相位板偏振偏转角对径向偏振光的梯度力分布的影响

 研究了同心分区偏振偏转相位板对径向偏振光梯度力的调制效应。给出了相位板各部分偏振偏转角不同时,光学梯度力的分布情况。模拟结果表明:随着同心分区相位板各部分的半径和偏振旋转角的改变,光学梯度力方向及大小明显变化,且会产生许多可控的梯度力分布模式,可应用于微粒的收集、分离和合并。结果显示同心分区相位板对径向偏振光的调制可以用来生成可调光镊。     

基于偏振光相位调制的超衍射极限空间结构光研究

具有超衍射极限尺寸的空间结构光在远场超分辨成像、光镊、微纳米加工等领域都有着重要的应用.本文基于偏振光的相位调制原理,结合光学实验与光场数值模拟开展了在空间生成具有超衍射极限尺寸的空间结构光的研究.首先设计了一种兼备圆形π与涡旋形2π相位板特点的新型相位板,并且实验观察到了高数值孔径系统中新型相位板调制圆偏振高斯光的焦点处的空间结构光形貌.随后通过结合矢量衍射积分理论的数值模拟,得出了一种具有超衍射极限尺寸、且同时呈现中心对称与轴对称的空间结构光.最后,本文详细讨论分析了新型相位板调制圆偏振光、线偏振光、径向偏振光以及角向偏振光所获得的空间结构光分布特点.结果显示,圆、线、径向与角向偏振条件下得到的空间结构光横向最小暗斑的半高全宽分别为0.31λ,0.32λ,0.24λ和0.36λ;在光轴上,线、径向与角向偏振光情况下的中心暗斑的半高全宽分别为0.8λ,0.78λ,0.76λ,而圆偏振光在轴向方向没有电矢量分布.     

径向偏振调制对聚焦光斑匀滑及偏振特性的影响

基于标量衍射理论建立了光谱色散平滑(SSD)、随机相位板(RPP)和偏振匀滑(PS)联用的光束匀滑方案数值仿真模型。以斑纹对比度和偏振度为主要评价参量,利用该模型研究了径向偏振调制的匀滑及消偏振特性。研究表明,径向偏振调制可以有效降低聚焦光斑斑纹对比度和偏振度。使用半波片拼接方式产生近似径向偏振光时,拼接单元数对匀滑及偏振特性影响较小,8片拼接的匀滑效果已与理想径向偏振光几乎一致。对比分析了径向偏振调制、正交偏振调制和双折射楔三种PS方式,结果表明,由于三种PS方式本质上的一致性,光束的匀滑及偏振特性差别较小。     

用线偏振光产生可调矢量椭圆空心光束

提出了利用π相位板产生矢量空心光束的新方案,两个偏振方向互相垂直的线偏振光波分别通过π相位板调制后进行强度叠加,得到椭圆空心光束,用矩形光阑调节相位板的几何尺寸,可以实时调节椭圆的离心率;调节π相位板的方位,能够实现径向矢量空心光束到角向矢量空心光束的转换。分析、讨论了方案的可行性和在原子光学中的潜在应用,结果表明:本方案在原子光学中有很好的应用前景。     

非均匀关联径向偏振部分相干光的产生

从理论和实验两方面对非均匀关联径向偏振部分相干光的产生进行了研究.理论上,基于相位关联与相干度的联系,推导出了非均匀关联径向偏振部分相干光的2×2阶交叉谱密度矩阵及相干度分布.实验上,利用一个相位型液晶空间光调制器的不同区域,对入射的完全相干的径向偏振光的两个正交偏振分量分别加载随机相位调制,并实验测量了这种光束的相干度分布及其对光强分布的影响.实验结果验证了光束相干度的非均匀关联结构,并且通过改变随机相位的高斯调制半宽可以改变光束的相干性分布.研究表明,随着随机相位的高斯调制半宽的增加,光束中两点间的相干度逐渐减小,其光强分布由圆环状逐渐变化为类平顶的光强分布.这种非均匀关联的径向偏振部分相干光在激光微操纵和材料加工等领域具有一定的潜在应用价值.     

偏振内调制激励光谱学(POLINEX)中的相位正交特性

本文从理论上和实验上阐明了在偏振内调制激励光谱学中的相位正交特性.当一束线偏振光被偏振调制,而另一束线偏振光的偏振方向固定时,适当调节后一束光的偏振方向,以使多普勒加宽背景与洛仑兹信号的相位正交,可以获得无多普勒的光谱.     

