多波长激光同时辐照下熔石英元件的损伤研究

对比研究了3ω单独辐照、3ω＋2ω和3ω＋1ω双波长同时辐照下熔石英元件的初始损伤和损伤增长规律，重点研究3ω能量密度在其阈值附近时，低能量密度的2ω和1ω对初始损伤和损伤增长的影响，分析了波长间的能量耦合效应。结果表明:双波长同时辐照下，当2ω和1ω能量密度远低于其自身阈值时，它们对初始损伤几率和损伤增长阈值的影响可以忽略，但也会参与初始损伤和损伤增长过程，会增加初始损伤程度和损伤增长系数。基于飞秒双脉冲成像的冲击波速度测量表明，3ω和1ω同时辐照下，波长间的能量耦合效应会促进激光能量向材料沉积的效率。     

1064 nm和532 nm纳秒激光同时辐照熔石英损伤规律的研究

利用Nd: YAG激光器研究基频(1064 nm)与倍频(532 nm)单独辐照和同时辐照下熔石英的损伤规律,对损伤几率进行了测试,获得损伤几率曲线与典型损伤形貌。研究结果表明:双波长同时辐照下的初始损伤阈值总是小于单波长辐照下的初始损伤阈值;基频光中加入定量倍频光后,熔石英对基频光的吸收效率提高;并且双波长同时辐照下,熔石英损伤密度增大;原因主要是熔石英表面缺陷对不同波长吸收机制的差异。     

1 064 nm与532 nm激光对电子束蒸发制备的HfO2/SiO2高反膜损伤比较

 研究了电子束蒸发制备的HfO₂/SiO₂高反膜在1 064 nm与532 nm激光辐照下的损伤行为。基频激光辐照时损伤形貌主要为节瘤缺陷喷溅留下的锥形坑,当能量密度较大时出现分层剥落;二倍频激光损伤主要是由电子缺陷引起的平底坑,辐照脉冲能量密度稍高时也会产生吸收性缺陷引起的锥形坑,但电子缺陷的损伤阈值更低;随着辐照脉冲能量密度的增大分层剥落逐渐成为主要的损伤形貌。分析认为,辐照激光波长的变化,引起吸收机制的变化从而导致了损伤阈值及损伤机制的差异。     

355 nm和1064 nm双波长预处理对DKDP晶体损伤性质的影响

为了研究3ω预处理、3ω和1ω同时辐照预处理情况后DKDP晶体的3ω损伤特性,建立了双波长预处理和损伤测试实验系统,重点研究了双波长同时辐照预处理情况下1ω能量密度对预处理效果的影响,分析了双波长同时辐照预处理过程中的能量耦合机制。研究结果表明:双波长同时辐照预处理在提升DKDP晶体抗3ω激光损伤性能方面的效果明显好于单波长预处理;在双波长同时辐照预处理情况下,远低于自身预处理阈值的1ω参与了预处理作用过程;在相同3ω能量密度、能量阶梯的预处理策略下,1ω能量密度存在最佳值。     

纳秒激光诱导熔石英光学玻璃的损伤增长

利用Nd:YAG激光器研究了纳秒激光诱导熔石英光学玻璃的初始损伤及损伤增长,对比研究了损伤程度和损伤形貌随激光波长、能量密度、脉冲数及位置的变化规律,并对损伤机制进行了分析和讨论。研究结果表明:初始损伤受损伤先驱的物理化学性质和激光参数的影响,而损伤增长规律与初始损伤程度、激光参数和位置有关;后表面的损伤随脉冲数的增加呈指数关系增长,前表面则呈线性关系;裂纹的产生及其在后续脉冲辐照下的发展是后表面损伤增长的主要原因,高温等离子体表面刻蚀是前表面损伤增长的主要原因     

