掺铒硫系玻璃的制备及其微结构光纤的中红外信号放大特性研究

为进一步揭示硫系玻璃基掺Er³⁺微结构光纤对于中红外波段信号的放大特性, 采用熔融淬火法研制了Er³⁺离子掺杂的Ga₅Ge₂₀Sb₁₀S₆₅硫系玻璃, 测试了玻璃样品的吸收光谱和2.7 μm波段荧光光谱, 利用Judd-Ofelt和Futchbauer-Ladenburg理论分别计算得到了Er³⁺离子的辐射跃迁概率、辐射寿命以及2.7 μm波段受激发射截面. 在此基础上, 建立了一个980 nm抽运下该玻璃基掺Er³⁺微结构光纤2.7 μm波段中红外信号的放大模型, 理论上研究了其作为2.7 μm波段中红外信号增益介质时的光放大特性. 结果显示, 硫系玻璃基掺Er³⁺微结构光纤具有优异的高增益和宽带放大品性. 在200 mW抽运功率激励下的100 cm光纤长度上, 最大小信号增益超过了40 dB, 高于30 dB信号增益的放大带宽达到了120 nm (2696—2816 nm). 研究表明, Ga₅Ge₂₀Sb₁₀S₆₅硫系玻璃基掺Er³⁺微结构光纤是一种理想的可应用于2.7 μm波段中红外宽带放大器的增益介质.     

光参量啁啾脉冲饱和放大的增益稳定性

 光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）在饱和放大区存在一个增益稳定点，据此设计了一个输出稳定的三级OPCPA系统；第一、二、三级分别选用准相位匹配的周期极化钛氧磷酸钾（PPKTP）晶体、LBO晶体和KDP晶体作为增益介质。饱和放大时，增益随泵浦光强度变化时的增益输出稳定性明显改善，在泵浦光强度抖动低于6%的情况下，各级光参量放大器OPA输出的增益抖动小于1%。前级采用准相位匹配的PPKTP晶体作为增益介质，在远低于破坏阈值的30MW/cm²的泵浦功率密度下，可得到2×10⁵的饱和放大增益和20%的能量转换效率。     

双向泵浦钛宝石脉冲激光的多通放大

 从基本理论出发，系统地计算分析了双向泵浦钛宝石激光放大器的增益特性，进而采用新的放大构型完成了啁啾脉冲八通放大实验，放大总增益近10⁶，输出脉冲能量达0.8mJ。     

GEM气体探测器的增益特性

研制一种双层结构的GEM气体探测器用于X射线成像和带电粒子径迹测量.使用铜靶X射线管产生的高能量X射线对其气体放大倍数,电荷传输效率,增益稳定性进行测试.实验结果显示:在入射X射线通量为10⁵Hz/mm²时,双层GEM探测器的有效增益达到10⁴以上,并且具有长时间稳定性.     

两级钛宝石激光系统放大实验

 用两级多程放大构型进行了钛宝石脉冲激光的多程预放大和功率放大实验, 以倍频YAG为泵浦源, 当注入光能量为1nJ时输出脉冲能量达23mJ, 放大总增益大于10⁷。     

基于周期极化LiTaO3晶体的高增益简并啁啾脉冲参量放大

根据准相位匹配理论计算了周期极化LiTaO₃(PPLT)晶体中0类准相位匹配过程(e+e→e)的增益曲线.在此基础上，使用数百μJ的低抽运能量获得了～10⁶的增益和～10.3%的转换效率，实现了中心波长位于1064nm的基于简并光学啁啾脉冲参量放大(OPCPA)技术的高增益放大，为产生超短超强激光脉冲提供了新的技术手段.实验结果与理论预期基本符合.     

与BaF2耦合的低气压多步雪崩室

研究了以纯TMAE饱和蒸汽为工作气体的紫外光敏低气压多步雪崩室的性能.在几种温度下测量了两个不同结构的丝室的气体放大倍数.在40°C时得到丝室的增益为4×10⁵,时间分辨4.1ns.和BaF₂晶体耦合,成功地观测了¹³⁷Cs γ射线(0.661MeV)的信号.     

