体吸收型激光能量计能量损失补偿方法的研究

借助传热学基本理论对体吸收型激光能量计因热辐射、热对流和热传导造成的热能损失进行了分析，在此基础上建立了能量计热能损失的数学模型。根据数学模型采用最小二乘法对测量数据进行了曲线拟合，得到与实际降温曲线非常接近的拟合曲线。利用拟合曲线对测量数据进行补偿修正后使得能量计的测量重复性得到了很大提高。该方法对于体吸收型激光能量计的研制具有一定的理论意义。     

根据激光单脉冲能量空间分布测量激光横模结构的方法

针对脉冲激光器,提出了一种根据激光单脉冲能量空间分布测量激光横模结构的方法,构造了相应算法,并通过理论和实验验证了该方法.通过对调Q二极管泵浦固体激光器的调Q过程进行数值模拟,计算出单脉冲能量空间分布曲线和各阶横模比例,同时根据单脉冲能量空间分布曲线上一些离散点计算出各阶横模比例,且与调Q过程数值模拟的直接计算结果相等.同时在实验中根据测量出的单脉冲能量相对值,计算出各阶横模比例,拟合出腔外不同距离处的单脉冲能量空间分布曲线.对腔外不同距离处单脉冲能量相对值和相应拟合曲线进行比较,发现测量值和拟合曲线吻合.     

根据激光单脉冲能量空间分布测量激光横模结构的方法

针对脉冲激光器,提出了一种根据激光单脉冲能量空间分布测量激光横模结构的方法,构造了相应算法,并通过理论和实验验证了该方法.通过对调Q二极管泵浦固体激光器的调Q过程进行数值模拟,计算出单脉冲能量空间分布曲线和各阶横模比例,同时根据单脉冲能量空间分布曲线上一些离散点计算出各阶横模比例,且与调Q过程数值模拟的直接计算结果相等.同时在实验中根据测量出的单脉冲能量相对值,计算出各阶横模比例,拟合出腔外不同距离处的单脉冲能量空间分布曲线.对腔外不同距离处单脉冲能量相对值和相应拟合曲线进行比较,发现测量值和拟合曲线吻合.     

高能激光计后向散射能量损失补偿方法研究

针对锥形腔高能激光计后向散射能量损失补偿问题,系统分析了均匀分布激光入射强漫反射面情况下的锥形吸收腔的后向散射问题,进而针对不同高能量激光的输出光斑形状,建立了锥形吸收腔开口处光功率密度分布和后向散射总功率的数学模型,在此基础上对测量结果进行了补偿和修正,有效改善了高能量激光能量测量准确度.     

短脉冲激光加工硅膜的传热过程及烧蚀图形的二维计算

为研究短脉冲激光辐照硅膜表面后的能量传输过程,基于双温方程的计算方法以及自由电子气理论,建立了求解能量传输方程的二维有限元模型.针对红外以及可见光波段的激光,通过限制硅膜的大小,有效地控制了计算的精度,并得到电子温度与热流的时间以及空间分布.计算结果表明,激光诱导产生的等离子体密度极大地影响了硅膜表面的反射率及光吸收系数;通过分析电子热流密度随时间的变化曲线,得到硅膜内部能量的传输过程;在激光作用过程中,硅膜内部晶格温度始终保持在熔点以下,证明了等离子体密度是激光烧蚀硅膜的主导因素;预测了激光烧蚀的图形,并分析了不同波长的激光烧蚀图形与高斯曲线的关系.     

一种新型TEA CO_2激光器的实验研究

设计了一种新型结构的激光器———双通道放电激励折叠腔TEA CO2激光器。该激光器通过提高脉冲能量输出水平来增加激光输出谱线数目和激光差分吸收雷达可探测的气体种类。它在增大激光器放电时间长度的同时保证了较小的激光器体积,更好地满足了激光差分吸收雷达光源体积小,重量轻,输出能量高的要求。得到激光器输出能量与气体工作气压的关系曲线,获得了激光器内工作气压与输出脉宽关系曲线,发现脉冲宽度大约在50~70ns之间变化,研究了气体压强对激光器输出脉冲峰值功率的影响。     

绝对吸收式激光能量计高准确度校准技术研究

采用量热法的高能激光能量计用于测量能量大于50 kJ的连续波高能激光能量,通常用已知功率的连续激光开展激光能量计的光电校准需要激光照射时间超过20 min,而由于热损失等原因,进行长时间激光能量校准时,校准不确定度高达12%。以量热式平面吸收高能激光能量计为模型,从理论上分析了热辐射、热对流对连续波高能激光能量测量结果的影响,得到了较准确的平面吸收腔激光能量计冷却数学模型,实现了能量计热损失补偿,并通过建立相应的实验装置验证了该模型,用其对装置的测量结果加以修正,可使光电校准的测量不确定度减小到1%以下。     

