光子加速器的理论研究

研究了光子加速器(即利用等离子体中的朗谬尔波实现光脉冲频率上转换)所涉及的基本物理问题.文中导出了在存在朗谬尔波的条件下,光脉冲频率对于等离子体本底密度及电子密度扰动的依赖关系,并就最大频率转换、光脉冲俘获、波的加速位相(accelerating phase)以及位相滑动(phase slippage)效应进行讨论.     

激光等离子体拍频波加速器中泵浦倒空的消除

泵浦倒空是限制激光等离子体拍频加速器概念成为现实的严重问题。本文从电子等离子体波拍频激发的弱相对论性方程出发,在光脉冲坐标中导出了对任意形状的泵浦脉冲消除倒空的条件。研究表明,只要泵浦光在脉冲中心有π位相突变,并且适当选取初始等离子体密度离谐,就可消除泵浦倒空。对于方形泵浦脉冲,本文数值计算了初始离谐随泵浦光强的变化关系,并证实了本文提出的消除泵浦倒空方法的正确性。 关键词：     

对超短脉冲激光与固体密度等离子体相互作用动力学过程的研究

结合Saha方程,建立了一个超短脉冲激光与固体密度等离子体相互作用的动力学过程中电子温度和电子密度随时间变化的简单模型.在降温过程中采用绝热膨胀模型,讨论了等离子体在绝热膨胀过程中的特殊性质,考虑了离子声速随温度的变化,推算了状态演化过程,得到了电离度随时间变化的演化规律. 关键词： 超短超强脉冲激光 固体密度等离子体 电离度     

周期量级超短激光脉冲在近临界密度等离子体中形成的光孤子

利用一维粒子模拟程序，观测到周期量级的超短激光脉冲在等离子体中可以以孤子形式传播.它在一定密度等离子体中以较高的群速度向前传播，并在到达等离子体与真空界面时发生反射和透射.当入射激光脉冲强度增大时，非线性调制效应使它产生较大的频率下移，致使光孤子传播速度变小.另外，对于同样光强下的几十个周期以上的光脉冲，它在等离子体中传播时形成的则是一连串低频的被捕获在等离子体中的光孤子. 关键词： 光孤子 超短激光脉冲 等离子体 粒子模拟     

超短激光脉冲在水中的非线性传输特性研究

基于扩展的非线性薛定谔方程及与其耦合的电子密度演化方程,理论研究了超短激光强脉冲在水中的非线性传输特性.理论模型综合考虑了衍射、正常群速度色散,多光子吸收、自聚焦及激光诱导产生的等离子体对光脉冲的自散焦效应.采用有限差分法模拟得到超短脉冲在传输过程中轴向上光功密度和等离子体密度的时空分布.系统分析了超短脉冲在水中传输的动力学过程,讨论了非线性自聚焦和等离子体自散焦效应在脉冲传输过程中的竞争关系.同时研究了不同入射激光能量,脉宽和聚焦条件对等离子体丝的时宅结构和脉冲能流横向分布的影响.该研究将有助于理解和推动超短光脉冲在激光医学、激光安全防护和水中激光加工中的应用.     

常压针-板放电等离子体密度演化

分别采用Stark展宽法、图像法诊断等离子体电子密度,研究常压针-板放电等离子体电子密度随放电参数的演化.实验结果表明,降低电源的脉冲频率,减小等离子体的电极间距和采用细径电极,都有助于提高等离子体密度.利用全局模型分析影响电子密度变化的因素可知,随着脉冲频率的下降,等离子体放电体积减小,导致电子密度上升.在电极间距减小的过程中,电子密度变化则是降低等离子体吸收功率与减小放电体积共同作用的结果,其中放电体积的减小起到了更为主导的作用,导致电子密度上升.此外,采用细径电极也可以使等离子体放电体积减小,从而有利于获得较高的电子密度.     

激光与固体靶相互作用中低密度预等离子体对高能电子产生的影响

对线极化、圆极化的超短超强激光脉冲与靶前有一段低密度预等离子体的固体靶的相互作用进行了理论和粒子模拟研究。激光通过有质动力加速机制加速预等离子体中的电子,研究了电子获得的最大能量随激光强度和预等离子体密度的变化。当激光脉冲与靶直接作用时,靶中的电子由于JB机制而得到加速,所获得的能量比预等离子体中电子低。研究表明,在超短超强激光脉冲与固体靶相互作用中,预等离子体的存在有利于高能电子的产生。     

激光脉冲能量对激光诱导铝合金等离子体物理特性的影响

为研究激光脉冲能量对激光诱导等离子体辐射特性和膨胀过程的影响,采用ICCD相机对不同激光脉冲能量激发的铝合金等离子体进行快速成像,并利用Boltzmann斜线法和Stark展宽法分析等离子体的电子温度和电子数密度随激光脉冲能量的演化规律.实验结果表明,激光诱导等离子体呈现明显的分层结构,等离子体的激发阈值约为3mJ,等离子体不同区域的面积随激光脉冲能量变化呈现不同的特征.当激光脉冲能量低于10mJ时,等离子体的分层结构不显著.激光脉冲能量从10mJ增加到100mJ过程中,等离子体电子温度从4 980K升高到7 221K,等离子体的电子数密度在1017 cm-3量级并随激光能量增加而增大且趋于饱和.     