掠入射较高功率密度驱动Ni-like AgX射线激光的理论研究

 用系列程序对掠入射方式驱动亚稳态类镍银碰撞激发机制进行了研究。继低功率密度驱动获得有效增益系数为23.8 cm^-1结果之后，在4.3×10¹³ W·cm^-2较高功率密度驱动时，增益区移到驱动激光折返点附近，有效增益系数达到40 cm^-1以上，比正入射提高了2.4倍。用50 J激光能量驱动单靶，就能达到有效增益长度积为40的深度饱和增益。     

Cl/HN3/I2全气相化学激光体系的化学动力学模拟计算

 对Cl/HN₃/I₂产生NCl(a)/I激光的过程进行了化学动力学计算，主要考察了Cl,HN₃和I₂的初始粒子数密度及其配比对小信号增益系数的影响。结果发现,当温度为400K, 初始Cl粒子数密度为1×10¹⁵，1×10¹⁶和1×10¹⁷cm^-3时,小信号增益系数分别达到1.6×10^-4,1.1×10^-3和1.1×10^-2cm^-1，获得最佳小信号增益系数的HN₃和I₂的初始粒子数密度分别为初始Cl粒子数密度的1～2倍和2%～4%。同时，对Cl，HN₃和I₂配比对小信号增益系数和增益持续时间的影响进行了讨论。     

预-主短脉冲激光驱动的高增益类氖氩软X射线激光

 用数值模拟程序计算了脉宽1.5ps预脉冲和主脉冲激光，经1.2ns的时间延迟先后泵浦喷射的密度为6.632×10^-3g/cm³的氩气柱，以获得高增益的类氖离子电子碰撞激发3p-3s跃迁激光的可能性。结果表明：在等离子体中能够形成宽的类氖离子丰度大于50%的区域，并且具有大于10²⁰ cm^-3的自由电子密度。主脉冲到达之后迅速加热自由电子，高密度的自由电子与类氖离子碰撞激发形成具有很高增益系数的增益区，增益区的半高宽度大约100μm，一维理论计算的增益系数为200~300cm^－1，持续时间大约相当于泵浦激光的时间宽度，在1~2ps之间。     

新型阵列式片状放大器全口径增益实验研究

 利用行波法对一台闪光灯泵浦、通光口径为29cm×29cm的新型高功率固体激光阵列式片状放大器的全口径平均增益进行了实验测试，在充电电压为23kV、泵浦能密度为10J/cm³的条件下，新型4×2×3阵列式片状放大器端部模块全口径平均增益为4.925%cm^-1，内部模块全口径平均增益为5.519%cm^-1。     

双折射光纤中拉曼效应对参量放大增益谱的影响

根据激光脉冲在光纤中传输时, 所满足的波动方程, 导出了拉曼效应和参量放大共同作用下, 在双折射光纤中所遵循的耦合模方程, 并引入平行拉曼增益的洛伦兹模型, 给出了输入抽运波偏振方向同双折射轴成45^o 时, 拉曼效应和参量放大共同作用所导致的增益. 讨论并分析了拉曼效应在不同色散区对参量放大增益谱的影响. 结果表明, 在考虑拉曼效应后, 使得参量放大斯托克斯波与反斯托克斯波增益谱彼此不对称; 在反常色散区, 产生的增益以反斯托克斯波为主, 正常色散区则以斯托克斯波为主.     

超音速氮稀释连续波HF化学激光器小信号增益测量

 以氮为稀释剂的电激励连续波HF/DF化学激光器可以使用低温吸附泵代替传统的机械真空泵和洗消装置,大幅度降低激光器的系统体积和重量。使用小信号增益测量系统对某超音速氮稀释电激励连续波HF化学激光器的增益分布进行了测量。得到了在4种不同激光功率下P₁(4),P₁(6), P₂(4)～P₂(6)谱线的增益系数分布曲线。测得P2(4)为最强增益谱线,最大值为0.1 cm^-1;最强增益位置与最佳光轴位置相符;超音速气流使增益区延伸达2.5 cm。     

三级GEM气体探测器性能的实验研究

GEM探测器是一种新型微型气体探测器(Micro-Pattern Gas Detector), 在粒子物理实验及低能X射线成像系统中有着较大的应用前景. 文章研制了一种适用于低能X射线成像和带电粒子径迹测量的三级GEM气体探测器. 使用放射源⁵⁵Fe对其气体放大特性、电荷传输效率及能量分辨本领等性能进行了实验研究, 重点研究了传输区电场对气体有效增益和能量分辨本领的影响. 实验结果表明, 三级GEM探测器的暗电流和噪声较小, 有效增益能够达到10⁵以上并稳定地工作, 对5.9keV的X射线能量分辨率可达24%, 传输区电场强度大于3000V/(cm.atm)时, 能量分辨率基本稳定在30%左右.     