皮秒级时间分辨超快高能脉冲激光光谱

介绍了一种利用光电摄谱法和条纹管相结合测量ps级时间分辨超快高能脉冲激光光谱的方法。论述了条纹相机工作原理和平面衍射光栅的分光原理,分析指出利用介绍的装置,可以实现波长300 nm ～1 600 nm、脉宽＞2 ps超快高能脉冲激光的光谱测量。采用1 054 nm超快高能脉冲激光器,实验得到了条纹像,对条纹像进行数据处理后得到测量光谱曲线,通过能量标定后,得到了超快高能脉冲激光器实际光谱曲线,验证了ps级时间分辨超快高能脉冲激光光谱方法。讨论了系统中耦合透镜组对光谱测量和光纤色散角对条纹图像的影响,论述了ps级时间分辨超快高能脉冲激光光谱的作用。随着条纹管制造技术的飞速发展,该方法可用于fs级激光光谱的测量。     

激光空泡特性实验与数值计算研究

基于激光空泡内物质以水蒸气为主的特征,选择特定的Rayleigh-Plesset方程形式,确定激光空泡的动态泡壁位置,并考虑水中气体与激光空泡之间的质量扩散、水蒸气的凝结与蒸发、水的压缩性及热传导、声辐射、黏性、表面张力等因素.建立激光空泡的产生、照相和声压测量系统.通过数值计算与实验结果相结合的办法,使泡内压力的计算值与实验值之间相对误差控制在10%以内,揭示吸收的激光脉冲能量与激光空泡的半径、泡内压力和温度之间的对应关系,以及吸收的激光脉冲能量不变时半径、压力和温度的变化规律.旨在为激光空泡的相关研究提供一定的参考. 关键词： 激光空泡 水蒸气 数值模拟 Rayleigh-Plesset方程     

多脉冲高能量强激光诱导产生Al等离子体发射光谱分析

 用Nd:YAG脉冲激光器产生的1.064 μm激光,在空气环境下作用于金属Al诱导产生等离子体,获得了不同能量以及多次脉冲烧蚀下的Al等离子体发射光谱,分析了谱线强度与能量变化之间的关系,实验结果表明：随激光能量的增加,谱线的信号强度明显增强;对等离子体光谱进行Lorentz线型拟合,获取了谱线的半高宽,以此来计算电子密度,得到了电子密度及信号强度随多脉冲强激光诱导次数的增加而逐渐下降的演化规律。     

激光诱导介质击穿中的脉冲截断问题

强激光与介质相互促进作用过程中,当自由电子的密度达到介质的损伤阈值时,介质将被击穿,脉冲的后续能量被激光等离子体强烈吸收而引发截断,这个时间点定义为截断时间点.脉冲的截断时间点对激光脉冲能量的传输有很大的影响.理论研究了入射激光脉冲能量对脉冲截断时间点分布的影响.定量分析和模拟了截断时间点对脉冲能量透过率的影响.模拟结果和实验结果符合很好.研究发现:激光脉冲能量透过率由脉冲截断时间点的位置决定.当脉冲截断时间点分布在脉冲前沿、峰值和后沿时,激光脉冲能垦的透过率分别对应小于50%,等于50%和大于50%.在线测量激光脉冲能量的透过率也可作为一种在线检测光学元件是否发生破坏的方法.     

飞秒激光热反射系统测量金属薄膜中的热波

金属材料中的热波现象可以利用包含电子弛豫时间影响的双曲两步模型进行理论分析.通过飞秒激光热反射实验系统对金属薄膜材料进行了测量.利用偏振分光棱镜将飞秒激光分成抽运光和探测光,其中较强的抽运光用于加热金属薄膜而较弱的探测光用于探测薄膜表面反射率随时间的变化,两束光之间的光程差通过步进电机进行精确控制.利用金属薄膜反射率和电子温度的正比例关系就可以得到电子温度随时间的变化规律.实验发现在加热激光脉冲过后的电子温度下降区间会出现另一个较弱的电子温度波峰,并利用相同厚度的两块金属薄膜样品重复测量对实验结果进行了验证.理论上这一现象可以解释为金属薄膜中热波在背面反射的结果,并且实验结果和双曲两步模型给出的热波理论计算结果相符合.根据实验结果计算出热波传递速度约为5×105m/s,对应的电子弛豫时间为60fs.     

Conical emission by femtosecond pulses with different spectral bandwidths

Conical emission (CE) has been investigated experimentally by laser pulses with different pulse durations and spectral bandwidths. The results show that the overall CE curve will shift as the varying of spectral bandwidth of pump laser pulse. But for pump laser pulses which have same spectral bandwidth but different pulse duration, the CE angles will be same at the spectral region close to the pump wavelength while will be different at the spectral region far away from the pump wavelength. We have also fitted the measured CE angles with X-wave model. The calculated curves and the measured CE curves match reasonably well. The best fits indicate that the group velocity of the filament pulse may be greatly controlled by controlling the spectral bandwidth of pump laser pulse.     

