光伏碲镉汞探测器在波段内连续激光辐照下的非线性响应机理研究

利用波段内连续激光, 辐照禁带宽度为0.33 eV的中波光伏碲镉汞探测器. 实验结果表明, 随着辐照激光光强的逐渐增大, 探测器从线性响应过渡为非线性响应. 当探测器进入非线性状态, 探测器的开路电压随激光光强的增大而减小, 且在激光开启辐照时开路电压信号迅速下跳, 在激光停止辐照时开路电压信号迅速上跳. 通过考虑激光辐照下探测器的温度场分布以及温度对p-n结内建电场的影响, 结合考虑机械快门在开启和关闭时对激光光强变化的影响, 建立了光伏探测器在波段内连续激光辐照下的解析模型, 模型计算结果与实验结果吻合得较好. 研究表明, 激光辐照过程中的非线性响应, 主要由温度对p-n结内建电场的影响决定, 激光开启和关闭时的开路电压的幅值是由光强和温度共同决定.     

强激光场下原子超快动力学过程中的能量交换

利用三维经典系综模型,研究了整个系综两电子(Ar原子为例)从激光场吸收的能量对激光参数(波长、激光强度和椭偏率)的依赖关系.结果显示,当激光强度固定,波长增加时,整个系综两电子从激光场吸收的能量整体呈上升趋势,但不同强度下趋势略有差异.在较低强度时整个系综两电子从激光场吸收的能量对波长的依赖关系呈现持续平稳增加的趋势,在较高强度时呈现先缓慢减小再快速增大的趋势.对强度的依赖关系在不同波长时呈现两个有趣的交叉点.对椭偏率的依赖关系在较低强度时呈现先逐渐减小再缓慢增大的趋势;在中等强度时呈现一个“阶梯型”即先缓慢增大再逐渐减小最后缓慢增大;在更高强度时呈现先逐渐增大再逐渐减小的趋势.为了解释整个系综两电子从激光场吸收的能量对激光参数的依赖关系,把整个系综的动力学过程分为双电离、单电离、受挫单电离和受挫双电离4种通道.然后分析各个通道的特征及其如何主导整个系综两电子从激光场吸收的能量的变化趋势.分析结果表明,整个系综两电子从激光场吸收的能量对波长、激光强度和椭偏率的依赖均是由于某种通道主导整个系综两电子从激光场吸收的能量的结果.     

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。     

单CCD彩色相机激光干扰模型及外场干扰实验

开展了多波段激光(750~970 nm)对彩色CCD成像系统的外场干扰实验,测得了不同辐照条件下对外场1.3 km处彩色CCD成像系统的干扰效果;建立了彩色CCD相机的激光干扰模型,对实验结果进行了理论验证与分析。理论与实验结果表明:强激光对彩色CCD成像系统的干扰效果明显,CCD靶面出现了明显的光饱和和串扰现象,光饱和区域的形成是由激光束进入光学系统后发生衍射效应造成的;到靶激光功率密度越强,CCD靶面光饱和面积越大,激光干扰效果越好;单波段750 nm激光作用下,到靶功率密度为4.2 kW/cm²,CCD靶面的光饱和面积为0.88 mm×0.97 mm;多波段激光(750~970 nm)作用下,到靶功率密度为20.7 kW/cm²,CCD靶面发生全靶面饱和现象;仿真结果与实验结果基本一致,证明了理论模型的正确性。对远场干扰能力计算结果表明:随着干扰距离的增加,到靶功率密度减小,激光干扰效果变差。     

