A new circulating two-cell structure for stimulated Brillouin scattering phase conjugation mirrors with 1-J load and 10-Hz repetition rate

A new approach to realize high-energy and high-power stimulated Brillouin scattering phase conjugation mirrors （SBS-PCMs） is described.The reflectivity of SBS-PCM is investigated under a 10-Hz repetition rate and a high energy load.The relationship between reflectivity and input energy is examined experimentally with different PCM structures,focus lengths,and medium cell structures.A medium cell with a circulating structure is designed,and its advantage is demonstrated through an experimental comparison with traditional PCM structures.The 30-cm focus lens and 150-cm collimation lens are optimized when the input energy reaches 1010 mJ at 10-Hz repetition rate.Therefore,a reflectivity of 84.7% and a higher energy load using the circulating two-cell structure are achieved.     

脊型悬浮波导布里渊激光器

众所周知,具有高布里渊增益的片上波导在光子学领域具有广泛的应用.硅基片上布里渊激光器被广泛应用到频率可调谐激光发射、锁模脉冲激光器、低噪声振荡器和光学陀螺仪等领域.然而,在硅基布里渊激光器中实现布里渊激光输出往往需要较长的波导长度,不利于片上集成.本文提出了一种新型的波导结构,由硫族化物As₂S₃矩形和一个空气细缝组成.由于空气细缝的存在,辐射压力使布里渊非线性的增强远远超过了仅由材料非线性产生的增强.使得布里渊增益达到了1.78×10~5 W^-1·m^-1,相比之前报道的后向受激布里渊散射(SBS)增益(2.88×10~4 W^-1·m^-1)扩大了将近10倍,产生了4.2—7.0 GHz范围的声子频率调谐,该方法为设计用于前向SBS的纳米级光波导提供了新的思路,同时这种增强的宽带相干声子发射为片上CMOS信号处理技术的混合铺平了道路.     

赫兹型微裂纹光场调制增强作用的系统研究

通过改变裂纹的倾角、宽度和深度参数,模拟了赫兹型裂纹在不同参数下对光场调制能力的不同. 模拟发现,倾斜角度为20.9°到45°之间的裂纹危害最大,倾角大于45°小于48.2°的裂纹危害也十分大,而倾斜角度为45°时的裂纹危害最小. 对于30°倾角的赫兹型裂纹,一定范围内,赫兹型裂纹深度的增加会导致其光场调制增强能力呈二次方关系增加,但宽度的增加不会使其光场调制增强作用增加. 裂纹深度和宽度的增加可以用来近似裂纹的演化过程,所以裂纹的扩展导致了其光场调制能力的增加,进而导致损伤增长速率的加快,这和e指数损伤增长规律相符. 关键词： 损伤增长 亚表面缺陷 赫兹型裂纹 光场增强     

物理学中的绝热不变量及实验设计

以变摆长单摆和变参量LC震荡电路等简单实验为例,分析并讨论了在这些准周期系统中,绝热不变量的存在、测量、性质以及重要意义.     

复杂激光系统中平板光学元件的调频-调幅效应的研究

为了抑制大口径光学元件中的受激Brillouin散射效应,并满足打靶过程中束匀滑的要求, 目前高能激光驱动器大都采用了正弦相位调制脉冲.然而,这类脉冲在复杂激光系统中传输时, 会出现明显的调频-调幅(FM-to-AM)效应.研究这种效应的来源,对提升激光系统的整体输出性能至关重要. 对复杂激光系统中一直被人们所忽视的平板光学元件带来的FM-to-AM效应进行了理论研究和数值模拟. 数值模拟结果表明,通过平板光学元件的次数越多调制深度越大,呈线性递增趋势,当通过次数为10次时, 调制深度高达22.2%;并且平板光学元件对各谱线的过滤也各不相同,当前端选用的中心波长为1054 nm时, 平板光学对各谱线的过滤作用非常小.提出通过改变中心波长来减小FM-to-AM效应, 这对于复杂激光系统的设计具有重要的指导意义.     

