不同脉冲激光波形在打孔实验上的比较与分析

为了获得高质量小孔,克服单脉冲激光打孔的不足,设计了一种能够产生多脉冲激光波形的激光器电源.并在1mm厚的薄钢片上得到直径小于1mm的小孔.多脉冲打孔理论分析表明,多脉冲激光打孔不但减少了熔融物和等离子体的产生,而且降低了激光打孔对高能量的要求,获得的小孔质量优于单脉冲激光打孔.另外脉冲宽度和脉冲间距的选择对激光小孔加工质量起决定性作用,在加工高质量孔的时候,应该选用较短的激光脉冲宽度.实验表明,利用三脉冲激光输出波形打孔所获得的小孔质量要优于单脉冲激光打孔效果,有效脉冲平均能量为350mJ,宽度为100μs,脉冲间距为100μs.     

激光在烟幕中传输的蒙特卡罗模拟

建立蒙特卡罗计算模型,模拟计算1.06μm脉冲激光在石墨烟幕中的传输.分析透过率与石墨粒子粒径、烟幕浓度、烟幕厚度的关系,用卷积方法计算一定宽度的脉冲激光穿过烟幕后的波形,数值仿真δ脉冲和矩形脉冲激光在各种石墨烟幕中的时间展宽特性.模拟结果表明:石墨粒子存在一最佳半径(0.16μm),该半径的石墨粒子烟幕不仅使激光能量衰减最强,而且产生的时间展宽也最显著;激光脉冲宽度越小,其波形变化和时间展宽越显著,微秒量级脉宽的激光脉冲穿过烟幕后波形变化和时间展宽效应不明显.     

0.18 μm部分耗尽绝缘体上硅互补金属氧化物半导体电路单粒子瞬态特性研究

利用脉冲激光入射技术研究100级0.18 μm部分耗尽绝缘体上硅互补金属氧化物半导体反相器链的单粒子瞬态效应, 分析了激光入射器件类型及入射位置对单粒子瞬态脉冲传输特性的影响. 实验结果表明, 单粒子瞬态脉冲在反相器链中的传输与激光入射位置有关, 当激光入射第100级到第2级的n型金属-氧化物-半导体器件, 得到的脉冲宽度从287.4 ps增加到427.5 ps; 当激光入射第99级到第1级的p型金属-氧化物-半导体器件, 得到的脉冲宽度从150.5 ps增加到295.9 ps. 激光入射点靠近输出则得到的瞬态波形窄; 靠近输入则得到的瞬态波形较宽, 单粒子瞬态脉冲随着反相器链的传输而展宽. 入射器件的类型对单粒子瞬态脉冲展宽无影响. 通过理论分析得到, 部分耗尽绝缘体上硅器件浮体效应导致的阈值电压迟滞是反相器链单粒子瞬态脉冲展宽的主要原因. 而示波器观察到的与预期结果幅值相反的正输出脉冲, 是输出节点电容充放电的结果.     

脉冲激光在光纤中时间波形传输特性研究

给出了光纤传输激光脉冲波形特性测试的实验光路图，对比测量了经过空气传输和光纤传输两种方式的脉冲波形。实验测试了光束耦合到不同长度的单模和多模光纤与经空气传输后的时间脉冲波形，得到了激光脉冲波形的精细结构。实验结果表明，所选的多模和单模光纤经数百米传输后的脉冲展宽在容许误差范围之内，说明所选用的光纤可以作为纳秒激光时间脉冲波形测试的理想传输介质。     