激光烧蚀高纯Zn形成的微米金属球体对后续脉冲激光的耦合增强效应

脉冲激光束在低真空(约2 Pa)环境下聚焦到高纯Zn靶表面, 烧蚀区域不仅有中心深孔的宏观损伤, 而且还发现大量微米量级的类似足球形状的金属Zn球体结构附着生长在孔洞内侧表面. 实验过程中采用等离子体光谱诊断技术研究宏观和微观损伤对后续脉冲激光的影响程度. 与聚焦于金属Zn平滑表面相比, 宏观损伤可以使后续激光诱导的Zn原子334.5 nm谱线强度提高10.3%, 在此基础上大量Zn微米球体附着在内表面可以使谱线强度再提高34.3%. 因此, 推断这些金属Zn微球表面镶嵌着光洁的纳米量级六边形和五边形小平面, 可以对后续脉冲激光产生镜面反射, 使得激光能量汇聚并耦合增强, 提高烧蚀效率. 实验结果还表明, 这些微米球体的数目随着激光脉冲次数的增加而增多, 使得后续激光能够诱导产生更为致密高温的等离子体. 研究结果有望为激光-金属微孔技术提供新思路. 关键词： 脉冲激光烧蚀 微纳米结构 激光诱导等离子体     

500.8 nmNd∶YAG青光激光器光学薄膜的设计与制备

从双波长激光运转及和频的机理出发，对LD泵浦Nd∶YAG，LBO腔内和频500.8 nm〖JP2〗青光激光器所使用的光学薄膜进行了设计和制备.在激光反射镜的设计上，为了达到最佳的和频输出，对膜系要求进行了深入分析.采用对谐振腔一端面反射率固定不变并通过对另一腔镜基频光的透射率进行调谐的方法, 在给出合理初始结构后，利用计算机对膜厚进行了优化.并采用双离子束溅射沉积的方法，通过时间监控膜厚法成功制备出青光激光器所使用的全介质激光反射膜, 在室温下实现946 nm和1064 nm双波长连续运转，并通过Ⅰ类临界相位匹配LBO晶体腔内和频在国内首次实现500.8 nm青色激光连续输出.当泵浦注入功率为1.4 W时和频青光最大输出达20 mW.     

激光冲击对E690高强钢激光熔覆修复微观组织的影响

为研究激光冲击对E690高强钢激光熔覆修复层微观组织的影响,选用专用金属粉末对E690高强钢试样预制凹坑进行激光熔覆修复,并使用脉冲激光对激光熔覆层进行冲击强化处理,同时采用扫描电镜、透射电镜和X射线应力分析仪分别对激光冲击前后激光熔覆层的微观组织和表面残余应力进行检测。结果表明:激光熔覆修复后,激光熔覆层组织为等轴晶,熔覆层与E690高强钢基体之间冶金结合良好,其表面残余应力为均匀分布的压应力。经激光冲击后,激光熔覆层截面晶粒得到细化,并观察到大量的形变孪晶,互相平行的孪晶界分割熔覆层粗大晶粒,在激光熔覆层的晶粒细化过程中发挥着重要作用;试样表层位错在{110}滑移面上发生交滑移,在晶界周围形成了位错缠结。经激光冲击后,激光熔覆层冲击区域表面残余压应力数值相较于冲击前提升了1.1倍。     

基于波长330nm激光激发多色激光导星回波光子数的数值计算与探讨

采用无模激光器发射波长为330 nm的激光激发多色激光导星,需要考虑脉冲激光重频率、激光带宽、激光初始光斑直径以及大气透过率对回波光子数的影响.通过数值模拟,计算了高斯光束的脉冲激光和连续激光激发多色激光导星在实际大气中后向辐射330 nm和2207 nm波长的回波光子数.数值计算结果表明,在垂直发射和接收的情况下,当到达大气中间层的激光能量为1 W时,连续激光能够获得更多的回波光子数,并且回波光子数几乎无起伏.对于脉冲激光,提高脉冲激光重频率达到50 kHz以上时,多色激光导星330 nm的回波光子数随脉冲重频率的增加趋于有限值;当大气能见度小于5 km且大气相干长度为12.8 cm时,大约需要34 W以上的激光发射能量,才能获得满足使用自然星全倾斜探测的330 nm回波光子数.对于连续激光,相同情况下,大约需要20 W以上的激光发射能量.     

