶中氘氘(D2)、氘氚(DT)等燃料冰层在靶丸中的分布由靶丸所处的温度场决定。在氘氘冷冻靶中,垂直温度梯度引起的气-液界面张力梯度可以抵消重力作用,使氘氘液体在靶丸内均匀分布;然后在氘氘的三相点附近缓慢降温,可以实现燃料冰层的均化。在氘氘冷冻靶均化实验系统上,采用温度梯度结合制冷速率与制冷过程控制的方法,实现了1mm直径、30μm壁厚的辉光放电聚合物(GDP)靶丸中氘氘冰层的均化,对背光阴影图像中亮环位置进行分析表明:氘氘冰层的平均厚度为185.56μm,均匀度为80.2%,模数-功率谱曲线中模数2~100对应的内表面粗糙度为2.26μm。     

靶丸壳层厚度及其分布的白光反射光谱测量技术

为了精密检测靶丸壳层厚度及其分布数据,开展了靶丸壳层厚度及其分布的白光反射光谱测量技术研究。介绍了靶丸壳层的白光反射光谱及其光谱数据处理方法（极值法、峰值拟合法、干涉级次校正法等）的基本原理,搭建了基于白光反射光谱的精密回转轴系测量装置;开展了GDP靶丸壳层厚度及其分布的白光反射光谱测量、数据处理和可靠性验证实验,获得了靶丸壳层厚度圆周分布曲线。结果表明,基于峰值拟合法和干涉级次校正的白光反射光谱技术可实现靶丸壳层厚度及其分布的准确测量,其测量误差小于0.1 μm。     

背光阴影成像技术表征ICF靶丸内表面粗糙度

 发展了背光阴影成像技术,用于诊断透明ICF冷冻靶冰层内表面质量。分析了单层球壳阴影图像中形成亮环的物理机制。用光学追迹软件Tracepro模拟产生了透明单层球壳的阴影图像,用于研究亮环位置与球壳厚度及折射率的关系。建立了背光阴影成像实验装置,获得了透明单层球壳具有明显亮环的实验阴影图像。编制了阴影图像处理软件,获得了靶丸内表面1维功率谱曲线,并据此计算出靶丸内表面均方根粗糙度。理论分析、软件模拟及实验研究均表明,背光阴影成像技术是透明冷冻靶冰层内表面质量的有效诊断方法。     

钛球表面研磨技术研究

采用四轴球体研磨方法对金属钛球进行精密研磨实验,通过Talysurf轮廓仪对球体表面粗糙度进行测试,通过靶丸表面轮廓仪检测钛球圆度。结果表明:钛球表面粗糙度可达小于10nm,圆度小于1.0μm。通过对球体的受力分析表明,在四轴空间对称分布的情况下,需满足四轴受力基本相同,研具半径为被研球体的0.816倍,可获得圆度较好的球体。     

用于ICF靶的空心玻璃微球的干凝胶法制备

 为用干凝胶法制备用于ICF靶的空心玻璃微球（HGM），研究了载气组份、温度和压力对成球过程和HGM品质的影响，优化了制备工艺参数。结果表明：提高载气中氦气的含量，有利于增加干凝胶粒子的成球率和HGM的纵横比；适当提高载气中氩气的含量，有利于提高HGM的表面质量。降低载气压力可以提高HGM的纵横比；升高载气温度可以提高干凝胶粒子成球率和HGM品质。当载气中氦气的体积分数在50%~80%，载气压力在(0.75~1.00)×10⁵ Pa，载气温度在1 500~1 650 ℃时，干凝胶粒子的成球率较高，HGM的球形度、同心度和表面光洁度较好。制备得到了直径100~500 μm、壁厚0.5~3.0 μm的HGM，其耐压强度、抗大气侵蚀性能和表面粗糙度等指标均满足ICF物理实验要求。     

用原子力显微镜4π旋转技术测量靶丸表面粗糙度

原子力显微镜靶丸4π旋转装置,可以将靶丸在夹持状态下实现4π方向旋转,便于原子力显微镜对靶丸表面任一部分做扫描测量。应用该装置对各种靶丸的表面形貌进行了测量,测量结果表明,靶丸外表面粗糙度小于10nm,内表面粗糙度小于20nm。     