少周期飞秒准径向偏振光的超快瞬变聚焦矢量场

研究了基于腔外螺旋相位调制获取高峰值功率飞秒准径向偏振光的方法,结果表明该方法所产生的并非完全纯净的径向偏振光,其径向分量决定了聚焦后纵场的分布,而径向和角向分量共同影响了横场的分布.根据Richard-Wolf矢量衍射理论模拟得到不同纯度下的少周期飞秒准径向偏振光在焦点附近的电场的时空矢量分布,发现其具有中心对称和震荡衰减特点,载波包络相位将对聚焦场的矢量时空分布产生显著影响,从而对飞秒脉冲与电子在聚焦场中的相互作用产生影响.研究结果可为进一步的激光粒子加速分析以及偏振转换器的设计提供依据.     

少周期飞秒准径向偏振光的超快瞬变聚焦矢量场（英文）

研究了基于腔外螺旋相位调制获取高峰值功率飞秒准径向偏振光的方法,结果表明该方法所产生的并非完全纯净的径向偏振光,其径向分量决定了聚焦后纵场的分布,而径向和角向分量共同影响了横场的分布.根据Richard-Wolf矢量衍射理论模拟得到不同纯度下的少周期飞秒准径向偏振光在焦点附近的电场的时空矢量分布,发现其具有中心对称和震荡衰减特点,载波包络相位将对聚焦场的矢量时空分布产生显著影响,从而对飞秒脉冲与电子在聚焦场中的相互作用产生影响.研究结果可为进一步的激光粒子加速分析以及偏振转换器的设计提供依据.     

电控径向双折射滤波器的横向超分辨与轴向扩展焦深

提出利用电控径向双折射光瞳滤波器实现横向超分辨性能参量的调制与轴向扩展焦深。该光瞳滤波器由两个平行偏光镜,一个电光晶体与一个径向对称双折射晶体组成。分析了电光晶体与径向双折射元件对光偏振态的空间调制作用,通过控制电光晶体的相位延迟实现径向中心处初始偏振态的控制,与径向双折射元件横向偏振态调制结合,实现了庞加莱球上偏振态演变路径与阶段的控制,从而对焦点附近偏振态进行空间调制以实现光强的重新分布。研究结果表明,外加电场调制可以实现横向上超分辨性能的调控以及轴向上焦深的扩展,并可得到相应的电光相位延迟范围。     

基于非线性偏振旋转的全正色散锁模光纤激光器偏振特性的研究

基于耦合的Ginzburg-Landau方程和各器件的琼斯矩阵,建立了全正色散锁模光纤激光器的数值模型,计算了腔内各点脉冲不同部分的偏振态。计算结果表明,当线性双折射较强时,光纤中脉冲的偏振态近似以拍长为周期变化,一个拍长内的演化过程为右旋椭圆偏振光-线偏振光-左旋椭圆偏振光-线偏振光-右旋椭圆偏振光。与一般的饱和吸收体不同,非线性偏振旋转等效饱和吸收体的调制深度随波片角度变化。计算了波片方位角改变时,调制深度的变化情况。相比于偏振分束器之前的1/2波片及1/4波片,偏振分束器之后的波片对调制深度的影响更大。     

放电激励重复频率非链式HF激光器

 利用紫外预电离横向放电和气体循环结构建立了一套放电激励重复频率HF激光装置。研究了激光器工作介质SF6/C2H6混合气体放电特性和激光输出特性,获得激光器单次运行的最佳输出参数;通过对激光器重复频率运行时不同气体流速、充电电压与气体总压条件下的放电状态和输出能量的比较,分析了激光器重复频率稳定运行的必要条件。结果表明：所研制的激光器最大单脉冲能量0.6 J,峰值功率3 MW,电光转换效率2.4%;当混合气体工作介质以3.5 m/s的流速循环时,激光器稳定运行的最高工作频率可达50 Hz,脉冲输出能量稳定在0.26 J,平均功率达到13 W。     

Design and performance characteristics of a krypton chloride (λ = 222 nm) excimer laser

