高功率脉冲对PIN 限幅器的毁伤效应研究

本文针对PIN限幅器在高功率脉冲下的毁伤效应,对PIN限幅器归一化吸收、负载和反射功率与阻抗关系进行了理论分析,并对高功率脉冲注入下PIN 限幅器的瞬态响应进行了仿真分析,结果表明当输入脉冲上升沿小于5ns,输入功率大于200mW时,限幅器出现明显的尖峰泄漏现象,并且限幅能力趋于饱和,试验结果也验证了仿真分析结果的有效性。     

纳秒级宽带KrF激光时间脉冲整形

对纳秒级宽带KrF激光脉冲的时间整形进行了研究。采用受激布里渊散射(SBS)脉冲压缩KrF激光获得短脉冲,通过脉冲堆积获得KrF激光时间整形脉冲。利用激光放大器对整形脉冲进行放大,对KrF激光整形脉冲的形状影响较大。通过对放大前整形脉冲形状的调整,在放大后可以得到所需形状的整形脉冲,一次放大能量输出可达50 mJ,二次放大能量输出可达300 mJ。理论分析与实验结果一致。研究表明,短脉冲堆积和放大器放大的组合方案具有较强的整形能力。     

纳秒激光在硅表面微结构加工及其荧光效应

本文自主研发设计了一套基于纳秒脉冲激光的加工系统,包括了控制单元、上位机图形软件、机械结构和光路系统。利用此系统,在单晶硅表面进行了微结构图形的加工实验,得到了较好的加工效果。借助卤素灯照明的显微镜和荧光显微镜对结果进行了进一步的观察分析,发现利用荧光显微镜进行观察,加工后的区域在特定波长照明光的照射下激发出荧光,可以清楚的看到加工结构的内部信息,边缘特征。说明纳秒脉冲激光可以改变硅材料表面的光学属性,这对进一步研究激光和硅材料的相互作用打下了一定的基础。     

纳秒双脉冲激光的控制方法

研究了用于航空发动机涡轮叶片气膜孔加工的双脉冲激光控制方法。报道了采用两台闪光灯抽运的电光调Q激光器偏振组束产生100 ns左右时间间隔的双脉冲激光的实验结果。共轴的双脉冲激光的时间间隔可以在零到几百纳秒之间自由调节。双脉冲最大相对定时抖动小于5 ns。双脉冲激光器的重复频率40 Hz,双脉冲能量大于400 mJ。     

超短脉冲强激光大气传输的非线性效应

超短脉冲强激光大气传输在光学遥感、电子对抗、以及人工放电等方面具有重要的应用．例如,利用超短脉冲强激光使得远距离处的大气局域电离,其所产生的紫外辐射可以为大气组分主动荧光光谱学研究提供光源。对短脉冲强激光在大气中的传输进行了理论分析,对超短脉冲强激光大气传输中的各种线性效应及非线性效应,诸如色散效应、非线性自聚焦效应、受激拉曼散射效应、多光子电离及隧道电离效应、电离引起的能量损耗效应、相对论聚焦、有质动力激发的等离子体尾波场等效应进行了讨论,给出了一组描述超短脉冲强激光大气传输的三维非线性传输方程,为此类问题的进一步研究提供了理论基础。     

光参量效应作激光脉冲选取放大的理论分析

建立了光参量振荡器在频域上对激光脉冲选取的理论模型 ,并对其机理进行模拟计算。     

超短脉冲激光对单晶硅太阳能电池的损伤效应

太阳能是未来的主要能源之一,关于太阳能电池的研究也逐渐成为热点。长期以来,人们对太阳能电池的高能粒子辐射特性进行了广泛的研究,对其激光辐照损伤特性的研究却很少。随着光电对抗技术的发展,对这方面的研究需求也越来越迫切。研究了532 nm、20 ns和300 ps脉冲激光对单晶硅太阳能电池的辐照效应,分析了超短脉冲激光对单晶硅太阳能电池的损伤机理。对比了超短脉冲激光和长脉冲激光、连续激光的损伤机理的异同。阐述了在激光单脉冲能量一定的情况下,损伤效果与脉宽和重频的关系。通过分析,指出了太阳能电池损伤的主因,激光对太阳能电池的破坏主要是依靠热效应。     

纳秒激光脉冲烧蚀金属铜的物理过程分析

为了研究强激光辐照金属靶材料的效应,用纳秒激光脉冲烧蚀金属铜,对表面特征进行观测以及对其物理过程进行分析。研究发现：纳秒激光脉冲对金属铜作用时,热量沉积在金属表面很薄（几个微米）的范围,使得其温度分布由外到内分别为超热、汽化和熔化状态,由于激光脉冲的快速沉积,会发生剧烈的沸腾性爆炸（相爆炸）效应,形成较深的坑状破坏,同...     