不同波长三倍频DKDP晶体的激光损伤

采用传统降温法,利用高纯原料从氘化程度为80%的溶液生长了四方相磷酸二氘钾(DKDP)晶体,并按Ⅱ类三倍频方式切割晶体。三倍频用DKDP晶体的最大问题在于其抗光伤阈值低于KDP晶体,严重限制了激光输出的能量密度和晶体使用寿命。考察了不同波长下三倍频DKDP晶体的损伤阈值,以及激光退火效应。实验表明,激光退火对于DKDP晶体的损伤阈值有显著的提升作用,基频、倍频、三倍频的提升效果分别达到1.4,1.9,2.7倍,是改善DKDP晶体抗光伤能力的有效途径。     

基频和三倍频Nd:YAG激光诱导熔石英损伤特性

 采用光电探测器和数字示波器检测散射光脉冲信号,研究了基频和三倍频Nd:YAG激光诱导熔石英损伤过程,给出了泵浦光和探针光的散射光光电信号;比较了基频和三倍频激光作用下熔石英烧蚀斑显微照片,并分析了其损伤机理。结果显示:在ns脉冲激光作用下,熔石英损伤均发生在泵浦激光脉冲峰值附近,且基频光作用下损伤开始时间点比三倍频作用下早;在多脉冲或高能量激光辐照下,检测到了等离子体闪光信号,等离子体闪光发生在时间延迟21 ns附近。基于Keldysh理论计算了基频光和三倍频光作用下,熔石英光致电离速率同激光强度的关系。     

图像处理在双波长激光诱导熔石英损伤增长中的应用

利用图像处理方法对比研究了单波长辐照和双波长激光同时辐照下熔石英光学元件的损伤增长阈值。通过实时采集损伤图像和靶面光斑能量空间分布,获取损伤增长发生位置对应的能量密度。针对3ω单独辐照、3ω和1ω同时辐照下熔石英元件损伤增长的实验数据,比较分析了基于图像处理方法和传统损伤增长阈值R-on-1测量方法(国标)所得结果的差异。结果表明:本文采用的图像处理方法在研究小口径非均匀光斑辐照下的熔石英光学元件损伤增长阈值时,能解决传统损伤阈值测试中将能量密度分布非均匀光斑等效为均匀分布的平顶光斑带来的计算误差问题,有助于降低损伤(增长)阈值测量中的光斑口径效应。     

基于激光近场和图像分割技术的复合波长诱导熔石英损伤实验研究

在复合波长(波长分别为1053、527、351nm)情况下,利用激光近场对熔石英样品进行损伤实验。设计了一种基于激光近场辐照的损伤阈值定义方法,并利用带有灰度抑制的分水岭标记算法对损伤图像进行损伤区域提取,通过对比损伤图像与相应光束近场能量分布,计算出损伤区域与非损伤区域临界处的光能量密度,即为熔石英样品的损伤阈值。实验结果表明,复合波长激光诱导熔石英损伤是3种波长激光共同作用的结果,但351nm激光对损伤起主要作用,初始损伤阈值为8.22J/cm2;在复合波长激光多次辐照样品的情况下,熔石英样品后表面的损伤成指数形式增长,损伤增长系数为0.59。     

HfO2/SiO2双色膜在1 064 nm和532 nm激光辐照下的损伤特性

 采用电子束蒸发的方式,制备了有氧化硅内保护层和没有氧化硅内保护层的1 064 nm高透过、532 nm高反射的HfO₂/SiO₂双色膜,测量了它们的光学性能以及在基频和倍频激光辐照下的抗损伤性能。结果表明:氧化硅内保护层提高了双色膜在基频光辐照下的损伤阈值,对双色膜在倍频光辐照下的损伤阈值无明显影响。通过观察薄膜的损伤形貌,分析破斑的深度信息结合驻波场分布,对两类双色膜在基频光和倍频光下的损伤机制做了初步探讨。分析表明:氧化硅内保护层提高了膜基界面的抗损伤性能,从而提高了双色膜在基频光下的损伤阈值。     

