太瓦飞秒脉冲激光峰值功率测量装置及测量不确定度分析

超短超强脉冲激光（飞秒强激光）具有极高的峰值功率,在激光惯性约束聚变、高能物理、激光微加工等领域具有广阔的应用前景。飞秒脉冲激光峰值功率是评价超短超强脉冲激光系统性能的重要参数。介绍了基于光谱相位相干直接电场重构法的太瓦量级飞秒脉冲激光峰值功率测量方法、测量装置组成和工作原理,搭建了一套太瓦量级的飞秒脉冲激光峰值功率测量装置,分析和讨论了影响太瓦激光峰值功率测量结果的测量不确定度分量来源和主要因素。测量峰值功率的重复性为2.9%,测量不确定度达到17.6%(k=2),有效解决了太瓦量级飞秒激光峰值功率测量问题。     

脉冲高电压测量不确定度评定

为开展脉冲高电压测量不确定度评定,分析了应用黑箱概念建立测量不确定度模型的方法,给出了脉冲分压器测量与标定的不确定度模型。依照不确定度传播率,对完善后的模型进行不确定度合成,并与通常采用的按照方差进行相对不确定分量合成的结果进行比较。计算结果表明:当不确定度模型中仅仅存在不同变量的乘除形式,或虽然存在加减项,但是其数学期望值为0,相对不确定度合成可以得到正确的结果。对通过测量2个电压间接计算电位差的方法以及用分贝表示衰减的不确定度合成开展分析,验证了相对不确定度合成的适用范围。在分压器标定实验中,为了减小信号源输出值的分散性对评定结果的影响,对电压比值开展A类不确定度评定,合成后得到分压比不确定度。     

脉冲高电压测量不确定度评定

为开展脉冲高电压测量不确定度评定,分析了应用黑箱概念建立测量不确定度模型的方法,给出了脉冲分压器测量与标定的不确定度模型。依照不确定度传播率,对完善后的模型进行不确定度合成,并与通常采用的按照方差进行相对不确定分量合成的结果进行比较。计算结果表明：当不确定度模型中仅仅存在不同变量的乘除形式,或虽然存在加减项,但是其数学期望值为0,相对不确定度合成可以得到正确的结果。对通过测量2个电压间接计算电位差的方法以及用分贝表示衰减的不确定度合成开展分析,验证了相对不确定度合成的适用范围。在分压器标定实验中,为了减小信号源输出值的分散性对评定结果的影响,对电压比值开展A类不确定度评定,合成后得到分压比不确定度。     

脉冲高电压幅值测量的不确定度分析

在脉冲高电压幅值测量的不确定度评定中,从测量和标定溯源的角度出发将不确定度来源分为示波器测量不确定度和探头不确定度。以初级实验平台单路样机三板线入口电压的测量为例,按照探头不确定度的来源分别分析了三板线电压测量随机效应产生的不确定度,D-dot探头和电阻分压器标定时的系统效应和随机效应产生的不确定度,示波器和衰减器的校准不确定度,示波器的分辨力不确定度。同时进行了测试和标定系统的频率响应分析,以证明被测信号在测试系统的频率响应范围之内。以相关实验数据为基础计算了各个不确定度分量、合成标准不确定度以及扩展不确定度。按工程测量要求取包含因子为2,可得三板线入口电压测量值为1.89 MV,扩展不确定度为3.9％。     

机载多脉冲激光测距特性及其不确定度研究

针对机载平台特殊环境下激光测距的概率特性, 建立了脉冲回波信号的理论分析模型, 得出了不同信噪比情况下脉冲回波信号包络的概率密度分布函数. 结果表明: 信噪比的降低通过回波波形直接导致测距离散数据的不同分布, 大信噪比时呈现高斯分布, 小信噪比时近似瑞利分布, 一般情况符合莱斯分布; 根据恒比定时时刻鉴别方法, 在获取大量实验数据的基础上, 实验结果验证了理论模型的合理性. 对以“方差”定义的测距精度不适用的情况下, 引入测量不确定度的概念, 结合不确定度原理, 通过分布区间概率量化了实验结果, 提出了一种新的评价机载激光测距性能的方法, 该方法能够克服传统评价指标的单一性以及不合理性, 同时为机载光电系统的性能测试与评估提供了参考意义.     