高重频CO_2激光损伤HgCdTe晶体的数值分析

针对CO2激光作用下HgCdTe晶体的损伤问题进行了数值分析。首先,建立了高重频CO2激光损伤Hg0.784Cd0.216Te晶体的三维热传导物理模型;然后,利用有限元方法计算了单脉冲和高重频CO2激光作用下,Hg0.784Cd0.216Te晶体的损伤阈值;最后,分析了激光重频以及辐照时间对晶体损伤阈值的影响。研究结果表明:单脉冲激光辐照下,晶体的损伤阈值为64.5 J/cm2;高重频(f>1 kHz)激光辐照下,激光重频的改变对晶体损伤阈值的影响较小,损伤阈值应由平均功率密度表征,且与辐照时间密切相关;辐照时间的增加,可以有效地减小晶体的损伤阈值,当激光辐照功率密度<1.95 kW/cm2时,不会发生晶体损伤。研究结果对高重频CO2激光在激光加工以及激光防护的应用方面具有指导意义。     

一种激光定向的多窗口设计

在激光侦察告警等应用领域需要精确测定入射激光的方向。通过对平行激光在光学劈尖上产生等厚干涉条纹的分析，得到了激光入射倾角与条纹间距的关系，提出了利用入射激光在相邻3个光学劈尖上产生干涉条纹的间距来确定激光入射方向的探测模型，并详细论证了该模型的探测原理。给出了一种由9个光学劈尖组成的可实现半球空间激光定向的多窗口设计方案。理论计算表明，该方案切实可行，且在探测精度、反应速度和系统组成等方面与现有的激光定向技术方案相比具有一定的优越性。     

Pulse laser ablation at water–air interface

We studied a new pulse laser ablation phenomenon on a liquid surface layer, which is caused by the difference between the refractive indices of the two materials involved. The present study was motivated by our previous study, which showed that laser ablation can occur at the interface between a transparent material and a gas or liquid medium when the laser pulse is focused through the transparent material. In this case, the ablation threshold fluence is reduced remarkably. In the present study, experiments were conducted in water and air in order to confirm this phenomenon for a combination of two fluid media with different refractive indices. This phenomenon was observed in detail by pulse laser shadowgraphy. A high-resolution film was used to record the phenomenon with a Nd:YAG pulse laser with 10-ns duration as a light source. The laser ablation phenomenon on the liquid surface layer caused by a focused Nd:YAG laser pulse with 1064-nm wavelength was found to be followed by the splashing of the liquid surface, inducing a liquid jet with many ligaments. The liquid jet extension velocity was around 1000 m/s in a typical case. The liquid jet decelerated drastically due to rapid atomization at the tips of the ligaments. The liquid jet phenomenon was found to depend on the pulse laser parameters such as the laser fluence on the liquid surface, laser energy, and laser beam pattern. The threshold laser fluence for the generation of a liquid jet was 20 J/cm². By increasing the incident laser energy with a fixed laser fluence, the laser focused area increased, which eventually led to an increase in the size of the plasma column. The larger the laser energy, the larger the jet size and the longer the temporal behavior. The laser beam pattern was found to have significant effects on the liquid jet’s velocity, shape, and history.     

远场光电探测器系统受激光干扰与损伤效果估计

空间光电探测器与地面距离较远 ,用脉冲或连续式激光直接损伤远场探测器非常困难。但光电探测器的光学接收系统对激光照射而言具有巨大的光学天线增益 ,实现激光对光电探测器的干扰与损伤是有可能的。通过计算 ,比较了脉冲激光与连续激光对远场光电探测器的作用效果 ,并在实验中验证了激光轴外干扰光电探测器系统的可行性     

激光对金属壳密封装药点火的研究

 实验研究了重复频率脉冲YAG激光对金属壳密封装药点火以及由此造成的对结构破坏的机理和模式, 得到了金属壳内RDX、PETN炸药热爆炸或热爆燃所需激光作用时间与激光功率密度关系。初步的数值模拟结果表明, 炸药热点火所需激光作用时间与激光强度、光斑尺寸有明显的依赖关系。     