Development of a discharge-pumped krypton chloride (KrCl) laser operating at 222 nm wavelength is demonstrated. In this paper the design, successful realization and operating characteristics of KrCl excimer laser are reported. The laser is driven by a simple and efficient excitation technique using automatic UV pre-ionization with discharge-pumped self-sustained capacitor–capacitor (C–C) energy transfer circuit. The experimental investigations including output laser energy, temporal pulse parameters, emission spectra and beam profile of the KrCl laser were recorded. For high repetition rate operation, in-built, compact gas circulation system using tangential blower was incorporated. The laser was operated at 25 kV discharge voltage, gas mixture of 5 mbar HCl, 160 mbar kypton and neon as balance with a total gas pressure of ～2.5 bar. These experiments produced an efficient and reliable output energy of 25 mJ from an active volume of 60 cm³.     

溶液浇铸法制备氘代聚乙烯薄膜

采用改进的溶液浇铸法,用氘代聚乙烯为原料,制备了厚度为100, 200, 400 μm的氘代聚乙烯薄膜。研究了溶液温度、干燥温度、真空加热温度及时间等因素对成膜性、薄膜均匀性和透明性的影响,确定了最佳工艺条件:溶液温度120～130 ℃,干燥温度80～100 ℃,加热温度120 ℃,加热时间1 h。3维视频显微镜和原子力显微镜表征结果表明:制备的薄膜透明性较好,厚度较均匀;薄膜表面起伏较小。     

大气压低温氦等离子体射流的诊断研究

为了加快低温氦气等离子体射流的工程化进程,通过自主设计的同轴式介质阻挡放电等离子体射流发生器,在放电频率10 kHz,一个大气压条件下产生了稳定的氦气等离子体射流。通过分析不同工况下的电压电流波形可以发现单纯增加氦气体积流量只能小幅的增加电流脉冲幅值,而对放电时间、电流脉冲数的影响不大。增加放电峰值电压时电流脉冲幅值会得到较大幅度增加。通过发射光谱法对大气压氦气等离子射流的活性粒子种类、电子激发温度、电子密度进行了诊断。结果表明,大气压氦气等离子体射流中的主要活性粒子为He Ⅰ原子、N₂第二正带系、N+₂的第一负带系、羟基（OH）,H原子的巴尔末线系（H_α和H_β）与O原子,这表明虽然该试验中使用的氦气纯度已达99.99%,但其中仍残留有少量的空气,同时放电时大气中的空气会被卷吸到放电空间发生电离。还可以发现,主要活性粒子的相对光谱强度随氦气体积流量的增加及放电峰值电压的增大均呈现上涨的趋势。选用He Ⅰ原子的四条谱线对不同试验工况下的电子激发温度进行了计算,得到大气压氦气等离子体射流的电子激发温度在3 500~6 300 K之间,电子激发温度随放电峰值电压与氦气体积流量的增大总体上呈现上升的趋势。但由于反向电场的存在,某些峰值电压可能会出现电子激发温度下降的情况;根据Stark展宽原理对大气压氦气等离子体射流的电子密度进行了计算,发现电子密度的数量级可达1015 cm-3,同时增大峰值电压与氦气体积流量均可有效的提高射流中的电子密度。这些参数的研究对氦气等离子体射流在工程实际中的应用具有重要意义。     

Short-channel drain current model for asymmetric heavily / lightly doped DG MOSFETs

Performance characteristics of an excimer laser (XeCl) with single-stage magnetic pulse compression suitable for material processing applications are presented here. The laser incorporates in-built compact gas circulation and gas cooling to ensure fresh gas mixture between the electrodes for repetitive operation. A magnetically coupled tangential blower is used for gas circulation inside the laser chamber for repetitive operation. The exciter consists of C–C energy transfer circuit and thyratron is used as a high-voltage main switch with single-stage magnetic pulse compression (MPC) between thyratron and the laser electrodes. Low inductance of the laser head and uniform and intense pre-ionization are the main features of the electric circuit used in the laser. A 250 ns rise time voltage pulse was compressed to 100 ns duration with a single-stage magnetic pulse compressor using Ni–Zn ferrite cores. The laser can generate about 150 mJ at ～100 Hz rep-rate reliably from a discharge volume of 100 cm ³. 2D spatial laser beam profile generated is presented here. The profile shows that the laser beam is completely filled with flat-top which is suitable for material processing applications. The SEM image of the microhole generated on copper target is presented here.     

