初级能量平衡

针对“神光Ⅱ”精密化的要求，有用半波片和偏振片组合衰减装置精确控制光束能量，达到能量平衡。简要论述了半波片组合衰减器的工作原理。采用独特的方法，对高精度光电探头和半波片的特性进行了检测。在此基础上，运用自动控制技术进行智能调节，实现了闭环自动控制模拟实验，达到了均方根为２％的激光能量控制精度。     

神光-Ⅲ原型装置初步的激光脉冲整形实验

针对物理实验要求的三台阶整形脉冲(脉冲宽度比为1.5 ns:1ns:0.5 ns,幅度比为1:4:16),在神光-Ⅲ原型(TIL)装置上开展了脉冲时间波形整形实验研究。首先,针对发射目标利用激光性能仿真模型预测注入激光系统的激光能量和脉冲波形。然后,在脉冲整形后进行不同功率的激光发射对脉冲波形进一步修正:利用实验测量的频率转换效率修正各光束1ω能量和1ω脉冲波形;通过拟合实验测量的能量数据修正注入激光能量;通过增益-通量曲线修正注入激光脉冲波形。最后,将各束注入脉冲波形再次折中作为脉冲波形调整的最终依据。实验结果表明,对靶面要求的3ω-3 ns-0.5 kJ(单束)的三台阶整形脉冲,8束脉冲波形与要求比较一致;三个台阶的束间瞬时均方根功率不平衡分别约为30%,10%和5%。     

大型精密光学系统准直误差分析方法及其应用

大型高功率固体激光装置神光III中包括许多大型、精密光学模块,完成各类模块高精度准直是一项巨大的技术挑战。提出了基于光传输建模分析,数值计算、工程实践3个层次相融合的大型光学系统准直误差分析研究方法,并以空间滤波器系统为对象进行了深入的研究与分析。针对模块准直精度建立了带误差传递的光传输模型,借助误差分析方法,分析了主影响因子及权重,结合工程实际,完成了模块光轴精度分解。采用光轴实体化表征技术和齐次矩阵变换方法,实现了模块、光轴、镜片位姿统一表征,结合激光跟踪仪,完成准直平台设计。最后以具有亚毫弧度准直要求的典型光机模块为例,在工程环境下搭建了准直平台,验证了理论分析方法在实际工程中的适用性。这一方法对激光聚变装置中光机模块精密准直技术研究有着普遍指导意义。     

高功率固体激光性能仿真模型

为实现高功率固体激光装置的能量平衡和功率平衡,开发了激光性能仿真模型为神光-Ⅲ原型装置的运行提供实时预测。模型能够确定系统参数设置(注入能量、注入脉冲波形和参数诊断衰减设置等)。注入能量的预测采用基于以往实验数据的放大曲线拟合方法。平顶脉冲的注入波形预测采用循环迭代算法,整形脉冲波形的预测采用增益-通量曲线法。参数诊断衰减设置是通过基于SG99光传输放大模型的全光路模拟计算实现。对原型装置的仿真表明,能量预测偏差在5%以内; 基频光束间能量分散度可控制在10%以内。模型已成为神光-Ⅲ原型装置运行仿真的有效工具。     

基于正交小波包的茶叶近红外光谱特性分析

针对茶叶近红外光谱数据中存在着高度的共线性和高维数,根据小波包变换具有的去相关能力。通过引入保留能量和置零系数来定量描述茶叶近红外光谱小波包变换后的特性;分析与实验表明,正交小波包对近红外光谱具有较强的压缩能力,压缩后保留的能量为99．98％,而置零系数百分比高达95．87％;这一结果对近红外光谱图的存储、检索及快速处理都有着十分重要的意义。     

大型激光装置束间同步抖动的高精度测量

在多路激光组合使用的大型激光装置中,需要对不同链路输出的激光进行严格的同步控制,以获得更高能量和更高强度的激光脉冲。介绍了利用光谱干涉方法测量大型激光装置中束间同步抖动的基本原理,分析了光谱仪分辨率、束间固有同步延迟等参数对测量精度的影响。在实验上第一次基于光谱干涉方法获得了国内典型的大型激光装置(神光-Ⅲ原型装置)束间同步抖动数据。实验结果表明,神光Ⅲ原型装置的束间同步抖动优于2ps。该方法与目前常用的方法(光电管结合示波器测试方法或者条纹相机测试法)相比具有更高的精度。实验获得的结果为超高峰值功率激光相干合成技术路线和相关误差控制方案的选取提供依据。     

高功率光学元件校正波前的梯度均方根指标

对高功率固体激光装置中,光学元件波前经过变形镜校正后的梯度均方根指标开展了研究。建立了变形镜校正效果的等效分解方法,分析了校正波前的部分相干叠加特性,对校正波前的梯度均方根与焦斑尺寸的对应关系进行了研究。解决了在有变形镜校正时,如何制定元件波前梯度均方根指标的问题。研究结果对高功率固体激光装置的光学元件波前指标制定有指导意义。     

