高延时分辨低抖动同步时序信号产生技术

针对大型激光装置中广空间分布的甚多路高精度(一是长时间时间抖动小于5 ps,二是时间延迟微步进分辨率小于15 ps)同步触发信号的需求,设计了一种“数据流编解码光传输+高速串行收发器粗延时+宽带微带线微步进延时”的同步时序产生方案。通过数据流编解码光传输架构实现了广空间范围内时序的对齐;高速串行收发器粗延时和微带线微步进延时技术解决了同步触发信号低时间抖动和高延迟分辨的问题。通过对系统的时序逻辑和电路板的关键线路进行仿真,完成了整个系统的设计与研制,并开展了实验测试。测试结果表明:该系统可以实现广空间范围内的同步时序信号产生,同步触发信号的时间抖动精度优于3.76 ps(均方根值,8 h),39.6 ps(峰峰值,8 h),时间延迟分辨率优于15 ps;若应用于小空间范围,同步触发信号的时间精度可优于1.27 ps(均方根值,8 h),12.4 ps(峰峰值,8 h)。     

多路激光装置同步技术研究

 多路激光装置同步系统包括精密同步机和数字同步机两种单元技术,它们具有四路延时脉冲（A、B、C、D）和一路标准时钟脉冲（T₀）输出,精密同步机延时同步精度为10ps, 最大触发晃动小于10ps,延时范围200ns;数字同步机：延时同步精度为5ps, 最大触发晃动小于200ps,延时范围10ms。     

模块化多路同步快脉冲触发源设计

基于超快速高压大功率半导体开关、脉冲形成电路以及同心等间距传输的关键技术,提出一种模块化多路同步快脉冲触发源技术方案。设计出在负载阻抗为50Ω时,可同步输出两种快脉冲触发信号:一种幅度大于20V(4路)、脉冲前沿小于820ps、脉冲宽度大于100ns;另一种则是幅度大于100V(4路)、前沿小于1.4ns、脉宽大于100ns;在外触发作用下,触发源系统抖动和脉冲输出同步分散性分别达到2ns和36.6ps。电路结构上充分利用等间距电信号传输的原理,实现了快脉冲触发源模块化的设计。通过实验结果验证了所采用的设计原理及方法的可行性,给出了在外触发脉冲单次和重频(5kHz)作用下该同步快脉冲触发源输出的实验结果。     

全固态高稳定度纳秒脉冲源的相干合成技术

 单个子源的稳定度指标是多源相干合成技术的关键。文章首先对脉冲源稳定度指标进行了定义，并指出全固态纳秒脉冲源具有较高的稳定度指标，在相干合成中具有潜在优势。对脉冲时基抖动、波形抖动机理进行了深入分析，给出了高稳定度子源设计的关键技术途径，采用过触发、欠容量等具体改善方案，有效提高了子源的时基稳定度和波形稳定度，单个子源脉宽抖动小于等于1%，峰值抖动小于等于1%，单次短时抖动小于等于20 ps，长时漂移小于等于100 ps/min。最终成功实现了256单元的16×16路电路-空间综合合成，研制出30 MW全固态高稳定度多路相干合成纳秒脉冲源，脉冲源16路输出端口最大时基离散度小于30 ps，合成峰值电压抖动小于1%，合成峰值电压效率可达到90%~95%。     

闪光二号加速器气体主开关同步触发系统

 设计并调试了闪光二号加速器气体主开关同步触发系统。该系统主要由同步控制部分和高压脉冲形成部分构成。整个触发过程包括同步信号的引出、整形滤波、快速比较电路传输、前级脉冲形成、高压脉冲产生。通过对同步信号的整形处理，解决了发生器电流上的高频信号干扰问题；经过快速比较电路和前级脉冲后，选取了同步信号开始工作的时间点，并形成十几V的触发信号；高压脉冲形成部分主开关采用场畸变结合预电离的方式，该结构的气体开关时间响应为50 ns，抖动小于5 ns，满足使用要求。调试结果表明:该系统输出脉冲电压幅值100 kV，前沿小于10 ns，系统的工作时延440 ns，抖动13.5 ns；可通过增加电缆长度来控制触发信号到达气体开关的时刻，实现气体主开关与Marx发生器的延时同步工作。     