靶结构对烧蚀模式激光推进效应影响的数值模拟

 强激光辐照于固体平面靶产生高温、高压等离子体喷射,进而对固体靶产生力学推进效应,这是烧蚀模式激光推进的基本原理。采用针对高温气体（等离子体）电离度的一种近似计算方法,以及具有五阶精度的广义Godunov差分格式-加权本质无振荡格式WENO（Weighted Essentially Non-Oscillatory Schemes）,对强激光烧蚀固体靶产生等离子体喷射推进效应进行数值模拟。计算了固体靶面横向尺寸与激光光斑大小对推进效应影响的耦合关系,以及不同靶面结构烧蚀压力随时间的变化及其推进效应参数变化。数值模拟结果表明,靶面横向尺寸与光斑大小具有最优耦合值;固体靶面增加约束喷管结构对激光推进效应明显增大,并且随着约束喷管位置的不同,对激光推进效应增大的影响也有较大差异。     

延迟双脉冲激光产生大气等离子体的实验研究

利用马赫-曾德尔干涉仪获得了延迟双脉冲激光和三种单脉冲激光产生大气等离子体的时间序列干涉图,得到了等离子体中心区域在不同时刻的电子密度．把延迟双脉冲激光与三种单脉冲激光产生的等离子体电子密度进行比较的结果显示：第二束光作用后的相同时刻,延迟双脉冲激光产生的等离子体电子密度大于三种单脉冲激光产生的等离子体电子密度．对注入相同能量的延迟双脉冲激光与单脉冲激光产生等离子体的电子密度时间变化进行理论分析的结果表明：延迟双脉冲激光的第二束光与等离子体相互作用,使得作用结束时等离子体的电子密度增加得很多,进而造成了第二束光作用后延迟双脉冲激光产生的等离子体电子密度大于单脉冲激光产生的等离子体电子密度．进一步的分析表明,注入能量相同时延迟双脉冲激光有效延长了等离子体的存在时间．     

长脉冲keV X射线源的辐射特征

 利用神光Ⅱ第九路2 ns长脉冲激光束作用厚钛固体靶,研究了产生的keV X射线源的辐射区域和总辐射功率的时间行为。结果表明：在长脉冲激光作用厚固体靶时,硬X射线线辐射功率的时间行为以及辐射体积的时间行为与激光脉冲波形一致;长脉冲时,等离子体2维膨胀效应非常显著,keV X射线线辐射的径向辐射区域在激光焦斑尺寸附近达到饱和,导致X射线线辐射功率出现饱和,且keV X射线线辐射的辐射体积正比于焦斑尺寸的3次方。从理论和实验角度研究了在同样入射激光能量下,辐射功率随激光焦斑尺寸的变化关系,发现keV X射线线辐射的饱和辐射功率正比于焦斑尺寸的5/3次方,理论结果与实验结果一致。并讨论了相同基频输出激光能量下,keV X射线辐射总功率随激光波长的变化关系,发现即使考虑了倍频效率的影响,短波长激光仍然有利于keV X射线的发射。     

用脉冲光声法测量固体介质中声速

提出了一种利用脉冲光声技术测量固体介质中声速的方法,建立了由YAG激光器和超声探测器组成的实验系统,脉冲激光在固体表面产生脉冲超声波,通过测量脉冲声波在固体内多次反射后的出射信号及固体的厚度,即可算出固体介质中的声速.对黄铜及铝的测量结果表明,这是一种准确性较高的固体介质中声速测量方法.该测量方法可作为综合设计性物理实...     

铜合金自体小孔约束等离子体辐射增强作用研究

为了提高激光诱导击穿光谱的质量,探索便捷的等离子体辐射增强方法,采用自体空间约束的方法,研究了铜合金自体小孔约束对激光诱导等离子体辐射的增强作用。在常压空气中,利用Nd∶YAG脉冲激光器作为激发源,诱导激发HPb59-1铅黄铜合金样品,由光栅光谱仪和ICCD采集光谱,分析了Cu和Pb元素的等离子体辐射强度随自体小孔尺寸的变化情况,得到自体小孔约束的最佳尺寸为直径3.0 mm、深度1.5 mm。与无约束时相比,Cu和Pb的谱线强度分别提高了38.3%和35.4%,信背比提高了200.2%和137.5%。研究结果表明,自体小孔约束方法能够有效改善激光诱导击穿铅黄铜合金样品的谱线质量,避免外加约束结构的内壁污染对实验结果的干扰,方法简单易行。     

