激光诱导铜等离子体中激发态4d′~4F_(9/2)的瞬态特性

利用时间分辨光谱技术,研究了激光诱导Cu等离子体中激发态4d′4F9/2的形成及其辐射跃迁的瞬态特性。结果表明:电子离子复合、粒子间碰撞、自蚀吸收等过程在等离子体不同演化时刻,对激发态4d′4F9/2原子的制备起着不同作用。粒子间碰撞作用剧烈时,激发态4d′4F9/2原子以相同几率向低能态4p′4Do7/2及4p′4Fo9/2跃迁转移能量;等离子体辐射约500 ns后,粒子间相互作用变弱,激发态4d′4F9/2原子主要通过辐射谱线CuⅠ359.91 nm转移能量。     

光纤相控阵稀疏排布优化算法对比

光纤相控阵在激光合束、激光雷达等领域具有应用前景.光纤阵列配置方式不同于微波相控阵,光纤天线间距大于波长时存在周期旁瓣问题,影响主瓣能量分布.本文从物理模型出发,建立了基于同心圆环形点阵集合的光学相控阵天线布阵理论模型,提出了利用解析延拓的傅里叶变换方法实现干涉场强度的快速合成理论,讨论了在离散采样时数值仿真需关注的采样带宽和采样数目问题,解决了快速实现多光束干涉场数值仿真的问题.对比研究了两种优化光学相控阵天线配置的优化算法:遗传算法和粒子群算法,分别实现了不同种群数量遗传算法和粒子群算法迭代优化,分析了二者在优化过程中的收敛速度和优化效果,得到了峰值旁瓣比PSR=0.270的配置阵列.所提出的方法有望用于实际的光学相控阵天线配置中,指导天线主瓣能量最大化的优化设计;研究模型对不可微分目标函数优化问题的研究有一定参考价值.     

脉冲激光-铜靶等离子体产生及其演化过程的瞬态光谱研究

应用时间分辨光谱技术, 研究了高能量纳秒脉冲激光作用下铜靶表面等离子体产生及演化的物理过程. 实验中相互作用区固-气-液三相对激光能量的吸收明显地反映于激光反射强度随时间的演化中, 使得靶表面物质形态的改变导致激光反射强度随时间呈双峰分布.同时, 随着激光峰值功率密度的增加, 靶面等离子体(气)-固-液相变发生的时间相应提前.因此, 这些瞬态性质是诊断激光-固体靶相互作用中靶面物质相变时间的有效方法.     

基于Hadamard矩阵优化排序的快速单像素成像

为提升单像素成像速度,提出了基于Hadamard矩阵优化排序的压缩采样解决方案.利用数值仿真和室外实验对提出的5种排序方法进行了对比分析.研究结果表明:按Haar小波变换系数绝对值排序时单像素成像效果最优,排序对应到Walsh序后可利用快速变换重建图像,速度达300帧/秒@64×64像素;最优排序下,采样率25%仍可重建图像,采样速度可提升4倍.针对排序方法与成像信噪比关系,从关联成像角度给出了其物理解释:测量基矩阵元邻域数值相等的区域面积等效于光场二阶相干面积,当光场二阶相干面积随测量基由大到小排序时成像效果最优.本文研究成果可用于提升单像素成像速度,具有实用价值.     

原子气室中碱金属含量的测量方法

原子气室作为新型量子惯性仪表的核心部件，其中填充的碱金属量直接决定了惯性仪表设备的寿命，准确测量气室内的碱金属对后续碱金属填充等气室制备工艺的优化至关重要。重点研究了气室内碱金属分布以及升温速率对碱金属含量测试结果的影响，发现碱金属集中分布有利于碱金属量的准确测量，当碱金属分布直径足够小时，碱金属量测量值趋于稳定，而测量过程升温速率对测试结果影响较小。通过优化，实现了碱金属铷含量的测量精度优于7%。     

Measuring Carrier-Envelope Phase of Few-Cycle Laser Pulses Using High-Order Above-Threshold Ionization Photoelectrons

We experimentally demonstrate the measurement of carrier-envelope phase of few-cycle laser pulses. We have built a stereo above-threshold ionization setup. The photoelectron energy spectra of high-order above-threshold ionization are measured in both the left and right directions in the linearly polarized laser fields. It is shown that the left-right asymmetry of the spectra is dependent on carrier-envelope phase of few-cycle laser pulses. Two asymmetry parameters from the low-energy and high-energy regions at the above-threshold ionization plateau map a phase ellipse, in which the points indicate the absolute value of carrier-envelope phase. We have calibrated the phase ellipse by comparison with the semiclassical calculation. This setup allows us to determine the value of the absolute phase of few-cycle laser pulses.     

