中红外激光陶瓷的研究进展与展望

波段为2～5tμm的中红外激光在国防、医疗、通信等方面有着特殊的重要应用,而直接产生中红外激光的增益介质主要包括气体激光介质、半导体、稀土离子或者过渡金属离子掺杂的化合物.本文首先介绍应用于中红外波段的发光离子(包括Tm3,Ho3+,Er3+等稀土离子和Cr2+,Fe2等过渡金属离子)光谱特性,然后重点介绍氧化物(包括石榴石和倍半氧化物)和Ⅱ-Ⅵ族化合物(主要是ZnS/ZnSe)两大类中红外激光陶瓷材料的制备与激光性能.最后,对这两大类中红外激光陶瓷中存在的问题进行了分析,并对其发展方向进行了展望.     

高精度半导体激光打标机F-θ镜头设计

为保证半导体激光打标机F-θ镜头的扫描质量，实现系统像高与扫描角的线性变化，需对F-θ镜头给予一定的畸变量，并使其满足等晕条件。分析F-θ镜头工作原理及像差要求，根据1 064 nm半导体激光打标机的光源成像要求选择合适的玻璃材料，合理分配每片透镜的光焦度，以保证等晕成像；根据F-θ镜头线性成像要求，计算系统总畸变量为1.6%，系统总畸变量为系统的实际桶形畸变与相对畸变量之和；在光学系统优化设计时，引入这两项优化参数，优化过程中观察系统成像变化情况。设计结果表明:系统MTF曲线接近衍射极限，F-θ镜头相对畸变小于0.36%，各视场均方根半径均小于艾里斑直径，并且整个系统70%的能量集中在直径为16 μm的圆内，系统总畸变量为1.58%，满足设计指标要求。     

单脉冲飞秒激光时域参数测量技术研究

钛宝石飞秒激光放大系统具有重复频率低、脉冲波形复杂等特点，为准确测量其峰值功率，提出对单次脉冲波形和脉冲宽度测量的需求。介绍了单脉冲飞秒激光时域波形和脉冲宽度的测量原理和测量方法，设计了基于频率分辨光学开关法的单脉冲飞秒激光时域参数测量装置。讨论了单脉冲飞秒激光时域参数测量校准面临的问题及解决方法。     

分光技术在自由电子激光结合里德堡态氢原子飞行时间谱装置中的应用

本文描述了一种应用于自由电子激光结合高里德堡态氢原子飞行时间谱装置中的分光方法，以及该方法应用于小分子(如₂S)光解动力学研究中的必要性. 拉曼-α辐射(121.6 nm)，用作H原子产物探测的激光，是在Kr/Ar气介质中利用四波混频产生的. 利用透镜对不同波长的光有不同的折射率，四波混频后的混合光在经过一片离轴的氟化锂透镜后，121.6 nm的激光将会与212.6和845 nm在空间上分开. 在激光到达反应中心前利用挡板挡住212.6和845 nm的激光，只让121.6 nm的光经过反应中心，从而消除212.6 nm激光产生的背景信号对实验的干扰. 结合自由电子激光，成功地研究了H₂S在122.95 nm波长下的光解动力学，采集到了产物时间飞行谱. 本文展示了转换得到的产物总平动能谱，解离机理与121.6 nm波长下的结果相似. 实验结果显示，该方法成功地解决了分子在VUV波段进行光解动力学研究的难题，消除了这些分子在紫外光波段因为强烈吸收而产生的背景信号.     

基于粒子滤波和人工势场法的放射源搜寻方法

针对放射源搜寻过程中难度大、定位精度低等问题，提出了一种适用于移动机器人的自主寻源方法。该方法利用移动机器人搭载辐射探测器采集的剂量计数值，根据γ射线的衰减规律建立辐射衰减模型；在机器人前进的过程中利用粒子滤波算法对放射源的参数进行实时估计；采用高斯分布函数对重采样后的粒子进行自适应更新，保证重采样后的粒子具有多样性；根据辐射环境创建机器人路径规划模型，采用人工势场法规划机器人的自主寻源路径。实验在Matlab下进行了仿真验证，结果表明，该方法在有遮挡环境下能够搜寻到未知的单点源，同时自适应更新能够提高算法的稳定性，缩小寻源误差。     