大能量钕玻璃棒状激光器新型热管理技术

 针对kJ级大能量钕玻璃固体脉冲激光器，对比研究了传统恒温水冷方式和采用加热控制的新型热管理技术下的激光棒温度分布情况。结果表明，采用新型热管理技术可大大降低棒内温度梯度，减小泵浦过程中的热效应，确保大能量激光输出；而且加热循环水的最佳升温值在单泵浦脉冲引起的激光棒平均温升值附近，使得径向温差最小，该最佳升温值与脉冲间隔时间有关,比如脉冲间隔15 s时，循环水在每个脉冲过后的最佳升温值为单泵浦脉冲引起的激光棒平均温升值的0.85倍；采用加热控制后水温和激光棒温度整体升高，因此在工作一个脉冲串后，必须恢复激光棒温度到初始状态，然后再进行下一个脉冲串工作。     

High slope efficiency and low threshold in a laser-diode-pumped passively Q-switched ion-implanted Nd:YVO<Subscript>4</Subscript> planar waveguide laser with GaAs saturable absorber

A passively Q-switched waveguide laser, to our knowledge, has been firstly demonstrated in Nd: YVO₄ crystal formed by 3 MeV Si⁺ ion implantation at a dose of 1 × 10¹⁵ ions/cm² at room temperature, in which GaAs was used as saturable absorber. The dependences of the average output power, pulse width, pulse repetition rate on absorbed pump power have been measured at different output plane mirror transmissions. At an absorbed pump power of 78.8 mW and output transmission of 20%, the shortest pulse width of 3.88 ns was obtained, corresponding to the peak power and single pulse energy of 212 W and 0.82 μJ, respectively. The threshold pump power was as low as 40 mW, and the slope efficiency was about 64.5% when the absorbed pump power was lower than 70 mW.     

The formation of micro/nanoparticles in laser-enhanced electroplating with continuous-wave and pulsed Nd-YAG laser interactions

The copper particles generated by the laser-enhanced electroplating method have been investigated in this study, and the results have been examined at various process conditions. The electrolyte jet of copper sulfate was impinged on a stainless steel electrode and irradiated with a Nd-YAG laser at continuous-wave (CW) and Q-switched output modes, respectively, to generate the particle size distribution from micro- to nano-scale.According to the electrochemical dynamics theory, the mechanism of the proposed technique for the particles formation is mainly due to the thermal effects from the laser interaction in electroplating. In the experiments, the laser energy absorbed by the electrolyte jet and the temperature rise of the electrode during the laser radiation has been measured. In the numerical simulation, the temperature fields of the impinging jet of the laser nozzle were calculated. It shows that the growth of the particle is significantly corresponding to the laser power and pulse mode of the laser interaction.     

脉冲激光器输出能量对薄膜损伤阈值测试的影响

薄膜损伤阈值是薄膜抗强激光作用的关键参数，而脉冲激光器的输出能量直接决定了激光薄膜损伤闲值测试结果及其测试精度。激光器的工作电压、频率以及传输距离是影响能量的重要因素。根据脉冲激光器的工作原理，建立了能量与电压、能量与频率和能量与传输距离的数学模型。在激光器工作电压范围内（300～1100V）进行了实验研究，结果表明：不同频率下建立的能量与电压的数学模型不同；同一工作频率下，激光输出能量与电压有两个线性区域；能量稳定性最好的区域其RMS值小于0．025，PV值小于0．07；输出能量随着探测距离的增加而减小。该结果为激光薄膜损伤阂值测试精度的提高提供了可靠的理论依据。     

工作于非标准环境下体吸收型激光能量计的研制

研究了能直接工作于非标准环境下的体吸收型激光能量计.由能量计热传导、热对流、热辐射的单位时间热交换方程推导出单位时间内能量计升温过程中热能损失的数学模型,根据数学模型对能量计整个升温过程的热损失进行补偿,使得能量计对于不同脉冲长度入射激光的测量结果重复性由4.7%提高到了0.6%,消除了能量计热损失给测量带来的不利影响.针对环境温度从-40℃变化到70℃测温用铜-康铜热电堆对1℃温差响应电压剧增30%的问题,在环境试验箱进行不同环境温度下的激光能量测量实验,得出了能量计不同环境温度下测量结果的修正系数,并利用最小二乘法建立了修正系数同环境温度之间的函数关系,使得环境温度对测量结果的影响得到了修正.     

多通道软X射线Dante谱仪标定及实验

介绍了用于阳加速器上Z箍缩内爆实验诊断的Dante谱仪的结构和通道配置,详细讨论了X射线二极管、掠入射平面反射镜和滤片等主要元器件的标定结果,分析了标定结果与理论计算发生偏差的原因,给出了喷气Z箍缩等离子体辐射的测量结果,X光辐射功率30～40 GW,能量约0.8 kJ,并与闪烁体光电管测量结果进行了比较,差异约20%。