神光II升级装置波前传输计算模型与验证

基于衍射理论和神光II升级激光装置的光路结构及光学元件波前像差,建立了激光装置光束波前像差传输计算模型,用以获取在实验中难以取得,但对激光系统设计和安全运行非常重要的变形镜校正面型、放大器动态波前像差、空间滤波器波前像差和焦斑形态等过程数据。利用该模型对激光装置常规运行时的静态传输、变形镜加压静态传输和大能量发射3种状态下的波前传输进行理论分析,计算结果与实验测量相一致,并在此基础上对变形镜未加压大能量发射波前传输进行计算。计算模型可用于指导相关器件的设计,优化激光运行控制模式,有利于提高激光装置输出波前质量。     

斩波法在激光微能量计标定中的应用

 针对激光微能量测量的问题,提出一种激光微能量计标定新方法与装置。研究内容包括使用稳功率连续激光作为光源,通过基于斩波的脉冲发生器组件产生微能量的脉冲激光,分别使用脉冲宽度测量组件与功率测量组件进行采集、软件分析,计算微能量值及通过比对给出待标定能量计的修正系数,计算机自动控制。结果表明,该方法获得的脉冲激光波形稳定,脉冲宽度测量不确定度为0.08%,激光功率测量不确定度为0.25%,实现了对0.1 pJ～1 mJ的激光能量进行准确复现和传递。     

激光束二维强度分布的测量与功率测试标定

报道了研制的激光束二维强度分布测量装置,实现了从红外到可见的激光束二维强度分布测量,给出直观的激光束远场立体花样和平面分布等高能量图,进一步用该装置测量出激光能量,文章最后给出了标定方法和结果.     

激光束散角复合控制技术

为了降低部分相干光光学系统设计的复杂度及成本,增加部分相干光应用的便捷性,提出了一种液晶空间光调制器的激光相干度及束散角复合控制方法。首先介绍了对激光光束进行相干度和束散角复合控制的基本理论和方法;然后分别设置了相干度和束散角检测实验,检测了本方法所调制激光光束的相干度和束散角的准确性。实验结果表明,采用液晶空间光调制器生成相干度为0.9 mm、束散角为7.5 mrad,以及相干度为1.5 mm、束散角为3.8 mrad的部分相干光束,其相干度与理论值相比误差在5%以内,其相干度均方根误差分别为0.027386和0.031314,峰谷值分别为0.084658和0.089103;其束散角与理论值相比误差在5%以内,其束散角均方根误差分别为0.022478和0.023186,峰谷值分别为0.081201和0.092130。可见,该方法可以实现高精度的相干度及束散角复合控制。     

Propagation properties of a sinh-Gaussian beam in a Kerr medium

The effect of the Kerr nonlinearity on a sinh-Gaussian beam is investigated by using the nonlinear Schrödinger equation (NLS). Based on the method of moments, the evolution of the sinh-Gaussian beam width in the root-mean-square (RMS) sense is analytically described. Numerical simulations indicate that the central parts of each lobe of the sinh-Gaussian beam give rise to initially radial compression and the beam profile redistribution occurs during propagation even though the RMS beam width broadens. The partial collapse of the center parts of each lobe of the beam will appear below the threshold for a global collapse as predicted by the method of moments. The sinh-Gaussian beams eventually convert into sin-Gaussian type beams in Kerr media with low and moderate initial power.     

Propagation of a cos-Gaussian beam in a Kerr medium

The dynamic properties of cos-Gaussian beams in the presence of Kerr nonlinearity are investigated analytically and numerically using the nonlinear Schrödinger equation (NLS). Based on the moments method, evolution of a cos-Gaussian beam width in the root-mean-square (RMS) sense is obtained analytically. The beam propagation factors and the critical powers of the cos-Gaussian beams with a uniform wavefront are calculated. Using numerical simulation, it is found that although the RMS beam width broadens, the central parts of the beam give rise to an initial radial compression and a significant redistribution during propagation. The partial collapse of central parts of the beam is observed below the threshold for a global collapse. The cos-Gaussian beams eventually convert into cosh-Gaussian type beams in Kerr media with low initial power.     

Fe纳米颗粒嵌埋对类金刚石薄膜结构及电学性能的影响

采用脉冲激光气相沉积方法制备了不同Fe嵌埋浓度的Fe: DLC多层纳米复合薄膜。用X射线光电子能谱仪(XPS)对薄膜的组成成分进行分析。利用透射电子显微镜（TEM）、拉曼光谱、电流-电压曲线研究Fe纳米颗粒嵌埋对薄膜的微观结构及电学性能的影响。XPS和TEM表明，Fe纳米颗粒周期性地均匀地嵌埋在碳薄膜中。拉曼光谱表明薄膜中的C为典型的类金刚石结构，Fe纳米颗粒促进芳香环式结构的形成，薄膜结构的有序度提高。电流 电压曲线表明，Fe纳米颗粒的嵌埋导致薄膜的室温电导率增加。     

Micro-vibration suppression of equipment supported on a floor incorporating magneto-rheological elastomer core

