湍流大气中漫射目标的平均强度和信噪比

基于广义惠更斯-菲涅尔原理,根据Rytov相位结构函数的二次近似,推导了湍流大气中漫射目标探测器表面的平均强度和信噪比的解析表达式。给出不同类型尺寸的漫射目标散射波经湍流大气传输在探测器表面的平均强度和信噪比,数值分析了不同目标尺寸、湍流强度、透镜大小对探测器表面平均强度和信噪比的影响。目标尺寸和透镜尺寸越大,信噪比越大;相反地,湍流越大,信噪比越小。     

光在多层匹配生物组织中的时域传输模型

建立了匹配介质的n层半无限厚频域方程的解，并对频域进行傅里叶变换，计算出时域方程的时间分辨漫反射（Time-resolved Reflectance）.为检验漫射模型的准确性,将时间分辨漫反射与蒙特卡罗（Monte Carlo）模拟结果进行了比较,结果表明两者符合得很好.研究表明：该时域漫射模型可以判断生物组织和病变的光学特性.     

超短脉冲激光辐照金属薄膜温升效应的模拟研究

 考虑到材料的质量热容、热导率、驰豫时间等热力学参数随温度非线性变化因素的影响，利用具有人工粘性的、自适应时间步长的前向差分算法，数值求解了电子-晶格双温双曲两步热传导模型，讨论了厚度为50 nm的金膜在0.1 ps脉冲激光辐照下的温升规律。数值结果表明：薄膜前表面自由电子的温度在大约0.27 ps时达到最大值，不同厚度上自由电子达到温度平衡所需的时间大约为1.6 ps，而薄膜温度在整个厚度上达到平衡所需时间为60 ps左右。由电子温度及其温度梯度引起的热电子崩力很可能是造成材料破坏的一个主要因素。     

线状锗等离子体X射线线谱的时间分辨测量

用自行研制的X射线条纹晶体谱仪首次测量了线状锗等离子体的X射线时间分辨谱。给出了类Ne-锗L线共振线的时间演化过程,并用类Ne-锗L线共振线与其双电子俘获伴线的相对强度比粗估了锗等离子体的电子温度及其随时间的变化,实验给出了X光激光增益区介质的电子温度为400～760eV,同时给出了电子温度保持相对恒定的时间不小于90ps(电子温度变化小于2％)。     

不匹配介质三层漫射方程的时间分辨漫反射

生物体的表面组织是一个不匹配的多层介质,大多数研究人员研究匹配介质的漫射方程,将组织表面看作折射率相同的介质。为更好的理解光在生物体内的传播,建立了不匹配条件的三层半无限厚频域方程的解;并对频域进行傅里叶变换,计算出时域的时间分辨漫反射。为了验证此的理论,使用蒙特卡罗方法进行仿真研究,结果表明该理论研究不仅和蒙特卡罗方法高度一致,而且还可以解决两层不匹配介质模型。     

光束在尾流气泡中传输的复散射效应

为了了解光束在尾流气泡中的传输特性,为前向光尾流的探测提供理论依据,研究了光束在尾流中传输时传播方向上和横截面方向上的辐射强度分布特性.基于辐射传输方程的小角度近似解,得到了探测截面上的约化强度和漫射强度的表达式,其中漫射强度表征了复散射的强弱;针对典型的尾流气泡分布,通过数值计算分析了光束传输方向上的约化强度和漫射强度与接收视场角、光学厚度和光束大小的关系,也计算分析了光束横截面方向上的辐射强度随光束大小和横向距离的变化关系.结果表明,光束在尾流气泡中传输时复散射效应明显,且复散射的强弱与接收视场角、光束直径、光学厚度和横向距离密切相关.     

光束在尾流气泡中传输的复散射效应

为了了解光束在尾流气泡中的传输特性,为前向光尾流的探测提供理论依据,研究了光束在尾流中传输时传播方向上和横截面方向上的辐射强度分布特性.基于辐射传输方程的小角度近似解,得到了探测截面上的约化强度和漫射强度的表达式,其中漫射强度表征了复散射的强弱|针对典型的尾流气泡分布,通过数值计算分析了光束传输方向上的约化强度和漫射强度与接收视场角、光学厚度和光束大小的关系,也计算分析了光束横截面方向上的辐射强度随光束大小和横向距离的变化关系.结果表明,光束在尾流气泡中传输时复散射效应明显,且复散射的强弱与接收视场角、光束直径、光学厚度和横向距离密切相关.     