稀薄等离子体中激发尾波场的共振条件

研究了在稀薄等离子体中强激光激发尾波场的情况 ,发现尾波场的激发与入射激光的脉冲宽度有共振现象。在光强很小情况下 ,共振所需要的入射激光脉冲宽度为λp 2 ,随着光强的增大共振激光脉冲宽度减小。同时发现在稀薄等离子体中激发的尾波势场与等离子体的密度几乎无关 ,而激发的尾波场最大电场强度与等离子体的密度有关。     

扫描环形光斑激光束优化研究

激光束的形状和能量分布限定了激光的应用范围,为满足不同的激光加工需要,必须对激光束进行变换。针对实验室用CO2激光器在热处理方面的应用,提出了激光扫描环形光斑光束优化法。基于温度场叠加原理建立了扫描环形光斑温度场的数学模型,模拟其温度场,可得到其温度分布特性;通过实验研究,分析了聚焦光斑与扫描环形光斑在激光淬火中对材料的热作用效果。结果表明,扫描环形光斑能改善激光热处理硬化层分布。理论和实验研究表明,激光扫描环形光斑技术可以实现激光热处理光束的优化,有一定的应用前景。     

Vibration testing based on impulse response excited by laser ablation

This paper proposes an innovative vibration testing method based on impulse response excited by laser ablation. In conventional vibration testing using an impulse hammer, high-frequency elements of over tens of kilohertz are barely present in the excitation force. A pulsed high-power YAG laser is used in this study for producing an ideal impulse force on a structural surface. Illuminating a point on a metal with the well-focused YAG laser, laser ablation is caused by generation of plasma on the metal. As a result, an ideal impulse excitation force generated by laser ablation is applied to the point on the structure. Therefore, it is possible to measure high-frequency FRFs due to the laser excitation. A water droplet overlay on the metal is used to adjust the force magnitude of laser excitation. An aluminum block that has nine natural frequencies below 40 kHz is employed as a test piece. The validity of the proposed method is verified by comparing the FRFs of the block obtained by the laser excitation, impulse hammer, and finite element analysis. Furthermore, the relationship between accuracy of FRF measurements and sensitivity of sensors is investigated.     

Frequency stabilization of a 399-nm laser by modulation transfer spectroscopy in an ytterbium hollow cathode lamp

The modulation transfer spectroscopy in an ytterbium hollow cathode lamp at 399 nm is measured. The error signal for frequency locking is optimized by measuring the dependences of its slope, linewidth and magnitude on various parameters. Under the optimum condition, the laser frequency at 399 nm can be stabilized. The long-term stability of laser frequency is measured by monitoring the fluorescence signal of the ytterbium atomic beam induced by the locked laser. The laser frequency is shown to be tightly locked, and the stabilized laser is successfully applied to the cooling of ytterbium atoms.     

激光对红外系统的失效机理和破坏效应研究

 根据红外光学系统的会聚特性，用光学增益方法分析了红外系统中各元件对应的光强分布，确定了位于焦面附近光学元件是激光破坏的易损部件，并提出了强激光对红外系统元件损伤,造成其探测、制导功能失效的硬破坏机理；由红外滤光片、探测器和信号处理电路与入射激光波长的光谱响应分析，提出了弱激光对红外系统干扰，导致其探测、制导功能在激光辐照一段时间内失效的软破坏机理；开展了激光辐照红外系统的失效验证实验，较好地解释了其失效的机理和效应。     

一种控制环形激光器光学腔长的新方法

提出了一种控制环形激光器光学腔长的新方法.该方法是利用压电陶瓷电控环形激光器毛细管内干燥空气的折射率,实现对环形激光器光学腔长的控制.这种控制方法对环形激光器性能影响很小,具有响应速度快、灵敏度高、功耗低等优点,可用于全反射棱镜式环形激光器、反射镜式环形激光器的稳频系统.对于激光陀螺、激光计量等应用具有重要意义.     

板料激光成型技术的实验研究

激光成型是一种利用激光作为热源的热应力无模成型新技术。介绍了板料激光成型技术的工艺过程及影响激光成型的主要因素 ,通过实验研究了激光能量因素、板料的材料性能及几何参数对板料弯曲角度的影响