飞秒光丝中等离子体密度时间演化特征

采用能够较为清晰、完整描述强飞秒激光等离子体通道内带电粒子产生过程及其演化的物理模型,进一步研究了飞秒光丝中等离子体密度的时间演化特征。计算结果表明:对于不同时间线型的脉冲,在等离子体通道形成过程中,氧气分子的电离贡献率及氮气分子的贡献率明显不同,不同线型的脉冲对高效维持高密度等离子体的寿命具有较大的影响。有效控制成丝脉冲线型能够达到对等离子体通道的高效利用。长脉冲、短波长虽能够获得较高密度等离子体通道,但其存活寿命却完全受限于通道的后期演化。     

飞秒光丝中等离子体密度时间演化特征

采用能够较为清晰、完整描述强飞秒激光等离子体通道内带电粒子产生过程及其演化的物理模型,进一步研究了飞秒光丝中等离子体密度的时间演化特征。计算结果表明：对于不同时间线型的脉冲,在等离子体通道形成过程中,氧气分子的电离贡献率及氮气分子的贡献率明显不同,不同线型的脉冲对高效维持高密度等离子体的寿命具有较大的影响。有效控制成丝脉冲线型能够达到对等离子体通道的高效利用。长脉冲、短波长虽能够获得较高密度等离子体通道,但其存活寿命却完全受限于通道的后期演化。     

L波段微波脉冲对微型计算机的辐照效应实验

 在L波段使用1.3 GHz载波频率的微波脉冲辐照微型计算机主板,通过改变脉冲宽度、重复频率和脉冲串长度等参数,实验研究了微波脉冲辐照导致微型计算机失去响应的功率阈值的变化规律,讨论了L波段微波脉冲辐射的积累效应。实验结果表明：当微波脉冲宽度增加时,微波功率阈值下降;当微波脉冲重复频率升高时,微波功率阈值呈下降趋势;在固定重复频率的条件下,微波脉冲数目的增加也会导致微波功率阈值的下降;微波脉冲功率阈值始终小于连续波微波的功率阈值。当微波脉冲间隔时间较长或者脉冲宽度较宽时,微波功率阈值由单个微波脉冲的参数确定,与脉冲重复频率没有明显关系。利用假设的微波脉冲辐射积累效应,可以定性解释和分析微波脉冲辐照微型计算机实验中功率阈值变化的趋势。     

Switching Dynamic Analysis for Twin-Core Fibre Coupler Using Supermode Theory

Characteristics of optical switching in a twin-core fibre coupler are numerically analysed under short pulse input by using supermode theory. The dynamic nonlinear coupled superlnode equations are derived, The numerical results show that the input pulse width determines the power transfer and the pulse temporal profile in the output ports. The optimal switching characteristics can be obtained by selecting an appropriate initial pulse width. In addition, the switching characteristic curves are insensitive to the input pulse shape for either fundamental soliton pulse or Gaussian pulse input, but sensitive to pulse sharpness. A reduced switching power and a sharper switching transition can be obtained by using the sharp super-Gaussian pulse.     

L波段微波脉冲对微型计算机的辐照效应实验

在L波段使用1.3 GHz载波频率的微波脉冲辐照微型计算机主板,通过改变脉冲宽度、重复频率和脉冲串长度等参数,实验研究了微波脉冲辐照导致微型计算机失去响应的功率阈值的变化规律,讨论了L波段微波脉冲辐射的积累效应。实验结果表明：当微波脉冲宽度增加时,微波功率阈值下降;当微波脉冲重复频率升高时,微波功率阈值呈下降趋势;在固定重复频率的条件下,微波脉冲数目的增加也会导致微波功率阈值的下降;微波脉冲功率阈值始终小于连续波微波的功率阈值。当微波脉冲间隔时间较长或者脉冲宽度较宽时,微波功率阈值由单个微波脉冲的参数确定,与脉冲重复频率没有明显关系。利用假设的微波脉冲辐射积累效应,可以定性解释和分析微波脉冲辐照微型计算机实验中功率阈值变化的趋势。     

