单脉冲飞秒激光时域参数测量技术研究

钛宝石飞秒激光放大系统具有重复频率低、脉冲波形复杂等特点,为准确测量其峰值功率,提出对单次脉冲波形和脉冲宽度测量的需求。介绍了单脉冲飞秒激光时域波形和脉冲宽度的测量原理和测量方法,设计了基于频率分辨光学开关法的单脉冲飞秒激光时域参数测量装置。讨论了单脉冲飞秒激光时域参数测量校准面临的问题及解决方法。     

飞秒激光脉冲宽度和脉冲波形测试技术

飞秒激光在激光核聚变、卫星精密测距、激光微加工等领域具有重要的应用前景,同时也是产生太赫兹波的主要泵浦源。介绍了国内外飞秒激光脉冲宽度和脉冲波形的测试方法,比较了自相关法、频率分辨光学快门法、光谱相位相干直接电场重构法的优缺点。自相关法具有脉宽测量范围广、结构简单等特点,但不具备脉冲波形测试能力。光谱相位相干直接电场重构法对待测激光光束质量要求较高, 不适合大量程范围激光脉宽快速测量。为满足10 fs~5 ps大量程范围超短激光脉冲宽度和脉冲波形的测试需求,采用自相关法及二次谐波频率分辨光学开关法研制飞秒激光脉冲宽度和脉冲波形测试仪,时间分辨率优于2 fs。     

阵列探测器对斜入射激光的功率测量不确定度

为了对斜入射情况下的激光功率进行准确测量,采用了对阵列探测器的功率响应度依角度进行修正的方法。推导了依赖于光源位置、阵列探测器位置和阵列探测器姿态角的激光光线方向余弦和入射角的数学表达式,推导了光线方向余弦和入射角的测量不确定度表达式以及阵列探测器功率修正因子的不确定度表达式,并根据功率表达式进一步推导了功率测量不确定度表达式。由此建立了斜入射情况下激光功率阵列探测器测量方法及功率测量不确定度评定的一套较完整的方法。以典型参数为例,计算了斜入射下阵列探测器测量激光功率的不确定度,结果表明采用修正方法可显著减小激光功率测量不确定度。     

阵列探测器对斜入射激光的功率测量不确定度

为了对斜入射情况下的激光功率进行准确测量,采用了对阵列探测器的功率响应度依角度进行修正的方法。推导了依赖于光源位置、阵列探测器位置和阵列探测器姿态角的激光光线方向余弦和入射角的数学表达式,推导了光线方向余弦和入射角的测量不确定度表达式以及阵列探测器功率修正因子的不确定度表达式,并根据功率表达式进一步推导了功率测量不确定度表达式。由此建立了斜入射情况下激光功率阵列探测器测量方法及功率测量不确定度评定的一套较完整的方法。以典型参数为例,计算了斜入射下阵列探测器测量激光功率的不确定度,结果表明采用修正方法可显著减小激光功率测量不确定度。     

成像法测量脉冲激光远场能量密度的模型及不确定度分析

 设计了基于漫反射成像法测量脉冲激光远场能量分布的方案,在相机标定的基础上建立了CCD图像灰度值与漫反射板上脉冲激光能量密度对应关系的数学模型,该模型考虑了漫反射板的漫反射率和CCD像元响应度的空间不一致性,并对不同测量位置的离轴角的影响进行了修正。分析表明:CCD灰度值、镜头透过率、漫反射率和CCD响应度的不确定度传播系数为1,镜头光圈数的不确定度传播系数为2,镜头焦距的不确定传播系数随离轴角增大而增大,成像中心像素坐标的不确定度传播系数在图像顶点处最大。针对相机标定实验中发现的利用Tsai单视角共面点标定相机得到的镜头焦距与实际存在较大偏差问题,指出对于定焦镜头,应该采用其它离线方法进行准确标定;对于变焦镜头,可采用单视角非共面点或多视角共面点进行在线标定。     

脉冲高电压测量不确定度评定

为开展脉冲高电压测量不确定度评定,分析了应用黑箱概念建立测量不确定度模型的方法,给出了脉冲分压器测量与标定的不确定度模型。依照不确定度传播率,对完善后的模型进行不确定度合成,并与通常采用的按照方差进行相对不确定分量合成的结果进行比较。计算结果表明:当不确定度模型中仅仅存在不同变量的乘除形式,或虽然存在加减项,但是其数学期望值为0,相对不确定度合成可以得到正确的结果。对通过测量2个电压间接计算电位差的方法以及用分贝表示衰减的不确定度合成开展分析,验证了相对不确定度合成的适用范围。在分压器标定实验中,为了减小信号源输出值的分散性对评定结果的影响,对电压比值开展A类不确定度评定,合成后得到分压比不确定度。     