用原子力显微镜4π旋转技术测量靶丸表面粗糙度

 原子力显微镜靶丸4π旋转装置,可以将靶丸在夹持状态下实现4π方向旋转,便于原子力显微镜对靶丸表面任一部分做扫描测量。应用该装置对各种靶丸的表面形貌进行了测量,测量结果表明,靶丸外表面粗糙度小于10nm,内表面粗糙度小于20nm。     

双芯高双折射光子晶体光纤耦合特性研究

设计了一种双芯高双折射光子晶体光纤,采用多极法（multipole method）和光纤的模式耦合理论研究了光纤的双折射、耦合长度以及色散特性.数值研究发现,对于空气孔节距 Λ=1.2　μm,空气孔直径d=1.0　μm的光纤,在1.55　μm处双折射度为1.24×10^-2;对应x偏振模的耦合长度为21.6　μm,对应y偏振模的耦合长度为24.3　μm. 这种具有高保偏度和极短耦合长度的双芯光子晶体光纤对于微型光子器件的研制具有重 关键词： 光子晶体光纤 双芯 双折射 耦合长度     

Broad gain,continuous-wave operation of InP-based quantum cascade laser at λ~11.8 μm

We demonstrate a broad gain, continuous-wave (CW) operation InP-based quantum cascade laser (QCL) emitting at 11.8 μm with a modified dual-upper-state (DAU) and diagonal transition active region design. A 3 mm cavity length, 16.5 μm average ridge wide QCL with high-reflection (HR) coatings demonstrates a maximum peak power of 1.07 W at 283 K and CW output power of 60 mW at 293 K. The device also shows a broad and dual-frequency lasing spectrum in pulsed mode and a maximum average power of 258.6 mW at 283 K. Moreover, the full width at half maximum (FWHM) of the electroluminescent spectrum measured at subthreshold current is 2.37 μm, which indicates a broad gain spectrum of the materials. The tuning range of 1.38 μm is obtained by a grating-coupled external cavity (EC) Littrow configuration, which is beneficial for gas detection.     

Efficient, high-power, ytterbium-fiber-laser-pumped picosecond optical parametric oscillator

We report a high-power picosecond optical parametric oscillator (OPO) synchronously pumped by a Yb fiber laser at 1.064 μm, providing 11.7 W of total average power in the near to mid-IR at 73% extraction efficiency. The OPO, based on a 50 mm MgO:PPLN crystal, is pumped by 20.8 ps pulses at 81.1 MHz and can simultaneously deliver 7.1 W of signal at 1.56 μm and 4.6 W of idler at 3.33 μm for 16 W of pump power. The oscillator has a threshold of 740 mW, with maximum signal power of 7.4 W at 1.47 μm and idler power of 4.9 W at 3.08 μm at slope efficiencies of 51% and 31%, respectively. Wavelength coverage across 1.43-1.63 μm (signal) and 4.16-3.06 μm (idler) is obtained, with a total power of ~11 W and an extraction efficiency of ~68%, with pump depletion of ~78% maintained over most of the tuning range. The signal and idler output have a single-mode spatial profile and a peak-to-peak power stability of ±1.8% and ±2.9% over 1 h at the highest power, respectively. A signal pulse duration of 17.3 ps with a clean single-peak spectrum results in a time-bandwidth product of ~1.72, more than four times below the input pump pulses.     

红外双色诱饵剂性能测试研究

为了对抗目前广泛应用的红外双色(1～3和3～5 μm)制导系统,设计制备了一种能够模拟真实目标红外双波段辐射特性的新型红外双色诱饵剂,采用Imager IR8325中波红外热像仪测试其燃烧过程中的温度变化情况以及特定时刻的火焰温度分布;采用SR5000光谱辐射计、Tensor37遥感红外光谱仪测试红外双色诱饵剂静态光谱辐射特性,获得了其频域和时域特性,分析了双色诱饵剂辐射强度和红外中近颜色比的影响因素;同时为了研究高速飞行状态下双色诱饵剂的辐射强度和颜色比变化规律,采用直路式等速负压气溶胶风洞进行了诱饵剂动态辐射强度测试,解释了红外双色诱饵剂辐射特性在高速气流影响下与传统诱饵剂不同的衰减机理。实验结果表明,该双色诱饵剂火焰温度在850~1 100 ℃之间,与真实目标具有较为接近的温度特征,该诱饵剂的红外中近比为1<I_{3～5 μm}∶I_{1～3 μm}<3,3~5 μm红外辐射强度为(1.1±0.1) kW·sr-1,与真实目标具有较为接近的红外光谱辐射特征,是一种性能优良的双色诱饵剂。     