激光诱导等离子体开关控制脉宽实验研究

 利用激光诱导等离子体开关技术，在1 064 nm的Nd：YAG固体激光器上获得了脉宽4.4~6.4 ns的短脉冲激光输出。激光电离空气产生的等离子体开关控制脉冲宽度时，聚焦透镜焦距越短，压缩后的脉宽越窄，但激光能量损耗越大。压缩后的激光脉宽与激光能量近似成双曲线关系。在控制脉宽光路的焦点处放置带孔的Cu薄片可抑制等离子体的扩散，得到了脉宽最短可达4.4 ns的激光输出。     

黑体辐射法测量电介质内部被超短激光脉冲加工后的温度

黑体辐射法可用于测量电介质内部被超短脉冲激光加工后,电子和晶格的瞬时温度.当一个超短激光脉冲通过物镜聚焦到石英玻璃内部时,在焦点附近诱导出微结构.微结构中热影响区的最大宽度为16μm,热影响区发出的黑体辐射谱通过物镜、带耦合透镜的光纤、光谱仪以及ICCD组装成的系统记录.测试系统收集了电介质内部被单个激光脉冲辐照后,热影响区发射的黑体辐射谱,然后用Planck公式拟合黑体辐射谱,得到电介质温度.电介质被超短激光脉冲辐照后,首先电介质中的价带电子通过强场电离和雪崩电离跃迁到导带,高温高压的等离子体以冲击波的形式向外运动,通过对流方式传递能量,该过程发生在激光辐照石英后21 ns内.21 ns后冲击波转化为声波,中心的气态石英通过热扩散方式影响周围的固态区域,石英温度缓慢下降.在时刻t(单位ns),石英玻璃的温度为5333 exp(-t/1289)K.石英经过3.72μs将冷却到室温,因此重复频率在269 k Hz以上的激光,加工石英玻璃时具有热累积效应.     

Passively mode-locked Nd-glass laser with partially suppressed natural mode selection

The performance of a passively mode-locked Nd-glass laser with an intracavity solid etalon is studied. For a 0.1 mm thick uncoated fused silica plate maximal spectral broadening (factor 4 to 5) and temporal pulse shortening (factor 1.5 to 2) is achieved at a tilting angle of τ43°. Theoretical analysis of temporal pulse development agrees with experimental findings.     

不同材料的受激布里渊散射特性

 采用波长为1.064, 0.532 μm的聚焦高斯光束作为泵浦光,数值求解受激布里渊散射（Stimulated Brillouin Scattering, SBS）放大器型耦合波方程组,比较K9玻璃、熔石英、BK7玻璃、CaF₂的SBS特征参数。研究发现：对于相同的激光参数,不同的介质具有不同的SBS特征,声子寿命长则破坏阈值低,破坏效果明显。SBS过程对CaF₂的破坏效果较明显,导致了介质前表面的破坏,在一定的激光参数和聚焦参数下,焦点附近优先于前表面破坏。SBS过程可以得到脉宽压缩比大于10、强度比泵浦光峰值高5倍以上的Stokes散射光脉冲。相同激光参数下,不同材料压缩效果及散射光相位共轭保真度不同,CaF₂在低泵浦能量时脉宽压缩特性较好;高泵浦能量时,相位共轭保真度较好。固体透明光学材料中可获得大于95%的能量提取效率。     

X光分幅相机在黑腔等离子体填充特性研究中的应用

 在神光Ⅱ装置上2.4 ns长脉冲三倍频激光（激光能量8×300 J）与腔靶耦合实验研究中,X光分幅相机通过激光注入孔观测获得了3种腔尺寸腔内Au等离子体径向运动时空分辨图像。用MATLAB对图像进行了定量处理,结合时间分辨辐射温度测量结果分析表明：在腔内不充气、无低Z衬垫情况下,标准腔（800 μm×1 350 μm）在激光脉冲作用到约1.5 ns时出现明显的Au等离子体堵腔效应;当腔尺寸放大到1.25倍（1 000 μm×1 800 μm）和1.5倍（1 200 μm×2 100 μm）时,腔内等离子体基本不堵腔。给出了3种腔尺寸不同时期腔内Au等离子体径向聚心速度,分析表明：大腔的聚心速度比小腔的慢,后期比初期慢。     