Z箍缩诊断系统的触发和抗干扰技术

通过对时间关联信号的筛选、转换和延时等方法建立了用于8 MA脉冲功率装置上Z箍缩实验中诊断设备的触发网络,其输出触发信号与被测X射线之间的时间抖动小于2 ns,满足了纳秒级的诊断时间同步要求。采用屏蔽、接地等有效措施基本消除了放电产生的强电磁环境以及其它杂散信号对触发线缆和诊断设备的干扰,保证了诊断设备的正常工作和实验数据的质量。     

BEPCⅡ束团缺口信号的提取

 基于隧道二极管单稳态电路、高速可重触发电路、ECL技术等多种高速电路技术设计了BEPCⅡ束团缺口信号提取电路。介绍了BEPCⅡ储存环中带缺口的多束团运行模式。对Pickup电极感应信号经过长电缆传输衰减后的波形进行了研究。分析了缺口提取电路中处理快速信号的隧道二极管单稳态电路原理，该电路可以将0.3 ns的正脉冲展宽到4 ns的ECL电平脉冲。给出了标准束团注入和非标准注入情况下束团缺口判定逻辑。测试结果表明:此电路对各种束团注入情况均能正常工作，且提取出的同步信号均方根抖动值仅为80.49 ps，满足设计要求。     

4路GW级纳秒脉冲源同步技术实验研究

 利用峰值功率可达1 GW的纳秒脉冲源CKP1000开展了4路GW级纳秒脉冲源同步技术实验研究。使用trigatron作为触发开关,通过单路开关触发特性实验研究优化了开关的结构与工作参数,单路开关抖动0.2 ns,建立了实验装置,实现了4路GW级纳秒脉冲源并联同步输出。同步实验结果为: 纳秒脉冲源输出电压230 kV,峰值功率1 GW,脉冲宽度6 ns,4路输出脉冲同步偏差95%以上概率分布在1 ns以内,平均同步偏差630 ps。     

基于现场可编程门阵列的加速器同步控制器设计

针对加速器驱动次临界系统(ADS)注入器Ⅱ的控制中对于同步触发信号的要求,设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的高精度同步控制器,它能为加速器设备提供同步工作所需的脉冲信号。控制器采用粗延时结合精延时的方式,FPGA实现粗延时,专用延时芯片实现精延时,提高了延时精度,同时增大了延时、脉宽及周期的调节范围。测试结果表明,该控制器输出脉冲的最小延时步距为0.25ns,延时、脉宽及周期调节范围为1μs~2s,周期抖动的标准偏差为70ps。该控制器输出信号满足要求,程序界面操作简便,通过串口RS-422远程控制稳定可靠。     

多摄像机同步采集系统的设计与实现

为了实现多摄像机之间同步曝光积分。对摄像机同步的原理和方法进行了研究。结合动态目标多目摄像测量方法设计并实现了同步采集系统,提出了通过编程控制将一种通用的数字输出模块USB-4711A作为同步触发信号发生器,该设备具有USB接口,支持即插即用。利用Visual C＋＋平台开发了控制程序,能够根据图像采集频率和摄像机触发电平调节同步触发信号的周期和波形。经过验证．所设计的同步采集系统同步精度较高,同步误差小于10μs,并且具有设备简单、使用方便、成本低等优点,提供了一种通用的多摄像机同步解决方案。     

