LaB6在低压强氮气和氦气中的放电特性

 研究了LaB₆在1~10 Pa氮气和氦气中的直流和脉冲放电特性以及放电过程对电极的影响。结果表明，电极直径为5 mm的LaB6氦气放电管在脉冲工作状态下可以长期稳定放电。在脉冲电压为2.2 kV、脉冲宽度10 ms、频率13.3 Hz下，脉冲峰值放电电流超过120 A。氦气放电管在放电过程中，阴极表面有离子的清洗和活化作用，可以使电极的表面逸出功降低，提高放电管的发射能力和稳定性。LaB₆作为气体放电电极具有寿命长、延迟时间短、放电电流大等优点，可用于重复强流脉冲气体放电的高压高速开关器件。     

放电等离子固相烧结制备高密度LaB6阴极性能

采用放电等离子烧结（SPS）技术,以碳化硼还原法制备的LaB6粉末为原料,制备了高致密LaB6多晶块体阴极,并系统研究了烧结温度、压力对LaB6烧结样品的物相、结构和性能的影响。确定了SPS烧结LaB6的最佳工艺为：压力50 MPa,烧结温度1 650 ℃,保温时间10 min。实验结果表明：与其它LaB6多晶制备方法相比,SPS制备得到的LaB6烧结块体的力学及发射性能均有大幅提高,样品相对密度达到96.2％,维氏硬度达到1 720 kg/mm2,抗弯强度达到203.2 MPa。样品在1 520 ℃温度下发射电流密度达到17.41 A/cm2,功函数为2.40 eV。SPS制备法显著降低了LaB6的烧结温度,缩短了烧结时间。     

多晶LaB6阴极的脉冲热发射特性

采用多晶LaB6材料制成平板二极管阴极,阳极采用钼材料,阴极采用热传导与热辐射加热,加热体为石墨。实验研究了不同阴极温度、不同真空度下的脉冲发射特性,并对热发射稳定性进行了分析。结果表明： 在动态真空系统中, 阴极发射面积为0.012 1 cm2, 工作真空度为2×10-4 Pa, 阴极温度分别为1 600, 1 650和1 700 ℃,在脉冲宽度为40 ms、重复频率为107 Hz的条件下,最大脉冲发射电流密度分别为34.0,44.0和53.8 A/cm2; 2×10-4,5×10-4和2×10-3 Pa压强下的发射能力没有明显的差异;脉冲宽度的变化不影响发射电流密度的变化。     

LaB6与TaC混合涂层热阴极

研究了一种LaB6与TaC混合涂层热阴极,其发射层通过均匀混合LaB6与TaC粉末得到。比较了该阴极在LaB6与TaC混合比例为1∶1, 2∶1和3∶1下的发射特性,发现混合型LaB6阴极的功函数与多晶LaB6阴极的非常接近,在3∶1的混合比例下,电极的发射电流稳定,得到的电流密度为30 A/cm2。该电极可被应用于需要大电流密度和超大面积阴极的真空电子器件及动态真空电子束设备中。     

LaB6场发射尖锥的场发射特性研究

报道了六硼化镧（LaB6）场发射尖锥的场发射性能。采用电化学腐蚀方法制作了LaB6场发射尖锥，并在10-2～10-7 Pa 的宽真空度范围内对单尖LaB6场发射二极管的发射特性进行了测试。发现残余气体电离产生的离子轰击对LaB6场发射阴极尖锥表面起到了离子清洗作用，使LaB6场发射尖锥在低真空工作后发射电流大幅度提高。离子轰击是一种适用于LaB6场发射阴极的激活处理方法。     

大面积环状LaB6阴极

介绍了一种用于管状电子束发射的大面积LaB6阴极电子源,其阴极发射面积为115 mm2,LaB6发射体用钼作基底,在LaB6与钼之间用耐高温的碳化物粘合剂填充以防止LaB6与钼发生反应。采用电子束轰击的方式加热LaB6发射体,当阴极温度为1 873 K时,加热功率为173 W,直流发射电流密度达到40 A/cm2。与用石墨加热LaB6发射体相比,该电子源加热功率降低了66%。阴极在室温下反复暴露于大气后其发射性能稳定。     

LaB6场发射尖锥的场发射特性研究

报道了六硼化镧（LaB6）场发射尖锥的场发射性能。采用电化学腐蚀方法制作了LaB6场发射尖锥,并在10-2～10-7 Pa 的宽真空度范围内对单尖LaB6场发射二极管的发射特性进行了测试。发现残余气体电离产生的离子轰击对LaB6场发射阴极尖锥表面起到了离子清洗作用,使LaB6场发射尖锥在低真空工作后发射电流大幅度提高。离子轰击是一种适用于LaB6场发射阴极的激活处理方法。     

电化学刻蚀法制备LaB6场发射微尖锥阵列

采用电化学刻蚀方法,成功制备出单尖的六硼化镧、钼、钨及钨铼合金场发射冷阴极尖锥,并对这几种场发射单尖锥阴极的电子发射性能进行了测试比较.结果表明,LaB₆作为场发射阴极,具有良好的发射性能和稳定性.在〈111〉面单晶LaB₆基片上,用PECVD法沉积非晶硅作掩膜,制备出具有一定高度的LaB₆微尖锥场发射阵列,结果发现,LaB₆基底较为平整,尖锥阵列呈现出各向异性.该结论对LaB₆材料在场发射阴极方面的进一步研究具有重要的指导意义.     