核磁共振陀螺仪泵浦光频率波动抑制

核磁共振陀螺仪利用原子核自旋磁矩在静磁场中进动频率的不变性敏感载体转动信息。针对泵浦激光频率漂移影响核磁共振陀螺仪性能的问题,研究了泵浦激光频率漂移影响核磁共振陀螺仪性能机理和抑制方法。通过分析核磁共振陀螺仪理论输出的数学模型和自旋光泵极化~(129)Xe核子的过程,阐明了泵浦激光频率波动对陀螺仪性能影响的机理。分析表明,为了获得更高的碱金属极化率和稳定性,从而得到更好的陀螺仪零偏稳定性,需要将泵浦光的频率稳定在~(87)Rb的原子的共振跃迁频率处。采用波长调制法实现了泵浦光频率的稳定控制。通过实验对比发现:稳频使得陀螺仪的零偏稳定性从389.68(°)/h(1σ)降低至40.74(°)/h(1σ),降低了89.5%。因而得出结论:抑制泵浦激光频率的漂移可以有效提高核磁共振陀螺仪的性能,主要体现在陀螺仪的零偏稳定性上。     

纳秒激光诱导铜等离子体中原子激发态5s′~4D_(7/2)的瞬态特性研究

利用时间分辨光谱技术,研究了激光诱导Cu等离子体中激发态5s′4D7/2的形成及其辐射跃迁的瞬态特性.结果表明:在激发态5s′4D7/2原子的制备过程中,电子离子复合、粒子间碰撞机理在不同时刻分别起主导作用.激光峰值到达金属表面后500ns期间,粒子间的剧烈碰撞作用使得激发态5s′4D7/2主要通过向低能态4p′4F9o/2跃迁来转移能量.500ns以后,激发态5s′4D7/2通过以相同的概率辐射CuI465.11nm和CuI529.25nm特征谱线向低能态4p′4F9o/2和4p′4D7o/2转移能量.     

短脉冲激光刻蚀加工铜材料的机制

 利用数值模拟方法，研究波长1 064 nm、脉冲宽度介于1~20 ps的激光在刻蚀铜靶时，单次脉冲作用下非平衡场刻蚀和热平衡刻蚀两种机制的竞争过程。结果表明：随着脉冲宽度的增加，刻蚀过程由非平衡电荷分离场刻蚀占主导地位转变为热平衡刻蚀起主要作用，且脉冲宽度和激光峰值功率密度增大到一定程度后，各种电子加速机制在不同时刻开始突显，电子能量分布出现多峰结构。在能量密度为15 J/cm2的激光作用下，1和5 ps脉宽对应的非平衡场刻蚀深度分别为110和101 nm，10和20 ps脉宽分别为25和18 nm。     

超快激光抽运-探测中探针光时间延迟量的 实时测量原理与光学设计

为了在飞秒激光抽运-探测(pump-probe)的超快测量中对探针光时间延迟量进行实时检测与有效控制,提出了一种四路同步移相干涉的光学测量系统.应用琼斯理论对该光学测量系统进行了优化设计与计算,推导出同步移相干涉系统各帧干涉图相应点的光强表达式,确定了相邻干涉图之间的相移步长,并给出了相位延迟量测量的解析表达式.最后,对光学系统在检测中可能存在的误差进行了计算分析,结果表明,系统的设计不仅能满足超快pump-probe精度的基本要求,而且优于目前同步移相干涉测量的光学设计,对于800 nm中心波长的探针光在理论上可达阿秒级的时间分辨率. 关键词： 超快抽运-探测 时间延迟量 同步移相干涉 琼斯矩阵