脉冲高电压测量不确定度评定

为开展脉冲高电压测量不确定度评定,分析了应用黑箱概念建立测量不确定度模型的方法,给出了脉冲分压器测量与标定的不确定度模型。依照不确定度传播率,对完善后的模型进行不确定度合成,并与通常采用的按照方差进行相对不确定分量合成的结果进行比较。计算结果表明：当不确定度模型中仅仅存在不同变量的乘除形式,或虽然存在加减项,但是其数学期望值为0,相对不确定度合成可以得到正确的结果。对通过测量2个电压间接计算电位差的方法以及用分贝表示衰减的不确定度合成开展分析,验证了相对不确定度合成的适用范围。在分压器标定实验中,为了减小信号源输出值的分散性对评定结果的影响,对电压比值开展A类不确定度评定,合成后得到分压比不确定度。     

简易自相关仪对飞秒激光脉冲宽度的测量

用自制的简易自相关仪测量了飞秒的光脉冲宽度,测量结果与理论结果基本一致,并在此基础上分析了一些实验中的光学器件对飞秒激光脉冲宽度的影响.     

脉冲高电压幅值测量的不确定度分析

在脉冲高电压幅值测量的不确定度评定中,从测量和标定溯源的角度出发将不确定度来源分为示波器测量不确定度和探头不确定度。以初级实验平台单路样机三板线入口电压的测量为例,按照探头不确定度的来源分别分析了三板线电压测量随机效应产生的不确定度,D-dot探头和电阻分压器标定时的系统效应和随机效应产生的不确定度,示波器和衰减器的校准不确定度,示波器的分辨力不确定度。同时进行了测试和标定系统的频率响应分析,以证明被测信号在测试系统的频率响应范围之内。以相关实验数据为基础计算了各个不确定度分量、合成标准不确定度以及扩展不确定度。按工程测量要求取包含因子为2,可得三板线入口电压测量值为1.89 MV,扩展不确定度为3.9％。     

几种常见波段脉冲激光峰值功率综合测试技术研究

针对几种常见波段脉冲激光发射机所发出的脉冲激光波长、功率和宽度等特点，进行了激光峰值功率参数的综合测试技术研究。采用多波段光电探测和集成化组合式光学设计及先进的电路设计技术，并利用自行开发的信号通道和量程及采样频率可控的通用测试平台，对不同波长，选择了相应灵敏度高的探测器；对不同功率量程范围选择了合适的衰减片；并对宽度较窄的激光脉冲设计了合适的展宽放大和快速放电电路。实验结果表明：这项技术是实现多波段脉冲激光峰值功率综合测试的有效方法，具有良好的推广应用前景。     

常用激光峰值功率公式误差分析

为分析脉冲激光中常用峰值功率公式的误差,对高斯脉冲、双曲正割脉冲、洛仑兹脉冲、非对称双曲正割脉冲的常用峰值功率公式的误差进行了解析计算。结果表明：高斯脉冲、双曲正割脉冲、洛仑兹脉冲、非对称双曲正割脉冲中,常规峰值功率公式的结果与实际峰值功率的误差分别为6.3%,13.6%,22.1%,20.9%。在具体实验基础上采用数值方法分析了非常规脉冲的情形,给出了精确计算峰值功率的方法。     

强流脉冲电子束位置测量探头标定结果不确定度分析

根据探测器测量原理和标定方法、特点,分析其位置测量的不确定度主要来源于测量过程的A类不确定度、B类不确定度和最小二乘法引入的拟合不确定度,确定了各个不确定度的计算方法,得到了探测器的合成不确定度,对于应用于神龙二号直线感应加速器的电阻环和磁探测器,其合成不确定度约为0.1 mm。     

测量不确定度的评定与表示

测量不确定度和如何正确评定与表示，是个极其重要的问题，文章指出了研究不确定度的意义，介绍了不确定度的有关概念，按实际工作的测量模型，给出了标准不确定度Ａ类、Ｂ类评定的各种具体方法，提出了标准不确定度的俣成方法与展伸不确定度的给出方法，对不确定度评定与表示的程序进行了汇总，并举出了应用实例。     