氦气压强对单脉冲过程电光开关特性影响的数值分析

根据单脉冲过程电光开关气体放电的微观物理过程,提出了氦气放电的一维数值模型。用数值方法分析了气压对单脉冲过程电光开关的气体击穿、放电电流、KDP晶体两侧电压、开关效率、开关速度、等离子区电子温度及等离子体浓度的影响。数值计算结果表明,气压主要影响开关速度的快慢,而对开关效率的大小影响作用不大。在相同开关脉冲的驱动下,在气压较低的情况下,开关速度随气压增大而变快;而在气压较高的情况下,开关速度随气压增大而变慢。由此得到口径为8cm×8cm电光开关的最佳工作气压为1-4 kPa的结论。     

悬浮区域熔炼法制备LaB6单晶体与发射性能研究

采用区域熔炼法成功制备出了高质量,高纯度,大尺寸的LaB₆单晶体. 系统分析了制备过程中每个参数对LaB₆单晶生长的影响,确定了晶体生长最佳工艺为:样品转速为30 r/min,生长速度为8-10 mm/h. 分析了单晶LaB₆ (100) 晶面的热电子发射性能,结果表明,当阴极温度为1873 K时,最大热发射电流密度为44.36 A/cm²;利用 Richardson 直线法求出了绝对零度逸出功和有效逸出功分别为1.99和2.59 eV. 场发射测试结果表明,单晶LaB₆场发射单尖最大场发射电流密度达到4.9×10⁶ A/cm²,场发射因子为41500 cm^-1,表现出良好的场发射性能. 因此单晶LaB₆作为热阴极和冷阴极都具有很广阔的应用前景. 关键词： 区域熔炼法 6')" href="#">单晶LaB₆ 热发射性能 场发射性能     

三路掺镱光纤放大器的相干合成实验研究

光纤激光相干合成技术是实现高功率、高亮度光纤激光系统的重要技术途径。采用主振荡并联放大器（MOPA）方案对三路掺镱光纤放大器进行实时相位探测与校正,其中每路光纤放大器的输出功率大于等于1 W,三路总功率大于等于3 W。采用铌酸锂光纤相位调制器,外差法系统的移频量为40 MHz,相位探测与校正精度优于l/20,整个光路为全保偏光路。实验分别给出了两路和三路光纤放大器的相干合成结果。系统开环时,远场光斑为动态、模糊干涉条纹,条纹可见度为7%和6%;系统闭环运行时,远场光斑为稳定、高对比度干涉条纹,条纹可见度有大幅度提高,达到44%和48%。这表明闭环控制使两路和三路光纤激光的相位变化得到了有效补偿,系统实现了相位锁定运行和高相干度合成输出。     

两种方法实现对掺镱光纤放大器的相位校正

 在光纤激光器阵列的相干合成技术中,主振荡并联放大器（MOPA）方案最关键的技术是对光纤放大器进行相位控制与校正。本文用两种方法分别对掺镱光纤放大器进行了相位控制与校正。一种是爬山法,通过自动寻优的方式不断改变相位调制器控制电压,使系统输出保持在干涉最强处;另一种是外差法,通过实时探测和校正光路中相位的变化,确保输出光束的相位一致。实验系统中主振荡激光器的波长为1 083 nm,输出功率0~100 mW连续可调。光纤相位调制器是铌酸锂相位调制器。光纤放大器输出功率0~1 W连续可调,整个光路为全保偏光路。爬山法系统的工作频率为100 kHz,控制精度为λ/10;外差法系统的移频量为40 MHz,精度优于λ/20。在两类闭环控制过程中,铌酸锂相位控制器都很好地实现了光纤放大器的相位校正。该工作为实现光纤激光器阵列的相干合成打下实验基础。     

Coherent beam combination of 137 W fiber amplifier array using single frequency dithering technique

We demonstrate coherent beam combination of 137 W fiber amplifier array using single frequency dithering technique. Four polarization-maintained fiber amplifiers are tiled into 2×2 array and the output power of each amplifier is about 35 W. Single frequency dithering algorithm is run on a signal processor based on field programmable gate array (FPGA) for phase control on the fiber amplifiers. When the phase control system goes into closed-loop, the fringe contrast of far-field intensity pattern is improved by more than 87% from 0 in open-loop, and the residual phase error is less than λ/20.     