应变石墨烯纳米带谐振特性的分子动力学研究

从动势能转换与守恒原理出发,在微正则(NVE)系综下,采用COMPASS力场对石墨烯纳米带及其应变传感器的谐振特性进行了分子动力学模拟.研究发现,非线性响应主导了石墨烯纳米带的动态行为,而其超高的基波频率则与长度和边界条件密切相关;单轴拉伸应变对石墨烯纳米带基波频率的影响显著且强烈依赖于边界条件,四边固支型应变石墨烯纳米带具有更高的频移,其灵敏度可高达7800 Hz/nanostrain,远大于相同长度碳纳米管应变传感器的灵敏度;石墨烯纳米带及其应变传感器的谐振特性均与手性无关.本文所得结果表明,由于超低 关键词： 石墨烯纳米带 分子动力学 应变 基波频率     

Verification of Energetic-Particle-Induced Geodesic Acoustic Mode in Gyrokinetic Particle Simulations

The energetic-particle-induced geodesic acoustic mode(EGAM) is studied using gyrokinetic particle simulations in tokamak plasmas.In our simulations,exponentially growing EGAMs are excited by energetic particles with a slowing-down distribution.The frequencies of EGAMs are always below the frequencies of GAMs,which is due to the non-perturbative contribution of energetic particles(EPs).The mode structures of EGAMs are similar to the corresponding mode structures of GAMs.Our gyrokinetic simulations show that a high EP density can enhance the EGAM growth rate,due to high EP free energy,and that EPs' temperature and the pitch angle of the distribution modify the EGAM frequency/growth rate by means of the resonance condition.Kinetic effects of the thermal electrons barely change the EGAM frequency,and have a weak damping effect on the EGAM.Benchmarks between the gyrokinetic particle simulations and a local EGAM dispersion relation exhibit good agreement in terms of EGAM frequency and growth rate.     

高能量高转换效率355 nm紫外激光器

为了得到一种三倍频效率高达60%的355 nm脉冲激光器,采用曲率半径分别为2 m的凹凸高斯镜和9 m的平凹全反镜组合作为谐振腔,加以电光调Q,得到1 064 nm高光束质量激光输出,再将其进行行波放大,获得重复频率10 Hz、脉宽7.3 ns、单脉冲能量1.01 J的1 064 nm基频光输出。利用Ⅰ类相位匹配LBO晶体进行二倍频、Ⅱ类相位匹配LBO晶体进行三倍频以得到波长为355 nm的紫外光输出。通过二倍频和三倍频输出特性和非线性晶体参数的分析和实验调试,最终获得了单脉冲能量为608 mJ、脉宽为5.7 ns、线宽为2 nm的紫外激光输出。通过优化二倍频的转换效率,可使1 064 nm基频光到三倍频得到的355 nm紫外光的转换效率达60%。     

Electrostatic Waves in the Warm Magnetoplasma at the Cyclotron Harmonic Frequencies

Mode conversion and collisionless absorption of electromagnetic wave at the cyclotron harmonic frequencies in an inhomogeneous non-Maxwellian magnetoplasma have been studied. Under suitable energy transfer condition the converted electrostatic wave (plasma wave) either grows or damps. The expressions for the growth/damping rates of this wave have been derived and studied at the cyclotron harmonic frequencies. The effect of the temperature anisotropy on the growth/damping rate of the electrostatic wave at the second cyclotron harmonic frequency has been shown. Growth of such electrostatic waves at ionospheric heights may explain the observed upper hybrid resonance (UHR) echoes and noise bands at the second cyclotron harmonic frequency.     