测量不确定度的一些新概念的分析与讨论

介绍不确定度与误差在定义主计算方法上的区别,讨论不确定度新概念的特点和优越性,并说明在物理实验教学中采用不确定度的必要性。     

光束质量因子测量的不确定度分析

 介绍了激光光束质量因子的定义以及测量原理,分析了光束质量因子的数学模型中各个量的不确定度来源以及评定方法,并以实验数据为基础,对具体的实验数据进行了分析计算。提出了减小激光光束质量因子测量不确定度的途径,包括统一激光束直径的确认方法,保证测量条件的稳定以及提高光束质量测量系统的测量精度等。     

脉冲X射线剂量率测量不确定度分析

“强光一号”短脉冲高能X射线剂量率测量,主要包括脉冲射线总剂量与脉冲射线时间宽度的测量,前者采用热释光剂量计测量,后者采用PIN半导体探测器记录。根据不确定度传递数学模型,分析了影响X射线剂量和脉冲宽度测量结果的因素。针对“强光一号”短脉冲高能X射线测量,定量地给出了各种因素引入的测量不确定度,总剂量测量是影响剂量率测量准确性的决定性因素,其相对标准不确定度为25.1％,脉冲宽度测量不确定度为3.7％,剂量率测量扩展不确定度为50.8%,置信概率95%。     

物理测量中的不确定度表示指南

不确定度表示是计量工作标准化,也是科学实验中的重要问题,1980年国际计量局作出了关于实验不确定度的规定建议书INC-1,并于1981被国际计量委员会采纳,1986年国际计量委员会又作出决议,要求将INC-1 用于有关工作.为了在更广泛的基础上取得统一,国际标准化组织(ISO)、国际计量委员会(CIPM)、国际法制计量组织(OIML)、国际电工委员会(IEC)共同商定成立了不确定度表示组 ISO/TAG4/WG3,并着手起草一个较详细的具有指导性的文件,以加强不确定度如何得到的完整信息和提供测量结果国际比对的基础.1989年10月工作组在西柏林召开会议,工…     

实时测量飞秒激光脉冲的二次谐波相关技术研究

本文介绍了一种具有飞秒分辨率实时监测激光脉宽的二次谐波自相关技术。该技术既可进行强度自相关测量,又可进行自标定的干涉自相关测量。干涉自相关测量精度达1fs,强度自相关测量相对误差为3.6%。     

高功率激光诱导光学元件损伤阈值测量的不确定度分析

 激光诱导损伤阈值作为一实验参量,对其结果作不确定度分析有利于激光工作者在某个精度范围内获知该参量的信息。从激光损伤和损伤阈值定义出发,分析了基于ISO11254的损伤几率测试法测试激光诱导损伤阈值的不确定度来源,包括激光能量测量、激光光斑有效面积测量、各能量密度处损伤几率的计算以及对损伤几率点进行直线拟合这4个方面。并利用统计学原理和线性拟合等理论对这4个方面引起的不确定度分量及最终测试结果的相对合成不确定度进行了计算。以1 064 nm高反薄膜样品为例,分析表明：损伤几率点的计算和几率图中损伤几率的直线拟合是损伤阈值测试结果不确定度的主要来源,当样品的损伤阈值为7.79 J/cm²时,这两种因素引起的相对不确定度可分别在4%和18%左右,损伤阈值的相对合成不确定度达18.72%。     

高功率激光诱导光学元件损伤阈值测量的不确定度分析

激光诱导损伤阈值作为一实验参量,对其结果作不确定度分析有利于激光工作者在某个精度范围内获知该参量的信息。从激光损伤和损伤阈值定义出发,分析了基于ISO11254的损伤几率测试法测试激光诱导损伤阈值的不确定度来源,包括激光能量测量、激光光斑有效面积测量、各能量密度处损伤几率的计算以及对损伤几率点进行直线拟合这4个方面。并利用统计学原理和线性拟合等理论对这4个方面引起的不确定度分量及最终测试结果的相对合成不确定度进行了计算。以1 064 nm高反薄膜样品为例,分析表明：损伤几率点的计算和几率图中损伤几率的直线拟合是损伤阈值测试结果不确定度的主要来源,当样品的损伤阈值为7.79 J/cm2时,这两种因素引起的相对不确定度可分别在4%和18%左右,损伤阈值的相对合成不确定度达18.72%。