激光聚变驱动器的光束相干性及其控制:回顾与展望

高功率强激光与物质相互作用蕴藏着丰富的非线性效应,激光聚变驱动器的光束具有高度相干性,它在光束传输过程中极大地凸显了这种效应,并不可避免地制约着激光功率的提升和激光能量的有效利用。回顾激光聚变驱动器的发展史,在提升激光输出能力的主线外,还存在一条与光束相干性做斗争的暗线贯穿其中。以激光与物质相互作用为牵引,从高功率强激光传输中非线性效应抑制和激光等离子体相互作用的抑制两方面回顾了激光聚变驱动器光束相干性的控制现状,并针对潜在需求,展望了未来高功率激光发展的创新技术。     

金属表面镀高分子膜对真空击穿阈值的影响

探索提高金属表面真空击穿阈值的方法，对脉冲功率技术的发展和应用具有重要意义。在金属表面电子发射理论分析的基础上，采用有限元法计算阴极杆表面电场随二极管电压的变化规律，设计了实验系统，并开展了实验研究。实验对比了在脉宽约30 ns、阴极杆与阳极筒间隙12 mm时，钛合金TC4阴极杆在不同种类高分子膜（膜厚30～60 μm）下真空击穿阈值的变化情况。在表面粗糙度R_z（轮廓最大高度）为0.8 μm的TC4阴极杆表面分别镀环氧树脂膜和丙烯酸膜，实验结果表明，镀丙烯酸膜阴极杆的击穿阈值约505 kV/cm，相对于不镀膜阴极杆，击穿场强提高了约20.6%；在表面粗糙度R_z为0.2 μm的TC4阴极杆表面分别镀聚酰亚胺膜和聚醚醚酮膜，实验结果表明，镀聚酰亚胺膜阴极杆的击穿阈值为584 kV/cm，相对于不镀膜阴极杆，击穿场强提高了约28.1%。因此，在金属表面镀丙烯酸膜、聚酰亚胺膜可以有效提高金属表面的真空击穿阈值。     

激光惯性约束聚变中光学汤姆逊散射研究进展

当前，激光惯性约束聚变在越来越接近点火的极端能量密度条件下，实验与模拟的偏离逐渐增大，一个关键原因是缺乏对黑腔等离子体状态及其影响黑腔能量学和内爆对称性的细致研究和判断。光学汤姆逊散射主动式、诊断精确、参数完备的优点，使之成为激光惯性约束聚变黑腔等离子体状态参数精密诊断的标准方法。中国面向激光惯性约束聚变研究的光学汤姆逊散射实验技术的发展与神光系列激光装置的建设和在其上开展的物理实验紧密相关。近年来，四倍频汤姆逊散射实验技术在神光III原型和100 kJ激光装置上相继建立，部分实验结果不仅加深了对激光惯性约束聚变靶物理的认识，还反映了实验条件对汤姆逊散射诊断的影响，促进了实验技术的精密化发展。在未来，还需要进一步发展多支路汤姆逊散射、五倍频汤姆逊散射和超热相干汤姆逊散射等新技术，面向点火黑腔条件，大幅提升激光等离子体状态参数的诊断精度，开展新物理机制的探索和研究，在激光惯性约束聚变和其他高能量密度物理科学领域发挥更重要的作用。     

超强频率梳激光场驱动下多光子共振谐波辐射的相位突变研究

本文从理论上研究了在双色频率梳激光场驱动下多光子谐波辐射光谱中的相位突变现象。我们利用Floquet理论非微扰地模拟了频率梳激光场与原子分子等量子系统的相互作用过程。谐波辐射信号是多光子偶极跃迁相干叠加的结果,通过调节频率梳激光场间的相对相位,可以相干地控制谐波辐射信号的强度。通过对谐波信号进行傅里叶变换,可以提取不同跃迁路径的相对相位信息。我们通过改变频率梳组激光场的强度和频率组分实现多光子跃迁频率,让其跨越共振跃迁频率时,谐波相位会发生突变。从而可以观测超强激光场驱动下量子系统共振跃迁频率的斯塔克能移。     

传输线方程的高精度龙格−库塔数值求解方法

提出了一种求解传输线方程的高精度龙格-库塔(RK)方法。此方法在空间上采取高阶泰勒展开,提高了对空间微分的近似精度,减少了数值色散所带来的误差。与传统的时域有限差分法(FDTD)方法相比,在每波长采样数相同时,RK方法的计算精度更高。同时,根据Taylor模型,对外界平面波激励源进行离散,成功利用RK方法对外部场激励传输线进行求解,扩大了龙格-库塔方法在求解传输线方程时的应用范围。通过编程对平面波辐照下无限大地平面上的单导体与双导体的算例分别应用FDTD方法与RK方法进行了计算,验证了RK方法的正确性。结果表明同等计算条件下RK方法的计算精度更高。