Quantum frequency doubling based on tripartite entanglement with cavities

We analyze the entanglement characteristics of three harmonic modes,which are the output fields from three cavities with an input tripartite entangled state at fundamental frequency.The entanglement properties of the input beams can be maintained after their frequencies have been up-converted by the process of second harmonic generation.We have calculated the parametric dependences of the correlation spectrum on the initial squeezing factor,the pump power,the transmission coefficient,and the normalized analysis frequency of cavity.The numerical results provide references to choose proper experimental parameters for designing the experiment.The frequency conversion of the multipartite entangled state can also be applied to a quantum communication network.     

Calculation methods for the transmission loss of single,double and triple partitions

Methods of calculating the transmission loss for single and double walls are presented. These methods are developed using a statistical energy analysis (SEA). In principle the methods are based on separate calculations of resonant and non-resonant transmission for frequencies less than the critical frequency, $\text{f}{}_{\mathrm{c}}$, of the panels and calculation of only resonant transmission for frequencies equal to, and greater than, $\text{f}{}_{\mathrm{c}}$.Comparisons between calculated and measured results show good agreement.A calculation method is also presented for the transmission loss of triple panels for frequencies greater than the cut-off frequency for the cavities. For frequencies less than the cut-off frequency for the smallest cavity depth it is shown that, in most cases, the effect of the middle panel is very slight.     

注入功率比可调控的双泵浦复合腔501 nm青光激光器

为了探究提高500 nm附近激光高准确度应用的理论和技术依据,本文采用双泵浦源复合腔结合非线性和频变换,实现腔内两种波长基频光无增益竞争,可提高基频光输出功率,同时在复合腔内进行多次非线性频率变换,通过调控基频光注入功率比,使腔内光子数配比达到1∶1,从而有效提高了光-光转换效率及和频输出功率。对首次建立的理论模型进行了实验验证,分别采用Nd:YAG和Nd:YVO₄作为增益介质获取946 nm和1064 nm基频光输出,LBO为和频晶体;通过双泵浦源结构实现946 nm和1064 nm基频光无增益竞争,调节注入LBO光功率,对比注入功率比不同时的和频转换效率及输出功率,最终在基频光注入功率比为1.48∶1(即腔内光子数配比为1∶1)时获得最大输出功率923 mW的501 nm青光。     

高功率Nd:YVO_4/KTP腔内倍频晶体温度分布的半解析热分析

非线性晶体KTP采用Ⅱ类相位匹配腔内倍频时,不仅要求晶体满足基频光的偏振匹配条件,而且所选用的晶体要求符合λ/2波片的条件,才能使晶体的谐波转换效率达到最佳。由于倍频晶体吸收基频光能量引起晶体内部非均匀温升,改变晶体内部各点的折射率,也会使晶体产生不应有的热形变,破坏晶体初始的位相匹配条件,严重影响输出激光的品质和倍频效率。减弱、改善这种情况的关键是准确得出在实际工作条件下晶体内部温度场。利用半解析热分析方法得出了KTP晶体内部温度场的计算方法,分析了各种热参量变化对KTP晶体内部温度场的影响。得出的结果具有一定的普适性,可以应用到具有轴对称形式内热源的其它热模型温度场的计算分析中,对连续波腔内倍频激光系统的设计将起到指导作用。     

以一定重复频率工作的KTP倍频效率的演化规律

基于导带电子密度和材料的有效介电函数的表达式,推导了KTP晶体对532 nm光波的吸收系数. 对比研究了不同峰值功率密度和重复频率下KTP晶体的导带电子密度和532 nm吸收系数的演化规律,以及倍频转换效率的演化规律. 结果表明,随着导带电子密度的增加,KTP晶体532 nm吸收系数随之增加,其倍频转换效率随之减小;当基频光入射功率密度一定时,不同重复频率脉冲作用引起的导带电子密度存在积累效应,导致KTP晶体532 nm透过率及倍频转换效率均随着作用时间的增加呈指数形式变化,随着脉冲重复频率的增加其积累效果更加明显,但随着作用时间的增加,导带电子密度、吸收系数均趋于同一稳定值. 关键词： KTP晶体 灰迹 倍频转换效率