Coherent beam combination of an optical array using adaptive fiber optics collimators

A novel adaptive-fiber-optics-collimator (AFOC) compensating both piston-type and tip/tilt-type phase errors of output beam is introduced, and has been employed in experiments of coherent beam combination (CBC) of a delta distributed fiber array. Feedback control is realized using stochastic parallel gradient descent (SPGD) algorithm. Excellent CBC effect has been achieved when piston and tip/tilt errors among beamlets corrected. The necessity of wavefront tip/tilt control in CBC is verified. Experimental results exhibit great potential applications of this kind of AFOC in fiber amplifier arrays.     

Coherent beam combining of 137 W 2 × 2 fiber amplifier array

We demonstrate coherent beam combining of two-dimensional fiber amplifier arrays with a total of 137 W output power using stochastic parallel gradient descent (SPGD) algorithm. Compact all-fiber polarization-maintained single frequency fiber amplifier chains are developed and four fiber amplifiers are arranged to 2 × 2 laser array with a fill factor of 70% in the near-field. Active phase control is implemented by a digital signal processor (DSP) based SPGD controller. The fringe visibility of the coherent combined beam profile is as high as 81% when the system is closed-loop controlled despite perturbations of the environment.     

Bandwidth analysis and improvement of the beam phasing of fiber amplifiers using the stochastic parallel gradient descent algorithm

We present the numerical analysis and improvement of the bandwidth of the beam phasing of fiber amplifiers using the stochastic parallel gradient descent (SPGD) algorithm. Time-varying phase distortions are incorporated into the dynamic simulation. It is shown by numerical calculation that the bandwidth of the standard SPGD algorithm is dependent on the phase distortions and on the number of lasers. The time-averaged cost function will decrease with an increase in the amplitude and frequency of phase distortions, and in the number of lasers. A cross-grouped SPGD algorithm is proposed, which offers attractive performance due to its robustness to various time-varying phase distortions and faster convergence rate for beam phasing of larger number of lasers. Dynamic simulation shows that the control bandwidth can be improved using the cross-grouped SPGD algorithm.     

Coherent combination of two ytterbium fiber amplifier based on an active segmented mirror

To control the phase noise of two ytterbium fiber amplifiers, a coherent combination system based on an active segmented mirror (ASM) has been established in our laboratory. The ASM is controlled by a feed back control loop on the basis of a Peak Rate (PR) algorithm which is realized on a DSP + FPGA hardware control board. Experimental results indicate that when the control loop is off, the far-field interference pattern is blurred and dynamic, while when it is on, the far-field beams interference pattern achieves clear and stable. At two different output powers, the contrasts of the interference stripes are improved from 7% to 19% and 8% to 28% respectively.     

光纤激光器阵列的多抖动法相干合成

采用自行设计的基于大规模可编程门阵列（FPGA）结构的控制电路,实现了4路光纤激光的多抖动法相干合成。对大气湍流和机械振动引起的相位噪声进行了有效补偿,使远场光斑条纹对比度由开环时的0.21提高到了闭环时的0.93,闭环时远场特定孔径内的能量较开环时提高了3.3倍。该方法还对人为抖动光纤引起的较高频率噪声具有很好的抑制作用,系统闭环后,远场光斑条纹对比度可达到0.72。     

两个光纤激光器的相干合成及其闭环控制

 采用了并联主振荡-功率放大的相干合成方案,实现了光纤激光器的相干叠加。主振荡的输出光通过保偏光纤分束器分为两路,其中一路加入保偏光纤相位调制器以实现闭环控制,两个保偏光纤放大器分别对两路输出光进行放大,放大后的输出光再由一个2×2的保偏光纤耦合器会聚相干。合成输出光的一部分通过光电转换后进入数据采集卡,采集卡将采集到的数据送入计算机进行实时处理并将得到的反馈信号作用于相位调制器,相位调制器实时控制两路信号的相位差,从而实现整个实验系统的相干合成输出。系统实现闭环控制后,两路光纤放大器的相位差为2π的整数倍,输出光强始终保持最强。该相干合成方案简单易行,性能稳定。     

Coherent combining of a seven-element hexagonal fiber array

The coherent combination of the outputs from a seven-element hexagonal fiber array with a hexagonal prism is described. The fill factor of the coherent array achieves 0.6. A total of 0.40 of the energy is contained in the central lobe and the Strehl ratio is 0.91. A theoretical model of the hexagonal fiber array is established based on Fraunhofer diffraction theory. The far field distribution of the hexagonal fiber array is presented. The effects of fill factor and phase errors on far field distribution are analyzed and simulated.