基于脉冲形成线充电的脉冲压缩技术

利用脉冲压缩技术,将具有一定初始电压的高阻抗长脉冲形成线对低阻抗短脉冲形成线充电到一定值时,其输出开关导通,在其后的传输线上可以产生高功率短脉冲。给出了脉冲压缩理论分析;前级脉冲驱动源采用GW级纳秒脉冲形成线,其特性阻抗为40 、电长度为3.9 ns,输出脉冲宽度约8 ns;研制了与前级脉冲驱动源匹配的脉冲压缩装置和变阻抗传输线,考虑到脉冲压缩装置低阻抗形成线绝缘击穿和开关导通限制,选取脉压装置形成线特性阻抗6.5 、电长度0.5 ns。利用GW级纳秒脉冲驱动源开展了脉冲压缩实验,得到了输出功率增益达4倍左右的脉宽1.5 ns高功率短脉冲,输出脉冲功率增益与理论值基本相符。     

基于脉冲形成线充电的脉冲压缩技术

利用脉冲压缩技术,将具有一定初始电压的高阻抗长脉冲形成线对低阻抗短脉冲形成线充电到一定值时,其输出开关导通,在其后的传输线上可以产生高功率短脉冲。给出了脉冲压缩理论分析;前级脉冲驱动源采用GW级纳秒脉冲形成线,其特性阻抗为40Ω、电长度为3.9ns,输出脉冲宽度约8ns;研制了与前级脉冲驱动源匹配的脉冲压缩装置和变阻抗传输线,考虑到脉冲压缩装置低阻抗形成线绝缘击穿和开关导通限制,选取脉压装置形成线特性阻抗6.5Ω、电长度0.5ns。利用GW级纳秒脉冲驱动源开展了脉冲压缩实验,得到了输出功率增益达4倍左右的脉宽1.5ns高功率短脉冲,输出脉冲功率增益与理论值基本相符。     

Propagation Characteristics of Infrared Pulse Waves through Windblown Sand and Dust Atmosphere

The physics characteristics of the windblown sand and dust atmosphere at the sand bench of Yellow River in China are discussed. The pulse distortion and time delay of infrared nanosecond pulse propagating through the atmosphere having sand and dust particles are investigated at 1.06 and 3.8 μm, respectively. It is shown that the delay of 10 ns laser pulse propagating through 5 km windblown sand and dust atmosphere are over 1 ns and 10 ns at 1.06 and 3.8 μm, respectively. The pulse spread increases slightly with wavelength increase. The pulse spread of a 10 ns laser pulse is over 40 ns at 3.8 μm. The pulse delay and spread increase rapidly with the sand particle density increasing in atmosphere. The narrower the pulse width is, the more the pulse distortion is. Hence, at infrared band, for a laser pulse propagating in sand and dust atmosphere, the pulse delay and spread are quite severe and need be taken into account for a narrower pulse laser system.     

高功率光子晶体光纤放大器内超短脉冲的放大传输特性

由速率方程和功率传输方程得到信号脉冲平均功率和增益系数随脉冲传输距离的变化关系.利用Ginzburg-landau方程,在信号脉冲功率的不断增强和增益系数的不断变化的情况下,研究超短脉冲的传输演化特性,发现信号脉冲平均功率、能量和增益系数等参量受到色散和非线性效应的影响相对较小,而信号脉冲的峰值功率、时域和频域特性则易受到色散和非线性效应的影响.探讨了在非线性作用下,脉冲分裂和展宽等所导致的脉宽不稳定性对传输特性的影响,表明研究脉冲传输问题时,引入脉宽不稳定性有利于提高数值模拟准确度.     

水介质同轴线型方波脉冲延时线

 介绍了水介质同轴型方波脉冲延时线的基本原理和基本特性参数,并对延时线传输脉冲的脉冲损耗和脉冲畸变的主要影响因素进行了理论分析。在理论分析的基础上,设计、建立了一套延迟500 ns、阻抗为12 Ω的水介质同轴线型方波脉冲延时线,并进行了初步的实验研究。实验结果表明:该延时线输入方波脉冲前沿为18 ns,输出方波脉冲前沿增加到26 ns;方波脉冲幅度损耗率为9.6%;延迟时间为476 ns。     

半导体激光器脉冲调制理论分析

本文用龙格-库塔法求解高斯脉冲调制下半导体激光器速率方程,对结果进行了分析。推出了较高偏置直流和高斯脉冲调制下计算激光脉冲延迟时间、脉冲宽度和最大调制码率的公式。给出了调制畸变的实验结果。     

负载配置对进入射频管热丝脉冲能量的影响

大功率高压脉冲变压器次级双绕组灯丝馈电时，两绕组平衡不良及负载不对称配置可能引起脉冲能量严重进入射频管热丝，影响进入热丝脉冲能量的因素有负载配置方式，两绕组平衡程度，脉冲宽度及幅度，平衡电容的大小，等效灯丝阻抗及脉冲变压器本身的有关参数等，其中主要因素为负载配置方式。定量分析表明：负载对称配置具有明显的优越性；