Long-pulse KrCl laser with a high discharge quality

The discharge quality and optimum pump parameters of a long-pulse high-pressure gas discharge excited KrCl laser are investigated. A three-electrode prepulse–mainpulse excitation circuit is employed as pump source. The discharge volume contains a gas mixture of HCl/Kr/Ne operated at a total pressure of up to 5 bar. For a plane–plane resonator, the divergence of both output laser beams is measured. A low beam divergence of less than 1 mrad is measured as a result of the very high discharge homogeneity. A maximum laser pulse duration of 150 ns (FWHM) is achieved for a pump duration of 270 ns (FWHM) and a power density of 340 kW cm^-3. Pumping the discharge under optimum conditions employing a stable resonator results in a maximum specific energy of 0.45 J/l with a laser pulse duration of 117 ns and an efficiency of 0.63% based on the deposited energy. PACS 42.55.Lt; 52.25.-b; 52.59.Ye     

全固态激励小型TEA CO_2激光器的研制

基于国产非晶态合金磁芯,研制了采用可控硅开关、脉冲升压变压器、以及两级磁脉冲压缩网络的全固态激励电路系统,并且应用于放电体积为29 cm3,工作气压为100 kPa的电晕预电离小型TEA CO2激光器。讨论了提高系统能量传输效率和减小系统体积的设计方法,并且测量了系统的工作性能以及各部分的能量损失。实验结果表明:磁脉冲压缩网络的能量传输效率大于83%,全固态激励系统的总效率大于75%;连接激光器负载时,输出脉冲的电压峰值约为22 kV,电流上升时间约为100 ns;得到了脉冲能量109 mJ,宽度70ns的激光输出,激光器整体效率约为3.3%。在目前的封离体积与气体循环方式限制下,激光器最大重复频率约为100 Hz,而激励电路部分可以达到400 Hz的工作频率。     

一种新型大气压毛细管介质阻挡放电冷等离子体射流技术

介绍一种结构设计简单、操作运行方便的新型毫米量级大气压冷等离子体射流发生技术.这种射流可以在大气压条件下，利用多种工作气体(如Ar,He,N₂)，通过毛细管介质阻挡放电(DBD)的方式实现.使用频率为33kHz，峰值电压为1—12kV的双向脉冲电源，利用Ar,He,N₂等工作气体，在毛细管内形成了稳定的冷等离子体射流.放电区域的光辐射空间分布利用商用CCD摄像机记录，从中研究放电形态和空间分布，观察到了在DBD区域的流动气体放电和在毛细管出口处形成的等离子体射流 关键词： 冷等离子体射流 毛细管介质阻挡放电 射流射程 射流激发温度     

Quasi-simultaneous ultraviolet and infrared emission from a plasma cathode TEA laser

Quasi-simultaneous laser action in the UV (0.337 μm) and the IR (10.6 μm) was observed from a pulsed laser with a sliding discharge plasma cathode. The laser operates at atmospheric pressure, with a gas mixture of CO₂/N₂/He, at a 0.26/0.50/4.0 lmin⁻¹ flow rate. Output energies of 30 mJ in the IR and 0.35 mJ in the UV were obtained, from a laser discharge volume of 38.0×1.0×2.8 cm³. The optimum gas mixtures have been determined and the temporal behavior of the discharge parameters, the performance characteristics of the laser and the beam spatial distributions were investigated.     

20cm离子推力器放电室流场计算模拟

为了优化20cm离子推力器放电室内部推进剂供气方式,研究了在不发生气体放电时,推力器阳极和主阴极供气接口处的流体速度和压强,并以此开展推力器放电室内部的流场计算。结果表明:采用单阳极供气管方式,阳极出口处压强为4~158Pa,气流出口速度为0.1~47m/s;阴极小孔出口处的压强约为33.1Pa,出口速度约为12m/s;考虑真空系统的返流作用时,单阳极供气管方式下放电室内部压强为0.001~0.4Pa,大部分区域Xe原子数密度为(0.2~3)×1018/m3,在靠近栅极的部分区域数密度达到9×1019/m3左右;在增加阳极组件的供气管数量后,阳极的气体出口速度为18~40m/s,放电室压强为0.03~0.1Pa,大部分区域Xe原子数密度为(0.72~2.4)×1019/m3,靠近阳极与主阴极进气端的小部分区域原子数密度约2×1017/m3,且放电室内部原子密度整体分布较为均匀。