厚壁空心微球的球形度和壁厚均匀性的表征研究

为建立高效简洁的厚壁空心微球球形度和壁厚均匀性的表征和测量方法,以内径850μm、壁厚25μm的厚壁聚苯乙烯(PS)微球为测量对象,分析球形度和壁厚均匀性的表征方法,探讨测量过程中采样方式对表征微球球形度和壁厚均匀性的影响。研究表明:对于批量微球球形度和壁厚均匀性的表征,当抽样数目不小于30时,测量结果之间的差异很小;而对于单一微球的球形度和壁厚均匀性的表征,至少3个不同投影面的测量结果的平均值才趋于稳定。不同投影面导致球形度或壁厚均匀性较差的批次样品的测量结果有一定差异,多次投影测量可提高测量结果的可靠性。     

电极表面光滑程度对水介质高电压击穿的影响

 采用水介质同轴实验装置，改变电极表面的光滑程度，在μs级充电时进行水介质击穿实验，并对实验结果进行了分析和解释。结果表明：抛光电极表面可有效提高水介质耐高电压击穿能力；表面粗糙度为0.4～0.8 μm的抛光电极表面的击穿场强比表面粗糙度为1.6～3.2 μm的粗糙抛光电极表面，更符合Martin公式。电极表面光滑程度的改善，使阴极场致发射电流减弱进而击穿延迟时间变长，气泡也更难以附着在光滑的电极表面，从而可以提高水介质耐高电压击穿能力。     

红外光学薄膜材料光学常量计算和在宽带增透膜中的应用

使用经典洛伦兹谐振子模型对热蒸发制备的锗、硫化锌以及低吸收稀土氟化物薄膜的红外透射光谱进行拟合,得出这些材料在中长波红外区的光学常量.使用这三种材料设计并制备了锗窗口7.7~15μm宽带增透膜系,通过优化设计并且使用长波红外区吸收小的低折射率材料,在长波区(13~15μm)的透过率测量值有明显提高,15μm处的透过率为89.9％.     

ICF氘代固体靶的研制

 以自制全氘代苯乙烯单体(氘代率99%)为原料, 以偶氮二异丁腈为引发剂, 经自由基本体聚合反应, 先制得全氘代聚苯乙烯, 最后采用乳液微封装技术制得了直径150～450μm、壁厚2～15μm、球形度≥99.5%、同心度95%～98%、表面粗糙度＜30nm的ICF固体靶用空心微球。介绍了制备工艺,并对全氘代聚笨乙烯分子量及其分布的控制,微球壁内气泡形成机理,微球储存稳定性等进行了初步探讨。     

国产掺镱双包层光纤的激光特性

 采用MCVD方法研发了掺镱双包层光纤，并对其结构特性、荧光特性和激光特性进行了测试和研究。其D形内包层尺寸为400/450μm，数值孔径为0.36,纤芯直径约为16μm，数值孔径约为0.18。荧光谱线的范围为1 000~1 140 nm，1 030 nm处的峰宽大于50 nm。采用大功率激光二极管单端泵浦6 m长的双包层光纤，在泵浦入纤功率为61 W时， 获得了32 W的激光输出，斜率效率为64%。该光纤在高功率处未发现饱和现象，通过优化光纤参数与泵浦方式还可以提高转化效率和输出功率。实验表明该光纤可以取代进口光纤用作高功率激光器件。     

Actively Q-switched and mode-locked Tm3+-doped silicate 2 μm fiber laser for supercontinuum generation in fluoride fiber

A diode-pumped actively Q-switched and actively mode-locked Tm3+-doped double-clad silicate fiber laser is reported providing up to 5 W of average output power at ~60 kHz Q-switch envelope repetition rate and ~8 μJ subpulses with up to 2.4 kW peak power. Using this source as a pump laser for supercontinuum generation in a ZBLAN fiber, over 1080 mW of supercontinuum from 1.9 μm to beyond 3.6 μm was obtained at an overall efficiency of 3.3% with respect to the diode pump power.