高功率激光诱导光学元件损伤阈值测量的不确定度分析

激光诱导损伤阈值作为一实验参量,对其结果作不确定度分析有利于激光工作者在某个精度范围内获知该参量的信息。从激光损伤和损伤阈值定义出发,分析了基于ISO11254的损伤几率测试法测试激光诱导损伤阈值的不确定度来源,包括激光能量测量、激光光斑有效面积测量、各能量密度处损伤几率的计算以及对损伤几率点进行直线拟合这4个方面。并利用统计学原理和线性拟合等理论对这4个方面引起的不确定度分量及最终测试结果的相对合成不确定度进行了计算。以1 064 nm高反薄膜样品为例,分析表明：损伤几率点的计算和几率图中损伤几率的直线拟合是损伤阈值测试结果不确定度的主要来源,当样品的损伤阈值为7.79 J/cm2时,这两种因素引起的相对不确定度可分别在4%和18%左右,损伤阈值的相对合成不确定度达18.72%。     

高功率激光诱导光学元件损伤阈值测量的不确定度分析

 激光诱导损伤阈值作为一实验参量,对其结果作不确定度分析有利于激光工作者在某个精度范围内获知该参量的信息。从激光损伤和损伤阈值定义出发,分析了基于ISO11254的损伤几率测试法测试激光诱导损伤阈值的不确定度来源,包括激光能量测量、激光光斑有效面积测量、各能量密度处损伤几率的计算以及对损伤几率点进行直线拟合这4个方面。并利用统计学原理和线性拟合等理论对这4个方面引起的不确定度分量及最终测试结果的相对合成不确定度进行了计算。以1 064 nm高反薄膜样品为例,分析表明：损伤几率点的计算和几率图中损伤几率的直线拟合是损伤阈值测试结果不确定度的主要来源,当样品的损伤阈值为7.79 J/cm²时,这两种因素引起的相对不确定度可分别在4%和18%左右,损伤阈值的相对合成不确定度达18.72%。     

脉冲X射线剂量率测量不确定度分析

“强光一号”短脉冲高能X射线剂量率测量,主要包括脉冲射线总剂量与脉冲射线时间宽度的测量,前者采用热释光剂量计测量,后者采用PIN半导体探测器记录。根据不确定度传递数学模型,分析了影响X射线剂量和脉冲宽度测量结果的因素。针对“强光一号”短脉冲高能X射线测量,定量地给出了各种因素引入的测量不确定度,总剂量测量是影响剂量率测量准确性的决定性因素,其相对标准不确定度为25.1％,脉冲宽度测量不确定度为3.7％,剂量率测量扩展不确定度为50.8%,置信概率95%。     

高功率脉冲激光的远场能量密度分布测试方法研究

在分析现有的激光远场能量密度分布测试方法的基础上提出了一种新的测试方法.采用激光束照射漫反射靶,CCD相机对靶上激光光斑成像并在靶面上布置能量计探头以获取能量抽样绝对值的方法进行激光束远场大气传输后空域分布测试.从基本组成、测试原理、试验结果等方面对新测试方法进行了分析研究,并通过采用532nm脉冲激光照射1Km外的漫反射靶的实验对新测试方法进行了可行性验证,获得了远场激光光斑的图像和能量抽样值.     

高功率脉冲激光的远场能量密度分布测试方法研究

在分析现有的激光远场能量密度分布测试方法的基础上提出了一种新的测试方法.采用激光束照射漫反射靶,CCD相机对靶上激光光斑成像并在靶面上布置能量计探头以获取能量抽样绝对值的方法进行激光束远场大气传输后空域分布测试.从基本组成、测试原理、试验结果等方面对新测试方法进行了分析研究,并通过采用532nm脉冲激光照射1Km外的漫反射靶的实验对新测试方法进行了可行性验证,获得了远场激光光斑的图像和能量抽样值.     

532 nm脉冲激光辐照CCD实验研究

采用532 nm,10 ns的脉冲激光对面阵CCD进行辐照实验,对每一阶段的实验现象和电路层面的破坏机理进行了深入分析,根据实验现象,把脉冲激光对CCD的硬破坏分为3个阶段：第1阶段在低能量密度激光辐照下,被破坏的CCD局部出现无法恢复的白色盲点,但其它部分仍可正常成像;第2阶段CCD探测器受到激光辐照后,在光斑处的时钟线方向出现白色竖直亮线,亮线处无法正常成像且激光辐照撤去后无法恢复;第3阶段受高能量密度激光辐照后,CCD完全失效,无法恢复成像。针对CCD的饱和及恢复阶段,利用Matlab编码对分辨力靶板的成像数据进行处理,分析了激光辐照CCD对饱和像元数和对比度的影响。结果表明：当CCD受到激光辐照时,饱和像元数迅速增多,图像对比度迅速下降为零,激光脉冲消失后,整个CCD成像亮度下降,饱和像元数迅速下降为零,经过一段时间后CCD又恢复至线性工作状态,激光的能量密度越高,CCD恢复所需的时间就越长。研究还发现：当恢复时间超过0.6 s,CCD出现不可恢复的白色条带,严重影响成像质量。     

利用 CCD 图像分析法测定激光横向光场分布

运用Matlab的数字图像处理功能,编写程序分析了CCD相机所拍摄的基模TEM00和TEM10模在靶上的反射光斑,得出光场分布的曲线,并与理论曲线进行对比,验证了由基尔霍夫衍射积分方程推导得到的光场分布函数的正确性。     