二极管面阵侧泵浦Nd:YAG双板条激光器

 叙述了二极管面阵侧泵浦双板条耦合单横模 Q 开关激光器的研制。泵浦源为二极管面阵激光器,使用梯形波导板耦合系统,耦合效率达90%,谐振腔为凸凹腔,全反射镜的曲率半径为 3.0m的凹面镜,输出镜为曲率半径3.0m的可变反射率超高斯镜。激光器在 100Hz 重复频率下,输出单脉冲能量18.23mJ,脉宽为15.25ns,光束质量M²<1.5具有平顶分布的超高斯光束。     

Promoting the Range and Range Resolution of a LIDAR (DIAL) System Using a Suitable Pinhole Plasma Shutter

Pulsed transversely exited atmospheric (TEA) CO₂ lasers, employed extensively in various applications such as light detection and ranging (LIDAR), have a pulse duration of about a microsecond due totheir nitrogen tail. In order to promote the measurement accuracy and the mean power of the laser pulse, the pulse duration should be shortened. In this research, we present the details of making a passive pinhole plasma shutter for a LIDAR (DIAL) system, which shortens the pulse duration of CO₂ lasers from 1.5 μs to 25 ns in air at atmospheric pressure. This instrument increases the range resolution of the LIDAR system from 225 to 3.75 m. Also we show the results of investigation of the clipped pulse duration of the microsecond CO₂ laser pulse using aluminum and copper pinhole metal targets with different pinhole diameters (1.5 and 1.8 mm) and at various laser output energies (338 and 309 mJ). Our experimental results show that the aluminum pinhole is more suitable than the copper pinhole for shortening the nitrogen tail of the CO₂ laser pulse with a larger output average power. Thus, the range of the LIDAR system, which is proportional to the logarithm of the output pulse power, is increased.     

辐射加热腔诊断孔堵口特性实验研究

研究辐射加热腔诊断孔堵口现象。实验采用波长为１．０５３μｍ、能量为３００－４００Ｊ、脉宽为－８００ｐｓ的高斯型激光脉冲，双束对打具有双源区的腔靶。在激光入射口及内腔口服两台亚千电子伏特Ｘ射线能谱仪监测源区与内爆区发射的Ｘ光谱。定性分析和讨论了堵口现象。     

Wavelength-tunable multicolored femtosecond laser pulse generation in a fused silica glass plate

We obtained an array of multicolored femtosecond laser pulses with as many as 17 different colors that are spatially isolated. The mechanism of generation was proved to be cascaded four-wave mixing and with the following procedure. The output beam from a femtosecond laser was split into two. One of the two beams was pulse-compressed with a hollow core fiber and the intensity of the other was reduced. The two beams were synchronized and combined with a small crossing angle in a plate of fused silica glass plate. The wavelengths of the sidebands are continuously tunable from near-ultraviolet to near-infrared. The pulse duration, spatial mode, spectrum, and energy stability of the sidebands were studied. As many as fifteen spectral up-shifted pulses and two spectral downshifted pulses were obtained with spectral bandwidths broader than 1.8 octaves. Properties such as pulse energy as high as 1 μmJ, 45 fs pulse duration, smaller than 1.1 times of the diffraction limit Gaussian spatial profile, and better than 2% RMS power stability of the generated sidebands make it can be used in various experiments. The characterization showed that the sidebands have sufficiently good qualities to enable application to for various multicolor femtosecond laser experiments, for example, a multicolor pump-probe experiment.