激光等离子体软X射线辐射能谱时间分辨测量研究

利用(国内最近研制成功的)带聚酰亚胺膜底衬的金透射光栅与软X射线条纹相机相配合,(在LF11~#激光装置上)使用波长为0.53μm的激光打靶,测量了平面Au靶软X射线时间分辨能谱。测量结果观察到了金等离子体的O带辐射强度随时间增加的现象。文章计算了光栅的衍射效率,并讨论了影响测量谱的几个关键因素。     

铥原子中等能量能级自然辐射寿命的时间分辨荧光测量

报道铥(Tm)原子10个中等能量激发能级自然辐射寿命的实验测量值.采用两台脉冲染料激光器将铥原子从基态激发到待测能级,再从铥原子激发态所释放的荧光随时间衰变的规律推算出自然辐射寿命值.测量精确度为10％.     

时间分辨电子显微镜的可行性研究

文章从理论上分析了飞秒激光与金属阴极的相互作用过程.将飞秒激光与金属阴极产生的超短电子脉冲作为电子源,提出了一种具有时间分辨能力的电子显微镜(TREM)的概念设计.文章作者详细地研究了这种电子显微镜的可行性,并讨论了超短电子脉冲的传输和控制问题.     

激光诱导氮气等离子体时间分辨光谱研究及温度和电子密度测量

激光诱导击穿光谱(LIBS)作为一种重要的分析手段被广泛应用于材料分析、环境监测等领域.特别是随着大气污染问题的日趋严重,基于LIBS的大气污染在线监测分析技术快速发展,氮气等离子体特性的时间演化规律对研究激光诱导大气等离子体动力学和发展大气污染监测的LIBS技术具有重要意义.而温度和电子数密度作为表征等离子体状态最重要的参数,直接影响着等离子体形成、膨胀和退化中的动力学过程以及等离子体中的能量传输效率.本文利用等离子体时间分辨光谱,研究了连续背景辐射、分子谱线强度及信背比(分子谱线与连续背景辐射的比值)在等离子体演化过程中的变化规律,结果显示连续背景辐射寿命在700 ns左右,N_2~+(B~2Σ_u~+-X~2Σ_g~+,v:0-0)跃迁谱线强度在12—15μs范围内达到最大值,信背比随时间呈现上升、稳定的趋势,因此利用N+2分子离子第一负带系(B~2Σ_u~+-X~2Σ_g~+)研究等离子体温度的观测窗口应选择在10—25μs之间;基于双原子光谱理论,通过拟合实测光谱和仿真光谱研究了大气压下激光诱导氮气等离子体温度随时间的演化趋势,由于辐射损耗远小于碰撞作用,在10—28μs内等离子体温度从约10000 K按指数衰减到约6000 K;在准确测定仪器展宽线型的基础上,利用Nelder-Mead单纯形算法,研究了N原子746.831 nm谱线的Stark展宽和位移随时间的演化趋势,计算了等离子体中电子数密度随时间在10~(17)—10~(16)cm~(-3)量级间衰减,通过分析发现造成等离子体中电子数衰减的主要机理是三体碰撞复合.     

Al激光等离子体电子温度的时间分辨诊断

将门控分幅相机与平面晶体谱仪耦合,构成时间分辨光谱测量系统,对Al激光等离子体的K壳层发射谱进行测量,获得了相对入射激光延迟约1ns,积累时间约200ps的光谱信号。利用稳态碰撞-辐射平衡（CRE）近似条件下的等离子体光谱辐射动力学模型,给出了Al激光等离子体Ly-β线与He-β线强度比以及Ly-γ线与He-γ线强度比与电子温度的函数关系。在此基础上,根据实验谱线强度比,得到激光强度为2.319×1014,1.937×1014和3.946×1014 W/cm2时,等离子体冕区电子温度分别为1.190(1±27%),1.165(1±27%)和1.525(1±27%)keV。     

Al激光等离子体电子温度的时间分辨诊断

 将门控分幅相机与平面晶体谱仪耦合，构成时间分辨光谱测量系统，对Al激光等离子体的K壳层发射谱进行测量，获得了相对入射激光延迟约1ns，积累时间约200ps的光谱信号。利用稳态碰撞-辐射平衡（CRE）近似条件下的等离子体光谱辐射动力学模型，给出了Al激光等离子体Ly-β线与He-β线强度比以及Ly-γ线与He-γ线强度比与电子温度的函数关系。在此基础上，根据实验谱线强度比，得到激光强度为2.319×10¹⁴，1.937×10¹⁴和3.946×10¹⁴ W/cm²时，等离子体冕区电子温度分别为1.190(1±27%)，1.165(1±27%)和1.525(1±27%)keV。     