1.06μm连续激光辐照TiO_2/SiO_2/K_9薄膜元件温升规律研究

利用1.06μm连续激光在不同强度下辐照TiO2/SiO2/K9薄膜元件,实验中用红外热像仪测量激光辐照在TiO2/SiO2/K9元件表面引起的温升随时间的变化,通过数据处理,获得激光辐照区域最高温度随辐照时间的增加而增加。同时,给出材料温升随材料发射率的变化关系。并用程序模拟不同激光强度下薄膜温度场的分布,通过实验测量数据校正数值模拟计算结果,给出TiO2/SiO2/K9薄膜元件温度随激光辐照强度和辐照时间的变化规律。并且获得在薄膜厚度方向:薄膜表面温度最高,基底与薄膜接触处温度最低;沿径向:激光辐照中心温度最高,边沿温度最低。     

1.06 μm连续激光辐照TiO2/SiO2/K9薄膜元件温升规律研究

利用1．06μm连续激光在不同强度下辐照TiO2／SiO2／K9薄膜元件，实验中用红外热像仪测量激光辐照在TiO2／SiO2／K9元件表面引起的温升随时间的变化，通过数据处理，获得激光辐照区域最高温度随辐照时间的增加而增加。同时，给出材料温升随材料发射率的变化关系。并用程序模拟不同激光强度下薄膜温度场的分布，通过实验测量数据校正数值模拟计算结果，给出TiO2／SiO2／K9薄膜元件温度随激光辐照强度和辐照时间的变化规律。并且获得在薄膜厚度方向：薄膜表面温度最高，基底与薄膜接触处温度最低；沿径向：激光辐照中心温度最高，边沿温度最低。     

离散坐标法在计算生物组织内光场空间角分布中的应用

从辐射传输理论出发,研究了准直光照下层状生物组织内漫射光场的角分布.在辐射传输方程的基础上,采用离散坐标法得到了描述层状生物组织内漫射光传输问题的微分方程组形式,并用特征值-特征矢量方法对其进行了求解,给出了通解形式.结合边界条件对两类典型生物组织内漫射光场角分布进行了数值计算-各向同性组织和前向散射组织,给出了组织内不同深度处漫射光场空间角分布曲线.通过对计算结果比较分析,得到了生物组织内漫射光场空间角分布随深度的变化规律,及边界效应和光学参量对组织内漫射光场空间角分布的影响.     

Theoretical Analysis on scanning spectral filter based on the bi-refraction electro-optical interferometer for pulse contrast improvement in femtosecond laser

A spectral scanning filter method to improve the pulse contrast in the femtosecond chains is proposed, which is made using of the character that the instantaneous frequency varies with the time approximately linearly for the chirped pulse in the time-frequency domain. A spectral scanning filter based on the bi-refraction electro-optical interferometer is proposed and analyzed. The spectral scanning filter for reducing the ASE intensity is analyzed in the time–frequency domain by using the Short-Time Fourier Transformation method. The results show that the pulse contrast can be improved by two orders, and the transmission efficiency of the chirped pulse can exceed 85% when the synchronizing time jitter ranges from ? 50 ps to 50 ps adopting the cascaded filter method. The great advantage of this novel nonlinear spectral filter technology fits the high energy and high peak intensity femtosecond chains for it filters the ASE in the near field in temporal domain.     

频域反射法光纤延时精密测量

本文提出了一种应用于光纤延时系统中实现光纤延时精密测量的新方法,用以提高光纤延时测量的精度和准确性.该方法以1064 nm激光调制信号作为光源,通过测量回波信号的幅值和相位信息得到被测通道的频率响应,采用快速傅里叶逆变换得到被测目标的延时信息,实现光纤延时测量.本文通过理论分析和延时测量实验对频域反射法与传统的时域测量方法进行对比,使用频域反射法在调制频率范围10—200 MHz,采样频率间隔0.5 MHz的实验条件下,实现了3.3 ps延时测量分辨率,并证明了该方法具有比时域方法更高的测量精度,测量结果的准确性更好.     

光谱扫描滤波法提升飞秒激光信噪比的理论分析

在时间--频率域中,啁啾脉冲被淹没在放大自发辐射等噪声中,且其瞬时频率线性分布,基于此,提出采用光谱扫描滤波的办法来提升高功率飞秒激光系统的信噪比,并以法布里--珀罗干涉仪作为光谱扫描滤波器,对该法提升信噪比的效果进行了详细的理论分析.采用短时傅里叶变换方法,研究了光谱扫描滤波器对自发辐射放大(ASE)的滤波效果,数值分析表明,在时间抖动为-2 ps到2 ps之间、光谱扫描滤波器的通带宽度为0.4 nm条件下,该法能将飞秒激光系统的信噪比提升2个量级,而啁啾信号光以超过90%的透光率通过光谱扫描滤波器;级联光谱扫描滤波方式能进一步提升飞秒激光信噪比.     

