基于问题解决的“物质的分离与提纯”教学设计

在“物质的分离与提纯”教学中,整合教学内容,从“问题”切入,引导学生对问题进行探究并解决问题,从而自主建构相关知识,收到了很好的教学效果.     

克尔效应导致的鬼像位置移动

在近轴条件下,利用矩阵光学的方法研究了高功率高斯光束通过不同光学元件时,克尔效应导致的介质折射率的变化对鬼像位置的影响.计算了单个双凸透镜,单个双凹透镜以及4F系统中反射光线形成的低阶鬼像的位置移动,并将鬼像位置移动的规律表示为入射光束束腰和峰值光强的函数.     

OPCPA系统中光栅对不平行度对脉冲时间波形的影响

 利用光线追迹法和四阶龙格-库塔法分析了光参量啁啾脉冲放大系统中实际展宽器和压缩器所带来的各阶色散，并将其代入放大过程数值模拟了脉冲变化的情况，讨论了压缩器光栅对表面不平行、刻线不平行、信号光强度、泵浦光强度等因素对输出脉冲宽度和时间波形的影响。结果表明，光栅对表面不平行将引起脉冲宽度变大，且光栅顺时针旋转对脉冲宽度和波形影响更大。而光栅刻线不平行时，当仅考虑二阶色散时，夹角为0.8°时脉宽最小，考虑到三阶色散时，夹角为1°脉宽最小，且光栅顺时针和逆时针旋转对脉冲的作用相同。对实际OPCPA系统，当放大晶体材料及长度一定时，尽量调整压缩器光栅平行，信号光强度和泵浦光强度有一最佳值能使输出脉冲宽度达到最小。     

LaMgAl_(11)O_(19)∶Co~(2+)被动调Q铒玻璃激光器研究

综述了被动调Q铒玻璃激光器的发展概况,推导了被动调Q铒玻璃激光器输出脉冲能量、脉宽的解析表达式,数值模拟了腔内损耗与输出脉冲能量、脉宽及峰值功率的关系以及输出脉冲能量与输入抽运能量的关系。设计了一台LaMgAl11O19∶Co2 被动调Q铒玻璃激光器,实验验证了数值模拟分析结果。结果表明,腔内损耗增加将导致输出脉冲能量下降,脉宽变大,从而峰值功率降低。输入能量低于12J时,输出只有单脉冲,当输入能量大于12J时,输出会出现双脉冲。在8J的电输入下,获得了峰值功率50kW,2.7mJ的1.535μm激光输出。最后讨论了提高单脉冲能量的方法。     

大能量钕玻璃棒状激光器新型热管理技术

 针对kJ级大能量钕玻璃固体脉冲激光器，对比研究了传统恒温水冷方式和采用加热控制的新型热管理技术下的激光棒温度分布情况。结果表明，采用新型热管理技术可大大降低棒内温度梯度，减小泵浦过程中的热效应，确保大能量激光输出；而且加热循环水的最佳升温值在单泵浦脉冲引起的激光棒平均温升值附近，使得径向温差最小，该最佳升温值与脉冲间隔时间有关,比如脉冲间隔15 s时，循环水在每个脉冲过后的最佳升温值为单泵浦脉冲引起的激光棒平均温升值的0.85倍；采用加热控制后水温和激光棒温度整体升高，因此在工作一个脉冲串后，必须恢复激光棒温度到初始状态，然后再进行下一个脉冲串工作。     

LaMgAl11O19:Co2+被动调Q铒玻璃激光器研究

综述了被动调Q铒玻璃激光器的发展概况,推导了被动调Q铒玻璃激光器输出脉冲能量、脉宽的解析表达式,数值模拟了腔内损耗与输出脉冲能量、脉宽及峰值功率的关系以及输出脉冲能量与输入抽运能量的关系.设计了一台LaMgAl11O19:Co2 被动调Q铒玻璃激光器,实验验证了数值模拟分析结果.结果表明,腔内损耗增加将导致输出脉冲能量下降,脉宽变大,从而峰值功率降低.输入能量低于12 J时,输出只有单脉冲,当输入能量大于12 J时,输出会出现双脉冲.在8 J的电输入下,获得了峰值功率50 kW,2.7 mJ的1.535 tm激光输出.最后讨论了提高单脉冲能量的方法.     

光栅面不平行对压缩脉冲时空特性的影响

 推导了光栅对压缩器两光栅在垂直于刻线的平面(衍射面)内有一夹角时1至4阶色散变化量的表达式，以及脉冲超高斯光束经光栅对压缩后的场分布。并据此模拟分析了光栅表面平行性失调对输出脉冲时空特性的影响。结果表明：脉冲光束单次通过光栅对时其波形会产生扭曲，光栅对的失调会使脉冲扭曲更加严重；而两次通过光栅对时横向谱移动的影响会消除，但脉冲将出现旁瓣，光栅对的失调使得脉冲在时间上提前，且色散阶数越高色散变化量对压缩脉冲时空特性的影响越大。     

球面角锥棱镜非稳腔钕玻璃激光器

为了将虚共焦非稳腔输出光束质量高和角锥棱镜谐振腔具有免调试的优点结合到一起,提出了用球面角锥棱镜构成虚共焦非稳腔的方案。利用已有虚共焦非稳腔钕玻璃激光器,设计加工了一球面角锥棱镜非稳腔钕玻璃激光器。模拟计算了两谐振腔输出光束的模式分布,然后对两钕玻璃激光器进行了实验对比研究。结果表明:实验得到的模式分布与模拟计算结果相吻合,球面角锥棱镜非稳腔钕玻璃激光器与虚共焦非稳腔钕玻璃激光器分别获得了最大2176.9J和2340.6J的能量输出,二者的电光效率与束散基本相同,分别为4.3%,0.30mrad和4.6%,0.26mrad。     

飞秒激光作用下硅载流子浓度的超快变化过程数值模拟

根据硅材料的各参数和载流子浓度的速率方程,对超短脉冲激光辐照硅后栽流子浓度随时间的变化过程进行了数值计算。从硅载流子浓度驰豫速率方程出发,在单一载流子温度假设的基础上,推导出简化后的硅载流子浓度驰豫速率方程,并在Matlab平台上用4阶龙格-库塔法对微分方程进行了数值计算。数值计算和实验结果相似性较好。     

多个超短脉冲相干叠加构成窄带平顶长脉冲的研究

利用超短脉冲放大过程中的光谱增益窄化效应以及标准具的滤波作用,提出了基于再生放大器的多脉冲相干叠加方案，并对该方案在多脉冲叠加阶段的工作原理进行了分析；在小信号增益区内，对多个超短脉冲相干叠加进行了理论分析和数值计算，数值模拟的结果表明，影响形成窄带平顶长脉冲的基本关系为子脉冲宽度、再生放大器中的损耗及其与振荡器的长度失配量对构成脉冲时间波形影响很大，而对其频谱影响很小；叠加脉冲个数、标准具的通带宽度对构成脉冲波形和光谱均有影响. 关键词： 超短脉冲 多脉冲叠加器 窄带平顶长脉冲 数值计算