角分辨光电子能谱光束线1200line/mm光栅研制

国家同步辐射实验室新建了覆盖5～40 eV的低能区高分辨率角分辨光电子能谱光束线.其球面光栅单色仪包含了三块光栅,即300,600和1200 line/mm球面层式(Laminar)光栅.采用全息离子束刻蚀工艺,在硅光栅基片上成功地刻蚀出1200 line/mm、占空比0.35、槽深35 nm、有效刻划面积大于120 ...     

利用亚波长矩形金属光栅稳定980nm高功率垂直腔面发射激光器偏振

利用亚波长矩形金属光栅的偏振特性,在垂直腔面发射激光器的有源区引入各向异性增益从而达到控制其偏振的目的.光栅参数设计基于均匀介质理论和抗反射理论,光栅设计周期为186 nm,占空比为0.5,并且光栅制作于GaAs盖层来对TE偏振光提供额外的反射率.经过设计分析对p-DBRs的对数进行了缩减,并且将光栅条之间的盖层区域刻蚀掉,刻蚀深度为1 μm左右.盖层刻蚀的结果使电流注入的方向严格沿着光栅条线性注入的有源区,从而增加了非均匀增益并提高了偏振比.通过多物理场有限元分析软件对器件进行了模拟分析,结果基本上符合设计要求.通过优化工艺步骤,最终得到了550 μm孔径器件的输出功率为780 mW,并且偏振比达到4.8的结果.     

锁模脉冲波长连续可调谐光纤激光器

利用在腔内加入可调谐光纤光栅滤波器使“8”字形腔掺Yb3+光纤激光器在锁模状态下实现波长连续可调谐.实验中,在保证锁模状态稳定的情况下,通过调节可调谐光纤光栅滤波器,使激光器输出锁模脉冲的中心波长在1 047 nm～1 055 nm范围内连续调谐,重复频率稳定维持在4.9 MHz.在中心波长1 053 nm处,测得锁模脉冲输出平均功率为8.02 mW,光谱带宽1 nm,脉冲宽度为259.3 ps.这种“8”字形腔被动锁模光纤激光器在锁模状态下对波长连续可调谐,并可长时间稳定工作.     

摆动刻蚀法制作高衍射效率凸面闪耀光栅

通过摆动离子束刻蚀方法,制作了用于短波红外高光谱成像光谱仪的凸面闪耀光栅。该方法通过在光栅子午方向上进行摆动刻蚀,解决了凸面光栅子午方向的闪耀角一致性问题。建立了摆动刻蚀模型来分析摆动速度、束缝宽度等工艺参数对槽型演化的影响,并计算了优化的刻蚀工艺参数。制备了基底尺寸为67 mm,曲率半径为156.88 mm,刻线密度为45.5 gr/mm,闪耀角为2.2°的凸面闪耀光栅,并对其表面形貌及衍射效率进行了测量。实验结果表明,摆动刻蚀法能够制作出闪耀角一致性好、衍射效率高的小闪耀角凸面光栅,满足成像光谱仪对光谱分辨率和便携性的使用要求。     

全息液晶/聚合物透射光栅光学各向异性的研究

基于聚合物支撑(polymer scaffolding)形貌的全息液晶/聚合物透射光栅, 系统研究了光栅的光学各向异性. 在这种形貌的光栅内, 液晶不是以液滴的形态存在于富液晶区, 据此建立了相应光栅的简化模型, 然后在各向异性耦合波理论框架下研究了光栅的衍射特性. 详尽的衍射效率实验值和计算值比较, 很好解释了液晶/聚合物光栅的光学各向异性, 也证实了液晶分子大致沿着光栅矢量排列.     

HfO2顶层多层介质膜脉宽压缩光栅的离子束刻蚀

多层介质膜光栅是高功率激光系统的关键光学元件. 为了满足国内强激光系统的迫切需求,首先利用考夫曼型离子束刻蚀机开展了HfO₂顶层多层介质膜脉宽压缩光栅的离子束刻蚀实验研究. 采用纯Ar及Ar和CHF₃混合气体作为工作气体进行离子束刻蚀实验,获得了优化的离子源工作参数. 结果表明,与纯Ar离子束刻蚀相比,Ar和CHF₃混合气体离子束刻蚀时的HfO₂/光刻胶的选择比大. HfO₂的离子束刻蚀过程中再沉积效应明显,导致刻蚀光栅占宽比变大. 根据刻蚀速率分布制作的掩模遮挡板可以提高刻蚀速率均匀性,及时清洗离子源和更换灯丝,可保证刻蚀工艺的重复性. 利用上述技术已成功研制出多块最大尺寸为80 mm×150 mm、线密度1480线/mm、平均衍射效率大于95%的HfO₂顶层多层介质膜脉宽压缩光栅. 实验结果与理论设计一致,为大口径多层介质膜脉宽压缩光栅的离子束刻蚀提供了有益参考. 关键词： 光栅 多层介质膜 离子束刻蚀     

Ar+离子束刻蚀制作凸面闪耀光栅

凸面闪耀光栅是研制高光谱分辨率超光谱成像系统的关键器件之一.由于要求的闪耀角度一般较小,制作工艺难度大,其衍射效率与理论值有较大差距,一直制约其应用.针对上述问题与难点进行了分析,通过光刻胶光栅掩模制作和Ar<'+>离子束刻蚀等工艺制作了凸面闪耀光栅.针对离子束大掠入射刻蚀凸球面时槽形闪耀角不易一致的难题,利用转动扫描...     