时间分辨技术测量高散射介质光学参量

采用曲线拟合反演算法来恢复时间分辨系统中的真实光脉冲信号,从中可提取出介质光学参量.在模拟人体组织光学参量的模型介质试验中,利用时间相关的单光子计数系统测量光子的逸出曲线,拟合的结果验证了算法的可行性.     

辐射不透明度分解实验

2003年，利用“星光”Ⅱ单路激光和“神光”Ⅱ激光装置，开展了辐射不透明度分解实验研究，在辐射不透明度测量的重点问题，如辐射场干净性、短脉冲点背光源研制、样品状态参数诊断等方面取得了明显的进展。     

KCl晶体瞬态辐射谱时间分辨多道测量研究

报道了采用多通道光纤延迟和光学多道分析技术采集KCl晶体瞬态冲击辐射时间分辨光谱的新方法。多光纤延时耦合器由5条长度不等的光纤组成,光纤长度差决定延时时差,光纤出射光由透镜耦合进入多色仪,经色散后在面阵探测器上形成与信号光纤一一对应的光谱图形,经计算机处理获得该信号光的空间一时间分辨光谱。建立了实验装置,实现了KCl晶体冲击辐射谱时间分辨多道测量,时间分辨率达到20ns,谱强度分辨率1／18bit。     

Measurement of small-signal and large-signal responses of packaged laser modules at high temperature

In this paper, the pulsed injection method is extended to measure the chip temperature of various packaged laser modules, such as the DFB laser modules, the FP laser modules, and the EML laser modules. An optimal injection condition is obtained by investigating the dependence of the lasing wavelength on the width and period of the injection pulse in a relatively wide temperature range. The small-signal frequency responses and large-signal performances of packaged laser modules at different chip temperature are measured. The adiabatic small-signal modulation characteristics of packaged LD are first extracted. In the large-signal measurement, the effects of chip temperature, bias current and driving signal on the performances of the laser modules are discussed. It has been found that the large-signal performances of the EML modules depend on the different red-shift speeds of the DFB and EAM sections as chip temperature varying, and the optimal characteristics may be achieved at higher temperature.     

高功率微波辐射场功率密度测量系统

根据功率密度大、脉冲短、形状不规则的特点,研制出一种能适应各种条件下使用的高功率微波功率密度测量装置。从已有的测量手段出发,比较其不同原理和适用性,选定了峰值检波法。根据实际工作需要,着重从结构及测量的可靠性、降低系统误差等方面,进行优化设计。该装置采用矩形波导和可靠性高的耦合衰减,利用示波器进行测量。最后详细地给出了测量系统的标定方法。     

神光Ⅲ主机装置真空靶室组件研制

针对神光Ⅲ主机装置真空靶室系统横向刚度较弱、必须进行现场精密加工和安装等研制中的技术难题,对真空靶室组件的结构和整体加工工艺进行了设计。结合靶场总体稳定性设计思路,设计了垂直支撑结构和能提供摩擦阻尼耗能的横向支撑结构,并对壁厚进行了优化设计。通过使用开孔器、六维调节结构和激光跟踪仪,设计修配调整垫等,解决了现场精密加工问题,实现了靶室与靶场基准体系的精密对接。计算结果表明,48束打靶透镜平均平动位移均方根值为2.8 m。建成后,靶室中心高度偏差为0.12 mm,水平偏差达到0.18 mm,各重要联接法兰对心偏差达到0.35～0.40 mm。     

激光干涉法测量硅高温环境下的线膨胀系数的实验研究

利用中国计量科学研究院自行设计的基于激光干涉法的材料线膨胀系数测量装置进行了材料线膨胀系数测量试验。该装置采用单频激光干涉，对称光路设计，其干涉仪分辨率小于1nm。实验过程中改进并完善了该装置，重新设计了加热炉，改进了实验方法，使该装置在800K以上的高温环境下能进行材料线膨胀系数的测量。在800K到1200K温度范围内，对单晶硅试样采用分段加热进行测量,并对样品变化过程及测量结果作了分析，得到了单晶硅线膨胀系数的曲线，实现了在1200K环境下采用激光干涉法材料线膨胀系数的纳米级测量。     