Tm3+掺杂锗酸盐玻璃材料上转换发光的研究

测量了50GeO₂-40PbF₂-9.9WO₃-0.1Tm₂O₃玻璃材料的Raman光谱。确定了Tm³⁺离子在这种材料中¹G₄上转换发射的有效激发波长为650nm,并且观测了在650nm激发下Tm³⁺的¹G₄上转换发光及其斜率效率。采用ASE(Amplified Spontaneous Emission)技术测量了⁴G₄上转换发射的光学增益系数。     

掠入射低功率密度驱动Ni-like Ag X射线激光的理论研究

 用系列程序对掠入射方式驱动亚稳态类镍银的碰撞激发机制进行数值模拟。结果发现：与正入射方式相比,掠入射在1.2×10¹³ W·cm^-2低功率密度驱动时,驱动激光能量主要沉积在增益区附近,可以大幅度提高增益区的电子温度,也可以大幅度提高增益系数。通过对预主脉冲时间间隔和掠入射角的优化,采用10.5 ns延迟时间和16°的掠入射角,可使有效增益系数达到23.8 cm^-1,比正入射提高84％。用13 J驱动激光能量就可以获得增益长度积为23.8的深度饱和增益。     

Tm3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃的近红外发光及能量传递机理

采用高温熔融法制备了组分为TeO₂-ZnO-Na₂O的Tm³⁺离子单掺和Tm³⁺/Yb³⁺共掺碲酸盐玻璃,应用Judd-Ofelt理论计算分析了玻璃样品的强度参量Ω_t(t=2, 4, 6),自发辐射跃迁几率A,荧光分支比β和荧光辐射寿命τ_rad等光谱参量,测量得到了不同Yb³⁺离子掺杂浓度下玻璃样品的Tm³⁺离子上转换发光谱.结果显示,在980 nm泵浦光激励下玻璃样品发射出强烈的近红外上转换荧光.对Tm³⁺离子上转换发光分析表明,强烈的Tm³⁺离子近红外上转换发光主要来自于Yb³⁺/Yb³⁺离子间的共振能量传递以及基于单声子和双声子辅助的Yb³⁺/Tm³⁺离子间的非共振能量传递过程,并进一步计算得到了声子贡献比和能量传递系数.最后,计算分析了Tm³⁺:³F₄→³H₆能级间跃迁的1.8 μm波段吸收截面、受激发射截面和增益系数.研究表明,Yb³⁺/Tm³⁺共掺TeO₂-ZnO-Na₂O玻璃可以作为近红外波段固体激光器的潜在增益基质.     

类氖-锗电子碰撞激发X光激光的增益特性

 电子碰撞激发X光激光的增益特性依赖于电子密度Ne、电子温度Te、增益区宽度D R和介质速度梯度dv/dz等四个表征等离子体内部状态的参数。以类氖-锗离子为例研究了反转和增益特性对Te、Ne的依赖关系，并在典型的增益区宽度（D R=100 μm）和介质速度梯度（dv/dz=1.3×10⁹s^-1）下讨论了共振线俘获对增益特性影响，给出波长为19.6nm, 23.2nm和23.6nm三条激光线的增益目标区域。还讨论了双电子复合过程对离子布居的重要影响。     

SBS新介质C4Cl6参数确定及性能研究

 从介质对光的吸收机理出发，研究了吸收系数较小的受激布里渊散射（SBS）新介质六氯-1,3-丁二烯（C4Cl6）。通过基本的物理参数，确定了入射光波长为1 064 nm时C₄Cl₆的SBS参数，其吸收系数约为0.003 cm^-1，声子寿命约为0.25 ns，增益系数约为4.9 cm·GW^-1。分析了入射光波长与介质SBS参数的关系，布里渊频移与入射光波长成反比，声子寿命与入射光波长的平方成正比，增益系数一般与入射光波长无关。在单池SBS系统中，利用Nd:YAG调Q激光器研究了C₄Cl₆的SBS性能。实验结果表明：由于其吸收系数小，与具有相同增益系数的H₂O比较，C₄Cl₆具有较高的能量反射率（饱和能量反射率大于55%）和较宽的SBS脉宽；由于其声子寿命短，与具有相同吸收系数的CS₂比较，C₄Cl₆的SBS波形上升时间较短。吸收系数小和声子寿命短的特点，使C₄Cl₆适合作为放大池介质，这对优化SBS介质选取，提高SBS系统性能具有一定意义。     

大口径方光束片状放大器小信号增益实验研究

 介绍了一台24cm×24cm的大口径钕玻璃片状放大器,并且在不同充电电压下进行了实验测试。在充电电压为22kV、泵浦能密度为14.62J/cm ³的条件下,获得了4.9%cm ^-1的小信号增益系数和2.43%的储能效率。