漫透射成像法激光强度时空分布测量装置

 提出用CCD漫透射成像法测量激光强度时空分布和激光功率,给出了测量原理, 简要叙述了装置总体结构,介绍了测量装置各部分,给出了散射屏的散射特性,重点分析了光路布局、镜头焦距、光圈、景深、滤光片的参数选择,介绍了数据处理软件,给出了激光强度分布测量实验结果。结果表明：漫透射成像法测量激光强度时空分布是可行的,该装置测量强度分布分辨力高达5 mm;测量功率准确、可靠,测量不确定度小于6%,使用方便,实现了在小空间内对大光斑进行功率和强度分布的同时准确测量。     

光子计数型CCD测量激光等离子体X射线

 介绍了光子计数型电荷耦合器件(CCD)的工作原理,标定了2.0~30 keV的探测效率。在超强超短激光等离子体相互作用中,实验用靶为复合靶,分别用Cu＋Mo和Al+Cu制作。第1层靶是Cu或Al物质作为电子示踪材料,第2层靶是Mo或Cu物质作为荧光材料,利用光子计数型CCD测量了Mo和Cu的X射线能谱, 同时得到CCD的能量分辨率大于37。该CCD可用于激光等离子体低通量高能X射线测量实验。     

基于神经网络模型的CCD像差修正

针对传统CCD标定中由于修正像差造成标定算法复杂、精度不高、结果不稳定的特点,提出了用4层前向神经网络模型修正CCD像差的方法。为了检验算法,用修正像差后的CCD对空间点进行三维重建,并与传统方法作了对比。结果表明,基于神经网络模型的CCD像差修正方法可以获得比传统方法更高的精度和稳定性。     

一种基于工业级CCD器件的高性能制冷CCD成像组件

随着CCD器件的发展,采用工业级CCD器件研制高性能制冷CCD成像系统成为一个重要的发展方向。从高性能CCD成像和高性能微光ICCD成像应用需求出发,研制了一种基于工业级CCD器件的高性能制冷型数字视频CCD成像组件;介绍了成像组件在高性能大面阵CCD器件、低噪声驱动电路、小型化低功耗制冷技术以及特殊的制冷腔结构等方面的设计特点,指出成像组件对进一步发展高性能CCD成像系统具有积极的促进作用,在军事、工业、生物医学和科学研究领域具有广泛的应用前景。     

基于CCD成像方法的激光束近场光强分布测试技术

激光束近场光强分布是影响激光束特性的重要参数之一,为了使目前激光束近场光强分布的评价更加合理和科学化,对CCD直接测量法和漫反射屏测量法两种测量方法进行了研究,并分析了材料不同的漫反射屏对测量结果的影响。研究结果表明,漫反射屏材料的不同对测量结果有较大影响,并且漫反射屏测量法存在的散斑对测量结果影响也较大。两种测量方法比较表明CCD直接测量法测得结果更加客观,与真实值更加接近。     

基于CCD成像方法的激光束近场光强分布测试技术?

激光束近场光强分布是影响激光束特性的重要参数之一,为了使目前激光束近场光强分布的评价更加合理和科学化,对CCD直接测量法和漫反射屏测量法两种测量方法进行了研究,并分析了材料不同的漫反射屏对测量结果的影响。研究结果表明,漫反射屏材料的不同对测量结果有较大影响,并且漫反射屏测量法存在的散斑对测量结果影响也较大。两种测量方法比较表明CCD直接测量法测得结果更加客观,与真实值更加接近。     

脉冲激光辐照可见光面阵CCD的入瞳衍射效应

采用波长为532nm的脉冲激光从31.5m的距离辐照可见光面阵电荷耦合器件(CCD),实验观察到了规律性圆环条纹的产生。通过增大激光束的入射角度、调节衰减倍率、重复频率和作用距离,研究了这些规律性圆环条纹的产生条件和机理。结果发现:保持激光器与CCD的作用距离31.5m不变,在激光束的入射角小于或者稍稍大于光学系统半视场角6.8°的情况下,只要光学系统入瞳处的功率密度达到10-3 W/cm2量级,就可以观察到规律性的圆环条纹。通过对探测器表面能量分布进行数学仿真,证实规律性的圆环条纹是由于光学系统入瞳的衍射效应而产生的。     

脉冲激光辐照可见光面阵CCD的入瞳衍射效应

采用波长为532 nm的脉冲激光从31.5 m的距离辐照可见光面阵电荷耦合器件（CCD）,实验观察到了规律性圆环条纹的产生。通过增大激光束的入射角度、调节衰减倍率、重复频率和作用距离,研究了这些规律性圆环条纹的产生条件和机理。结果发现：保持激光器与CCD的作用距离31.5 m不变,在激光束的入射角小于或者稍稍大于光学系统半视场角6.8的情况下,只要光学系统入瞳处的功率密度达到10-3 W/cm2量级,就可以观察到规律性的圆环条纹。通过对探测器表面能量分布进行数学仿真,证实规律性的圆环条纹是由于光学系统入瞳的衍射效应而产生的。