大口径多层介质膜光栅衍射效率测量及其在制作工艺中的应用

多层介质膜光栅是高功率激光系统的关键光学元件.为了满足国内强激光系统的迫切需求, 在大口径多层介质膜光栅的研制过程中,建立了单波长自准直条件下的衍射效率测量方法及其误差分析. 结果表明误差主要由探测器的噪声和测试人员的差异产生,对衍射效率测试精度的影响是±1%. 在此基础上,将光栅衍射效率及其分布测量技术应用于光栅制作工艺中, 作为大口径光栅无损检测的一种手段,如判断光栅掩模是否能进行离子束刻蚀、 离子束刻蚀的在线监测和是否需要再刻蚀,从而实现对大口径多层介质膜光栅离子束刻蚀过程的定量、 科学控制,提高了离子束刻蚀光栅制作工艺的成功率.利用上述技术,已成功研制出多块最大尺寸为 430 mm× 350 mm、线密度1740线/mm、平均衍射效率大于95%的多层介质膜光栅. 实验结果表明,该方法操作简单、测量快速准确,不必检测光栅微结构. 为大口径多层介质膜光栅研制的无损检测工程化奠定了基础.     

光栅光阀器件的结构改进与制作工艺研究

根据光栅光阀的工作原理,在结构上对传统的光栅光阀器件进行了改进,分析了改进后光栅光阀器件的光学特性、结构特性,以及制作工艺流程.改进后的光栅光阀结构中硅基底上设有二氧化硅隔离层,隔离层上沉积无定形硅作为牺牲层,可动梁的材料是氮化硅,固定梁为蒸镀的金属铝层.通过离子刻蚀的方法刻蚀图形,用化学腐蚀方法掏空牺牲层得到所需桥梁状结构.研究表明改进后的器件黑区范围小,驱动电压较低,光学效率较高,具有潜在的应用前景.     

光栅光阀器件的结构改进与制作工艺研究

根据光栅光阀的工作原理,在结构上对传统的光栅光阀器件进行了改进,分析了改进后光栅光阀器件的光学特性、结构特性,以及制作工艺流程.改进后的光栅光阀结构中硅基底上设有二氧化硅隔离层,隔离层上沉积无定形硅作为牺牲层,可动梁的材料是氮化硅,固定梁为蒸镀的金属铝层.通过离子刻蚀的方法刻蚀图形,用化学腐蚀方法掏空牺牲层得到所需桥梁状结构.研究表明改进后的器件黑区范围小,驱动电压较低,光学效率较高,具有潜在的应用前景.     

Transition state to mode locking in a passively mode-locked erbium-doped fibre ring laser

The transition state between the continuous wave region and the mode-locked region in a passively mode-locked erbium-doped fibre ring laser has been experimentally observed by utilizing the nonlinear polarization rotation technique.When the pump power reaches the mode-locked threshold,the metastable pulse train with a tunable repetition rate is obtained in the transition from the continuous wave state to the passive mode-locked state via proper adjustment of the polarization controller.A simple model has been established to explain the experimental observation.     

通过抑制波头旋转消除心脏中的螺旋波和时空混沌

本文采用Luo-Rudy相I模型研究如何通过调控心肌细胞钠电流变化来控制心脏中的螺旋波和时空混沌,提出了这样的钠电流调控方案:当细胞将被激发时启动钠电流调节,若由模型方程得到的钠电流的绝对值小于钠电流控制阈值的绝对值,就让钠电流等于钠电流控制阈值,其他情况下则限制钠电流的绝对值不能高于一个给定的最大值;当膜电位上升超过-5 mV时,让钠电流自然演化.这种调节钠电流的方式保证了所有细胞几乎具有相同的钠电流幅值,从而使所有细胞具有相同的激发性,数值模拟结果表明,只要钠电流控制阈值达到一定临界值,就可以有效抑制螺旋波波头的旋转,导致螺旋波运动出系统边界而消失,以及时空混沌演化为螺旋波后消失,如果钠电流控制阈值足够大,螺旋波和时空混沌还可通过传导障碍而消失.这些结果能够为抗心律失常治疗提供新的思路.     

