5 kW泵浦增益一体化复合功能激光光纤

5 kW泵浦增益一体化复合功能激光光纤 林傲祥, 湛 欢 , 黄志华, 王瑜英, 王小龙, 倪 力, 唐 选, 梁小宝, 彭 昆, 高 聪 , 王 祯 , 贾兆年, 向小雨, 尤阿妮, 林宏奂, 赵 磊, 王建军, 景 峰     

新型金阴极及其紫外光电发射特性

采用直流磁控溅射法制备了不同厚度的金纳米薄膜,在高纯氮气气氛、800 ℃条件下快速退火,在石英基底上制备了具有表面微纳颗粒的新型金阴极。应用扫描电子显微镜对阴极的表面形貌进行表征,结果表明:阴极表面形成了均匀分布的金纳米颗粒,平均粒径随金纳米薄膜厚度的增加（5 nm至20 nm）从300 nm增大到800 nm。在190~360 nm紫外光下,对阴极的光电子发射特性进行了研究,结果表明:相对于平面阴极,新型金阴极的光电子发射效率提高了10倍以上,最高可达到平面阴极的16倍,且随颗粒粒径的减小而增大。采用三步光电发射模型对上述结果进行理论分析,表明阴极光电效率的提高主要由于阴极光电发射面积的增加和局域强电场导致的表面势垒降低。     

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采用Langmuir探针方法对氢等离子体中电子密度和电子能量概率函数随射频功率的变化进行研究,发现电子密度在射频功率增加过程中出现两次跳跃。通过发射光谱法测得氢等离子体Hα、Hβ和Hγ三条谱线强度比值的变化,进一步验证了密度跳跃现象。该现象说明氢等离子体的放电模式发生了从电感耦合到电容耦合再到螺旋波模式的转变。从电子与氢分子的相互作用和Nagoya type Ⅲ型(N-型)天线电场耦合作用两方面解释密度跳跃现象。随着输入功率的增加,电子与氢分子相互作用增强,使电子密度发生跃变;当天线横向电场Ey取最大值,螺旋波轴向波矢kz分别为π/la和3π/la时天线与等离子体耦合最好,分别产生两次密度跳跃。     

国产复合功能光纤实现万瓦激光输出

正作为长距离分布式侧面泵浦技术的典型代表,泵浦增益一体化复合功能激光光纤(Pump-gain integrated Functional Laser Fiber,PIFL-fiber)是包含单根增益光纤与多根泵浦光纤的多功能集成器件。基于倏逝波耦合效应巧妙地解决了超大泵浦功率注入的技术难题,已成为高功率光纤激光放大技术的主流技术方案之一。2018年2月,中国工程物理研究院激光聚变研究中心科研人员成功制备(8+1)型PIFL复合功能激光光     

国产泵浦增益一体化复合功能激光光纤实现8.74 kW激光输出

正高功率光纤激光器一般采用信号光与MOPA放大级的"1+1"型串联结构,而第二级的MOPA放大结构通常存在两种结构方式:其一是短距离集中式端面泵浦方式,包括正向端泵和反向端泵,后者具有一定的技术优势,有利于实现窄线宽激光输出;其二是长距离分布式侧面泵浦方式,其工作原理是基于倏逝波耦合效应来实现数十米长度的长程侧面耦合,其典型代表是泵浦增益一体化复合功能激光光纤(又被称为"GT-wave光     

纳米FePt颗粒:MgO多层复合薄膜的外延生长、微观结构与磁性研究

采用脉冲激光沉积法,在MgO(100)面上外延生长了FePt:MgO多层纳米复合薄膜,FePt成分为Fe48Pt52.FePt纳米颗粒周期性嵌埋于单晶MgO外延层中.原位反射式高能电子衍射分析结果表明,MgO外延层呈层状生长,而FePt纳米颗粒呈岛状生长.在整个FePt:MgO纳米复合薄膜的生长过程中,成功实现了层状-岛状生长模式的交替控制.高分辨透射电子显微镜分析结果表明,退火热处理后,结晶完整的L10-FePt纳米颗粒粒径约为5 nm,呈扁平六角形状,在MgO基底上形成逐层排列的纳米点阵.磁滞回线结果表明,退火后薄膜矫顽力增大,有序度提高,磁性增强.     