高功率激光装置中的气载分子污染物测量和分析

研究了高功率激光装置光路中的分子级污染程度。采用专用空气采样动力设备及吸附管,在一定时间内对光路中的空气进行采样并作痕量分析后,得出了卤素、含硫化合物、可溶性胺类和氨、碳氢化合物 (C6～C16有机物) 4类物质在打靶前后的数密度变化。结果显示：除含硫化合物外,其余3种物质数密度超过了美国NIF标准的上限,其中氨和可溶性胺类、碳氢化合物的数密度超过较多;卤素、含硫化合物、氨和可溶性胺类的数密度在打靶后比打靶前有所降低,而碳氢化合物的数密度在打靶后比打靶前有所升高。结果表明在该装置中存在比较严重的气载分子污染物污染。分析了气载分子污染物数密度变化的原因以及可能的产生源,并对如何去除这些气载分子污染物提出了建议。     

毫米级高分辨率的混沌激光分布式光纤测温技术

近年来,随着分布式光纤传感技术在各大基础设施健康监测领域的广泛应用,人们对能够实现毫米量级精准定位和监测技术的需求日益增长.本文提出了一种基于宽线宽混沌激光的高分辨率分布式光纤测温技术.实验通过改变光反馈混沌源的偏振匹配态和反馈强度等外部参数,产生了–3 dB线宽约为7.5 GHz的宽线宽混沌激光,并在300 m传感光纤实现了空间分辨率为7.05 mm的分布式温度测量.同时,为了抑制光源线宽增加造成的布里渊增益谱恶化,在泵浦路中引入了时间门控技术,其中经脉冲调制后的泵浦光峰值功率提高了约9.5 dB,同时脉冲调制使混沌互相关锁定于脉冲持续时间内,从而布里渊增益谱的信号背景噪声比由约2.28 dB提升为4.55 dB,最终实现了空间分辨率为3.12 mm的分布式温度测量.     

管板式大功率横流CO2激光横模测量及数值模拟

为了提高激光稳定性和激光加工质量,实验测量了大功率横流CO2激光横模,并理论分析了横模形成机理。针对大功率横流CO2激光器管板式电极结构,由麦克斯韦方程给出电场的横向分布,并通过数值计算得到了激光强度的横向分布。实验结果与数值模拟得到的激光能量分布基本一致。结果表明,在给定放电电压条件下,电极结构和气体流动速率决定了激光横模峰值大小,激光峰值的横向位置取决于气体流动的速率。     

高功率微波辐射场功率密度测量系统

 根据功率密度大、脉冲短、形状不规则的特点，研制出一种能适应各种条件下使用的高功率微波功率密度测量装置。从已有的测量手段出发，比较其不同原理和适用性，选定了峰值检波法。根据实际工作需要，着重从结构及测量的可靠性、降低系统误差等方面，进行优化设计。该装置采用矩形波导和可靠性高的耦合衰减，利用示波器进行测量。最后详细地给出了测量系统的标定方法。     

管板式大功率横流CO2激光横模测量及数值模拟

为了提高激光稳定性和激光加工质量,实验测量了大功率横流CO2激光横模,并理论分析了横模形成机理。针对大功率横流CO2激光器管板式电极结构,由麦克斯韦方程给出电场的横向分布,并通过数值计算得到了激光强度的横向分布。实验结果与数值模拟得到的激光能量分布基本一致。结果表明,在给定放电电压条件下,电极结构和气体流动速率决定了激光横模峰值大小,激光峰值的横向位置取决于气体流动的速率。     

一种可用于离面位移测量的光路的优化设计

为了实现对复杂三维物体表面轮廓、小空间内物体的纵向位移或振动等测量，有必要研制高分辨力、非接触的光学检测系统。由于激光多普勒技术具有动态响应快、线性度好、非接触、测量精度高等特点而优先被用于复杂三维物体离面位移的测量。但是物体表面散射光的多普勒信号非常微弱，因此解决信号的强度、信噪比则是实现测量的关键。研究了激光多普勒技术及散射光相位的无规变化的统计规律，设计出一种空间分辨力很高的参考光路，将它用于固体离面位移测量效果很好，其相对误差为0．3％。