Stimulated Brillouin scattering of obliquely propagatingextraordinary electromagnetic waves off ion-Bernstein waves in plasmas

The parametric decay of an obliquely propagating extraordinary electromagnetic wave into another extraordinary electromagnetic wave and a low-frequency electrostatic ion-Berstein wave via the stimulated Brillouin scattering process is considered. Explicit expressions for the growth rate and threshold power for this instability are presented. Applications of the present investigation to fusion plasmas in the end cells of tandem mirrors and the magnetospheric and ionospheric plasmas to explain wave phenomena are pointed out. The dependence of threshold power on the pump wave angle is studied. The general expressions for the growth rate and threshold derived here can also be useful to explain future experimental data     

Q-Switched Intracavity Frequency-Doubled Solid State Lasers: Influence of ETU Effect, Repetition Rate and ESA Effect

Our theoretical analysis showed that the overall intracavity frequency-doubled actively Q-switched solid state laser performance is affected by both pulse repetition rate and energy transfer up-conversion effect. The energy transfer up-conversion effect increased greatly and seriously degraded the laser performance especially when operating at high pumping power and low pulse repetition rate. The curves generated by numerical computation of the presented model can be used to predict the laser performance. We concluded that the pulse lengthening effect also appears with the influence of energy transfer up-conversion and is not related to the repetition rate. From the analysis, we found that the frequency doubling coefficient that Liu and Kim chose in their experiment was just the optimized value. Considering the effect of excited state absorption of saturable absorber into passively Q-switched intracavity frequency doubled solid state laser, the second threshold condition for this model is derived. A simple and very clear formula is obtained.     

托卡马克等离子体环向转动对测地声模的影响

采用回旋动理学方程推导得到了环向转动托卡马克等离子体中测地声模的色散关系,分析了环向转动对测地声模、低频模和声波分支的频率以及无碰撞阻尼率的影响。结果表明,测地声模的频率会随着环向转动马赫数而逐渐增大,而其无碰撞阻尼率则会随着环向转动马赫数而迅速减小。此外,低频模和声波分支的频率以及无碰撞阻尼率都会随着环向转动马赫数而逐渐减小,其中环向转动对声波分支的频率以及无碰撞阻尼率的影响非常小,基本上可以忽略。     

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采用回旋动理学方程推导得到了环向转动托卡马克等离子体中测地声模的色散关系,分析了环向转动对测地声模、低频模和声波分支的频率以及无碰撞阻尼率的影响.结果表明,测地声模的频率会随着环向转动马赫数而逐渐增大,而其无碰撞阻尼率则会随着环向转动马赫数而迅速减小.此外,低频模和声波分支的频率以及无碰撞阻尼率都会随着环向转动马赫数而逐渐减小,其中环向转动对声波分支的频率以及无碰撞阻尼率的影响非常小,基本上可以忽略.     

Soliton and kink jams in traffic flow with open boundaries

Soliton density wave is investigated numerically and analytically in the optimal velocity model (a car-following model) of a one-dimensional traffic flow with open boundaries. Soliton density wave is distinguished from the kink density wave. It is shown that the soliton density wave appears only at the threshold of occurrence of traffic jams. The Korteweg-de Vries (KdV) equation is derived from the optimal velocity model by the use of the nonlinear analysis. It is found that the traffic soliton appears only near the neutral stability line. The soliton solution is analytically obtained from the perturbed KdV equation. It is shown that the soliton solution obtained from the nonlinear analysis is consistent with that of the numerical simulation.     

熔石英棒-光纤构成的新型复合相位共轭镜的实验和理论研究

提出了一种新型的由熔石英棒和石英光纤组成的复合型相位共轭镜,其可运用于高重复频率激光输入系统中以改善光束质量.该复合相位共轭镜具有较高的受激布里渊散射反射率和受激布里渊散射损伤阈值以及较低的受激布里渊散射阈值等优点.实验中,在100 Hz重复频率下,最大获得了42.05%的受激布里渊散射反射率.根据实验条件,由耦合波方程及边界条件得到的物理模型,经数值求解后得到的结果和实验符合较好.且由理论结果提出了一种提高该复合型相位共轭镜工作状态的有效方法. 关键词： 复合型相位共轭镜 受激布里渊散射 熔石英 耦合波方程     

托卡马克等熵平衡条件下等离子体环向转动对带状流的影响

采用流体模型理论推导了等熵平衡条件下环向转动托卡马克等离子体中带状流的色散关系。从理论上分析了环向转动对测地声模、低频带状流和声波的频率、压力和密度扰动量的影响。结果表明,环向转动对低频带状流的频率没有影响,但会使测地声模的频率逐渐增大。此外,存在环向转动时,低频带状流会具有驻波形式的压力和密度扰动量,且测地声模和声波可以沿着极向传播。而且还发现,等熵平衡可以看成是等温平衡的一种特殊情况。     

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采用流体模型理论推导了等熵平衡条件下环向转动托卡马克等离子体中带状流的色散关系。从理论上分析了环向转动对测地声模、低频带状流和声波的频率、压力和密度扰动量的影响。结果表明,环向转动对低频带状流的频率没有影响,但会使测地声模的频率逐渐增大。此外,存在环向转动时,低频带状流会具有驻波形式的压力和密度扰动量,且测地声模和声波可以沿着极向传播。而且还发现,等熵平衡可以看成是等温平衡的一种特殊情况。