In this study, magneto-rheological elastomers (MREs) are adopted to construct a smart sandwich beam for micro-vibration control of equipment. The micro-vibration response of a smart sandwich beam with MRE core which supports mass-concentrated equipment under stochastic support-motion excitations is investigated to evaluate the vibration suppression capability. The dynamic behavior of MREs as a smart viscoelastic material is characterized by a complex modulus dependent on vibration frequency and controllable by external magnetic fields. A frequency-domain solution method for the stochastic micro-vibration response of the smart sandwich beam supporting mass-concentrated equipment is developed based on the Galerkin method and random vibration theory. First, the displacements of the beam are expanded as series of spatial harmonic functions and the Galerkin method is applied to convert the partial differential equations of motion into ordinary differential equations. With these equations, the frequency-response function matrix of the beam–mass system and the expression of the velocity response spectrum are then obtained, with which the root-mean-square (rms) velocity response in terms of the one-third octave frequency band can be calculated. Finally, the optimization problem of the complex modulus of the MRE core is defined by minimizing the velocity response spectrum and the rms velocity response of the sandwich beam, through altering the applied magnetic fields. Numerical results are given to illustrate the influence of MRE parameters on the rms velocity response and the response reduction capacity of the smart sandwich beam. The proposed method is also applicable to response analysis of a sandwich beam with arbitrary core characterized by a complex shear modulus and subject to arbitrary stochastic excitations described by a power spectral density function, and is valid for a wide frequency range.     

电扫描型单缝单丝强流离子束发射度测量仪

 介绍了一台基于电偏转扫描方法的强流离子束发射度仪，讨论了发射度仪硬件的系统构成和设计要点，该发射度仪采用阶梯型电压对通过前缝的束流进行扫描来获得束流散角信息。并对测量计算软件和数据处理方法进行了介绍，采用了先扣除本底，再设置阈值的方法进行数据处理。处理后的数据利用程序可获得均方根和边界发射度、束斑大小、最大正负散角以及发射度相图。利用该发射度仪对ECR离子源引出的强流质子束的发射度进行了测量，并对测量数据进行了分析。对于引出电压为50 kV、脉冲重复频率为166 Hz、脉冲宽度为1 ms、平均束流强度为4 mA的质子脉冲束，其归一化均方根发射度为0.27 pmm·mrad。     

微弱信号源的和波束定向方法与分裂波束定向方法的性能比较

本文讨论水下辐射噪声源的精确定向问题，给出被动声纳和波束定向与分裂波束定向方法的性能比较。指出在一定信噪比下，分裂波束精确测向技术比和波束定向技术具有较高的定向精度。但是，随着信噪比的下降，两者趋于一致。推导了估计定向精度的分析表达式，给出在直线阵和圆弧阵情况下，延时估计和声源入射角偏差之间的换算公式和数值模拟结果。同时给出数字式声纳用以计算入射信号左波束和右波束数据的互谱来实现分裂波束定向的方法。     

Diagnostic system for two dimension intensity distribution of laser beam

The diagnostic system for two dimension(2-D)intensity distribution of laserbeam is a measuring instrument for many parameters of laser beam.2-D intensity distributionplot of laser beam is obtained by the two dimension scanning mirror which is controlled by amicrocomputer to scan the laser beam on a detector.Many parameters of laser beam such asthe isointensity distribution plot,the beam diameter,the beam waist diameter,the laser pow-er,the diverge angle and the beam brightness,are given by means of the microcomputer pro-cessing the data measured.Theoretical analysis of beam parameter transform is given.     

基于单个四条带BPM的非拦截式能散度测量方法

能散度是反映束流品质的重要参数,采用传统测量方法测量时打到靶上的束流不能得到利用,测得的数据也是多个宏脉冲的平均值,利用该方法的测量结果进行束流调节时,要等待荧光靶从束流轨道中反复插入和提出,调节时间很长。基于单个四条带束流位置检测器,结合发射度测量的方法,实现了非拦截式能散度测量方法。该方法能在不加入额外设备的情况下对每个束流宏脉冲的能散度进行测量,测量结果与传统的拦截式测量方法结果相吻合。进行了误差分析,指出为了减小测量系统误差,需要尽可能使束流通过束流位置检测器中心。     

高功率激光器的光谱合束技术研究北大核心CSCD

为了获得高功率激光束,提出利用双色镜对典型波长2种不同类型(脉冲、连续)的高能激光进行合束,以实现高功率高能量激光输出。通过对双色镜的热效应和合束光斑远场激光参数进行仿真分析计算,热效应仿真结果表明,在单束激光10 kW、光斑直径15 mm条件下,双色镜面型热形变量均方根值为0.004λ(λ=632.8 nm),满足光学元件面型小于0.03λ精度要求。搭建了一套基于双色镜的光谱合束系统,并分别进行了高功率连续激光与高功率连续激光、高功率连续激光与高能量脉冲激光的合束试验,合束效率高于95%。试验结果表明,光谱合束可有效应用于高能激光领域。