光阴极RF腔注入器中激光脉冲的时间抖动

 介绍光阴极RF腔注入器中的驱动激光器,采用二极管泵浦的自锁模激光器,通过锁相,使输出激光脉冲的时间抖动小于2ps,实现激光脉冲同微波相位之间的严格同步,在实验上获得流强70A、能量2MeV、亮度4.4×10¹¹A/(m².rad²)的电子束。     

用于激光脉冲整形的任意电脉冲产生技术研究(英文)

为了实现整形脉冲调节的智能化,用计算机分别控制多个GaAs场效应管栅极偏压,并对场效应管产生的脉冲进行脉冲叠加,以控制整形电脉冲的形状;为提高输出整形脉冲的稳定性并减小触发晃动时间,优化设计了脉冲整形电路,结果表明:脉冲输出幅度1～5 V可调;方波脉冲输出宽度0～3 ns;脉冲前后沿分别为250 ps和350 ps;幅度稳定性:～4%(峰峰值) ;时域调整精度200 ps.     

超导纳米线单光子探测系统的时间抖动

超导纳米线单光子探测(SNSPD)器件具有较低的时间抖动特性,可以实现低误码率的QKD和高精度的激光测距。文中对超导纳米线单光子探测系统的时间抖动进行了详细的分析和测量,分析了SNSPD系统各部分对系统抖动的贡献。使用时间相关的单光子计数技术(TCSPC)和示波器的抖动分析软件,分别测量了SNSPD系统的时间抖动,比较了两种方法的优劣。在两种测量方法下,系统总的时间抖动分别约为42ps和31ps,计算后得到单光子探测器件的抖动约为25ps。发现放大器的性能对系统时间抖动影响明显。通过使用不同放大器比较分析了测量得到的时间抖动。     

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.     

Timing jitter reduction over 20-km urban fiber by compensating harmonic phase difference of locked femtosecond comb

A novel timing jitter reduction system over a round trip 20-km urban fiber link is reported. The phase difference of the ninth harmonic of a high-repetition-rate mode-locked laser between the local and the returned signals is obtained. Based on the phase difference, the system uses an optical delay line （ODL） to compensate the optical fiber link. The root-mean-square （RMS） timing jitter is reduced from 50 to 8.9 ps in 80 min.     

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.     

Generation of synchronized signal and pump pulses for an optical parametric chirped pulse amplification based multi-terawatt Nd:glass laser system

Synchronized signal (650 ps) and pump (1.3 ns) pulses were generated using 4-pass geometry in a grating pair based pulse stretcher unit. The pump pulse has been further amplified in a high gain regenerative amplifier. This amplified pulse was used as the pump in an optical parametric chirped pulse amplification based Nd:glass laser system. As the chirped signal pulse and the pump pulse originated from the same oscillator, the time jitter between the pump pulse and the signal pulse can be <50 ps.     

Single-pulse collision-insensitive picosecond planar laser-induced fluorescence of OHA 2 Σ + (v′ = 2) in atmospheric-pressure flames

Single-pulse two-dimensional picosecond Laser-Induced Fluorescence (LIF) imaging of the OH density in a single quantum state was performed for the first time, using a premixed methane-oxygen flame at atmospheric pressure. A picosecond, excimer-Raman-laser system (268 nm, 470 ps FWHM) was used for excitation of OH. The fluorescence from the laser sheet was imaged onto a fast gated intensified camera with a 400 ps gate width. The short laser pulse minimizes the collisional redistribution of population in the ground state during excitation, while the short camera gate avoids significant quenching of the excited-state fluorescence. The fluorescence signal obtained in this way is a direct measure of the population in a selected quantum state. In contrast to common nanosecond LIF signals no corrections on variations of the collisional environment are necessary. This collision-insensitive approach to two-dimensional LIF yields an OH detection limit of 10 ppm in a cube of 330 µm per side with a single 1 mJ laser pulse. A rate-equation model is used to estimate the effects on the observed signal of fluctuations in pulse energy and duration, laser-camera timing jitter, and spatial variations in the collisional environment.