一种基于傅里叶变换的分析载波条纹的新方法

针对传统傅里叶变换法处理光载波干涉条纹图时会有边缘效应产生的问题,提出了一种基于傅里叶变换法的外推延拓方法,并从理论上进行了数学推导。为了验证这种方法的正确性,分别对一维数字信号和二维空间载波条纹图进行了数值模拟,进一步分析了误差产生的原因,并与传统的傅里叶变换法对比。结果表明该法可以有效抑制传统傅里叶变换法处理光载波干涉条纹图时边缘效应所造成的较大误差,在基于空间域相位调制技术的波面干涉测量中,对空间载波条纹图进行处理,可以使相位的计算精度达到3.3 mrad。     

布里渊增强四波混频时域特性的理论研究

通过对布里渊增强四波混频(BEFWM)瞬态耦合波方程的数值求解，描述了共轭输出光的时域调制行为.同时，对能量耦合过程中起决定性作用的声学波的时空演化特征进行了模拟与分析，由此给出BEFWM时域特性物理机理的解释.研究表明，共轭光输出强度的波动与介质内声波场的分布和起伏相关联，共轭光波形调制现象的强弱取决于介质声子寿命、信号及抽运光强度、有效作用长度等诸多参数.     

非线性光学激光合束技术研究进展

回顾了非线性光学激光合束技术的发展历程,阐述了基于光学相位共轭和基于非线性放大过程的合束思想和基本原理,梳理了重叠耦合、种子注入和布里渊四波混频增强相位锁定激光合束方式的标志性成果,总结了等离子体交叉光束能量转移、金刚石拉曼放大和液体布里渊放大激光合束技术的优势和瓶颈。面向高峰值功率、高平均功率、高重复频率激光输出的实现需求,基于布里渊放大激光合束技术具备系统结构简单、功率负载高且散热效率高的优点,提出了实现单脉冲能量100 J、脉冲宽度10 ns、重复频率10 Hz合束激光输出的可行性方案。     

高功率金刚石拉曼激光器热效应数值模拟

金刚石晶体不仅具有极佳的光学性质,同时也拥有极高的热导率和低的热膨胀系数,这使得金刚石激光器成为实现不受热影响高功率激光输出的重要路径。但随着激光功率的进一步提升,金刚石拉曼激光器中仍然存在不可忽视的热效应等问题,这对金刚石激光器性能提升提出了挑战。针对高功率运转情况下金刚石拉曼激光器的热效应进行了理论研究,根据热传导方程并采用有限元分析方法,模拟了金刚石温度、热应力以及热形变分布,分析了泵浦参数、晶体参数对金刚石温度、热应力、热形变的影响。此外,基于石墨片横向导热特性,设计了一种新型的用于金刚石晶体的热沉结构。与传统单一铜片散热方式相比,在泵浦功率800 W、束腰半径40μm条件下,金刚石中心温度下降了10.16 K,下表面平均应力降低了19.857 MPa,端面平均形变量减小了0.055μm。数值模拟结果表明,该方法对缓解金刚石激光的热效应,实现金刚石拉曼激光器输出功率的进一步提升和高光束质量激光输出具有重要指导意义。     

ISSDE:基于第一性原理随机微分方程的碰撞等离子体隐式模拟

开发一种适用于求解含库仑碰撞等离子体随机微分方程（SDE）的第一性原理隐式模拟程序——Implicit Stratonovich Stochastic Differential Equations （ISSDE）.该程序基于Fokker-Planck （FP）方程与Stratonovich SDE的等价性理论，通过精确求解Stratonovich SDE达到对FP方程的高效第一性原理计算的目标.ISSDE采用隐式格式保证求解的数值稳定性，同时可以保证粒子碰撞过程的能量守恒.ISSDE基于C++语言开发，具有标准接口和灵活的可扩展模组.通过模拟电子束在非磁化和磁化致密等离子体中的慢化过程验证ISSDE的正确性，并展示该程序在碰撞等离子体模拟中的应用.