光谱扫描滤波法提升超强飞秒激光相干信噪比分析

光谱调制所形成的预脉冲和后沿脉冲的时频谱图将等间距、 平行地分布于啁啾主脉冲时频谱图的两侧, 基于光谱调制啁啾光脉冲的这种时频谱特点, 采用扫描滤波方式来提升其对比度. 数值模拟分析了扫描滤波过程中时间抖动、 扫描率差异和通带宽度等因素对扫描滤波效果的影响, 结论表明, 在扫描轨迹与信号光频率相同的情况下, 控制通带宽度, 相干信噪比提升率接近0.41F²倍, 而啁啾信号光以超过90%的透光率通过光谱扫描滤波器. 关键词： 超快激光技术 相干信噪比 光谱扫描滤波 短时傅里叶变换法     

Experimental EOS determination of aluminum at Mbar pressure

Equations of state (EOS) of matter at Mbar pressure are fundamental to numerous applications such as in astrophysics[1], plasma physics[2], inertial confinement fusion[3—6], and other related fields. Laser directly and indirectly induced shock wave compression of materials is an effective way to access these material states. Many recent experiments have been devoted to the study of laser driven shock waves and their use in the EOS measurement of strongly compressed materials[7]. It is well…     

Chirped pulse reflectivity and frequency domain interferometry in laser driven shock experiments

We show the simultaneous applicability of the frequency domain interferometry and the chirped pulse reflectometry techniques to measure shock parameters. The experiment has been realized with the laser at the Laboratoire pour l'Utilisation des Lasers Intenses (LULI) with a 550-ps pulse duration and an intensity on target approximately 5 x 10(13) W/cm(2) to produce a shock in a layered aluminum-fused silica target. A second low energy, partially compressed chirped probe beam was used to irradiate the target rear side and the reflected light has been analyzed with a spectrometer, achieving a temporal resolution of the order of 1 ps.     

Ultrafast transport of laser-excited spin-polarized carriers in Au/Fe/MgO(001)

Hot carrier-induced spin dynamics is analyzed in epitaxial Au/Fe/MgO(001) by a time domain approach. We excite a spin current pulse in Fe by 35 fs laser pulses. The transient spin polarization, which is probed at the Au surface by optical second harmonic generation, changes its sign after a few hundred femtoseconds. This is explained by a competition of ballistic and diffusive propagation considering energy-dependent hot carrier relaxation rates. In addition, we observe the decay of the spin polarization within 1 ps, which is associated with the hot carrier spin relaxation time in Au.     

新型门控光子计数法测量高散射介质的光学参量

讨论了一种新型而且简单的门控光子计数法，用来测量高散射介质的光学参量。当一束光脉冲入射到高散射介质后，该方法可以恢复出光脉冲经过散射后从介质表面逸出的波形。与传统的门控光子计数法相比，该方法利用计数器控制门可以移动的特点，通过滑动宽度为60ns的控制门实现较高的时间分辨力200ps。在此波形的基础上，Patterson—Chance方法可以快速而且准确计算出被测介质的光学参量。在模型介质上的实验，验证了该方法的可行性，实验结果与复杂的时间相关的单光子计数加曲线拟合方法相比较，误差小于10％。     

时域两维荧光寿命显微测量研究

提出了一种新的时域两维荧光寿命显微测量技术,建立了一套荧光寿命成像显微系统,介绍了这种测量技术的数据处理方法。用标准样品对该系统进行了测试,实验表明,该系统的时间分辨率为2ps,在放大倍率为100倍的情况下,该系统的空间分辨率为8um。如果在现有的设备下采用更细的网格板和微位移系统,那么该系统的空间分辨率可小于1um.     

基于光场一阶关联的时域成像

与通常利用二阶强度关联测量实现时域鬼成像不同,本文利用时域热光源借助干涉仪通过一阶关联实现时域成像.基于空域光束的近轴衍射和时域窄带脉冲在色散介质中色散之间的空间-时间二象性,在时域脉冲响应函数的基础上得到了表征一阶关联时域成像的强度表达式,分析研究了光源脉冲宽度和相干时间对成像可见度和分辨率的影响.结果一方面表明基于热光场一阶关联的时域成像在不需要额外色散补偿或消除条件下可以实现时域物体信号的再现,另一方面表明当光源脉冲宽度一定时,成像可见度随光源脉冲相干时间的增加而增加,但是成像分辨率逐渐降低,其中当光源脉冲宽度约为100 ps,相干时间约为0.5 ps时,间隔为20 ps,宽度为8 ps的时域矩形波型物体的成像质量(兼顾可见度和分辨率)较好.该结果对于基于热光一阶关联的时域成像在时序信号测量中的应用具有重要意义.