球壳结构金阴极及其X射线光电发射特性

以聚苯乙烯微球为模板, 采用种子-生长法在聚苯乙烯微球表面镀覆金球壳层, 以不同浓度旋涂分散在阴极衬底上, 热处理去除聚苯乙烯模板, 初步制备出表面具有金球壳结构的反射式金阴极样品, 通过金相显微镜和扫描电镜研究其表面形貌, 结果表明: 阴极表面球壳的直径约为10 μm, 高温去除聚苯乙烯微球模板后金沉积层具有良好的自支撑性, 球壳厚度约70-90 nm, 球壳表面主要由30-60 nm的晶粒突起组成. X射线光电发射测试表明, 反射式球壳结构阴极在200-1500 eV波段光电效率相对于平面薄膜阴极有明显提升, 其量子效率可达到平面阴极的3倍以上, 理论分析表明: 球壳结构阴极特殊的表面结构引起光电发射面积的增大和表面势垒的降低, 是阴极光电发射效率提高的主要原因.     

国产有源光纤成功实现6 kW激光输出

光纤激光是继气体激光、化学激光和固体激光之后的新一代激光技术,是近年来世界各国科学研究的热点领域。制约光纤激光功率提升的主要技术瓶颈是系统集成技术和光纤材料制备技术。目前,我国科研工作者成功掌握了千瓦级光纤激光系统集成技术并实现了产业化,但是所用的光纤激光材料与核心器件还严重依赖进口。相较于比较成熟的系统集成技术,我国光纤激光材料的科学研究和产业化进程相对滞后,尚无法提供成熟稳定的有源光纤产品。 2016年6月,中国工程物理研究院激光聚变研究中心的研究人员经过近三年科研攻关,成功研发了30/900规格（纤芯30 m/包层900 m）镱掺杂铝磷硅（Yb-APS）三元体系激光光纤并实现了6.03 kW最高功率输出,在5 kW功率水平下可长期稳定工作。光纤激光材料综合测试平台采用了传统的1+1型MOPA放大结构（即信号种子源与一级主放）:信号光种子源的功率为40 W,光束质量M2=1.1;第二级MOPA放大级使用的976 nm LD泵浦光总功率9.95 kW,经过CPS功率剥离器激光净化处理后,最终安全地实现了6.03 kW最大功率输出。如图1所示,最高输出功率时斜率效率为61.25%,源于1∶30的芯包比和20 m以上的光纤使用长度;激光输出光谱中心波长1080 nm,3 dB带宽为1.89 nm,受激拉曼抑制比＞15 dB;5 kW稳定工作时,光束质量M2=2.38,未发现光子暗化效应。中物院激光聚变研究中心所研制的镱掺杂铝磷硅三元体系有源光纤(30/900 Yb-APS fiber)成功实现了6.03 kW激光输出,是我国高功率光纤激光材料研究领域的重要进步,为制备低损耗、高掺杂、高吸收、高增益、无光子暗化效应的商业激光光纤产品奠定了坚实的技术基础。     

掺杂BaTiO3/SrTiO3多层膜与太赫兹波相互作用

掺杂半导体中的载流子吸收在THz波段非常明显,其相互作用研究是研制THz通信中的关键器件之一的基础。采用氟化氪（KrF）脉冲准分子激光烧蚀沉积（PLD）技术,制备了Ni掺杂BaTiO3/SrTiO3多层膜。基于辐射频率为3.09 THz、脉冲功率为10 mW量级的THz 量子级联激光器(QCL)光源研究了太赫兹波在Ni掺杂BaTiO3/SrTiO3多层膜中的传输,发现损耗主要是Ni颗粒的非共振吸收导致。