皮秒和纳秒脉冲激光作用于半导体材料的加热机理研究

从半导体材料的吸收机制出发,分析研究了激光能量在半导体材料中的传输过程,并采用双温模型分别模拟计算了在人射激光能量相同的情况下,皮秒和纳秒激光脉冲作用于硅半导体材料的加热过程,结果表明在纳秒脉冲作用下,可以忽略载流子效应,用单纯的单温热传导方程来模拟。而在皮秒脉冲作用下,应该考虑载流子效应,采用包括晶格温度和载流子温度的双温模型来模拟硅半导体材料的加热过程。     

脉冲数目和重复频率对纳秒激光推进的影响

以抛物形点聚焦激光推进器模型为研究对象,数值模拟了脉冲重复频率在2~50Hz范围内吸气式多脉冲纳秒激光推进的流场演变过程,分析了脉冲数目和重复频率对推进性能的影响。结果表明:随着脉冲数目的增加,喷管内气体密度减小、温度升高,导致平均冲量耦合系数下降,但纳秒脉冲激光作用获得的平均冲量耦合系数明显高于微秒脉冲激光;相同脉冲数目条件下,随着脉冲重复频率的增大,流场恢复时间缩短,使得流场状态不能及时恢复,导致平均冲量耦合系数下降,其中脉冲重复频率f10 Hz时的下降趋势明显大于f10 Hz。     

纳秒脉冲激光加工高反射率铝膜

为了研究基于近红外纳秒脉冲激光的高反射率金属薄膜的加工可行性以及加工效果, 采用纳秒脉冲激光对高反射率铝膜进行激光加工, 分别测量了在不同激光光斑尺寸和不同激光能量的条件下, 铝膜表面所发生的烧蚀形态变化。结果表明, 即使铝膜表面反射率高达96%, 依然能对铝膜进行激光加工; 使用较高功率激光对铝膜表面进行离焦加工(能量密度约小于1000J/mm2)的烧蚀图样比使用较低功率激光对铝膜表面进行对焦加工(能量密度约大于2000J/mm2)的烧蚀图样更加规则。相关实验结果对激光加工高反射率材料时激光参量的选择可起到一定的指导作用。     

纳秒脉冲激光清洗石化设备对清洗表面的影响

采用纳秒脉冲激光对石化设备普遍使用的20钢表面锈蚀层以及油污进行了激光清洗试验,通过正交实验法得到优化后的激光清洗工艺参数,在激光功率18 W,激光脉冲重复频率75kHz,扫描速度3 000mm/s的清洗工艺参数下可有效去除20钢表面的锈蚀层;在激光功率20 W,激光脉冲重复频率75 kHz,扫描速度2 250 mm/s的清洗工艺参数下可有效去除20钢表面附着的油污。分析了激光清洗前后材料表面形貌的变化,研究了激光清洗前后表面的显微硬度以及耐腐蚀性,结果表明：激光清洗可以在不改变材料的耐腐蚀性能的同时提升材料表面的显微硬度,从而达到理想的激光清洗效果。     

单模ns双脉冲红宝石激光器

提出了一种以Q红宝石激光器为基础的腔内剪切方案.     

纳秒脉冲激光诱导的金属膜喷发的分布特征

大功率纳秒脉冲激光辐照金属膜层时会发生热力损伤,产生的高温和高压会引起金属膜层的热蒸发,从而向外喷射颗粒,大多数喷射粒子处于原子和离子状态。在能量色散光谱分析测试中,文中使用多组标准样品进行比较实验,校准测试结果,并给出了一种根据结果计算沉积原子数的估计方法。此外,在此基础上比较了不同真空度的真空环境和大气环境下铝膜喷发的差异,并且对比了不同熔点的金属膜的喷发及空间分布特征。通过结合泵探测技术捕获的瞬态图像,进一步分析和解释了实验结果。     

纳秒脉冲激光抽运下的铯蒸气电离度研究

为了研究碱金属蒸气电离对半导体抽运碱金属激光器(DPAL)定标放大的影响, 采用适宜于短脉冲激光抽运源的光电流法来测量碱金属蒸气电离度, 并开展了铯蒸气电离度同激光抽运功率密度、碱金属池温度、抽运激光器重复频率之间关系的实验研究。结果表明, 在不考虑热效应的情况下, 即使抽运激光的功率密度高达3×108W/cm2、碱金属池温度150℃、氦气缓冲气压力9.33×104Pa条件下, 铯蒸气的电离度也仅仅达到1%左右; 在碱金属池温度从122℃升高至163℃的过程中, 相对于铯蒸气粒子数密度的显著增大, 铯蒸气电离度的变化非常小。该研究结果对于铯DPAL通过增加抽运激光功率密度和提高碱金属池温度进行定标放大具有非常积极的意义。     

纳秒脉冲激光器制备的Si表面宽带抗反射杂化结构

提出了一种通过纳秒脉冲激光器微加工制作的杂化准微金字塔型结构,与未经处理的均匀准微金字塔型结构相比,平均反射率下降了15%。通过实验,系统研究了激光能量密度、脉冲个数和图案间距对反射性能的影响。结果表明,反射率随图案间距的增加而增加,随着脉冲数增加而减少,当激光能量密度在4.83J/cm2时获得最小反射。这种技术用具有普通纵横比的微杂化结构替代高纵横比的非杂化结构,获得宽带抗反射性能,成本更低。通过优化激光加工参数能获得较高的抗反射性能。     

纳秒整形激光脉冲波形的高对比度诊断

激光脉冲波形的精密诊断是大型激光装置运行控制和精密物理实验的前提,而动态范围的大小是衡量诊断系统的关键指标之一。为了满足高功率激光装置对纳秒级整形激光脉冲对比度控制及精密诊断的需求,采用双探测器与数字示波器四通道分组并行取样的诊断方法,通过将整形激光脉冲分解为不同的幅值区域并送入示波器的不同输入通道,每个通道采用不同的垂直灵敏度档位进行探测,最后利用共同的时基完成波形的对接重构。研究结果表明,采用的方法可以实现2 500:1的动态范围,在偏差为2%的测量精度内,可以实现对比度高达100:1的多台阶整形脉冲的全波形测量。     

纳秒脉宽激光烧蚀典型金属推进性能实验研究

为研究不同金属材料的激光烧蚀推进性能,对常见的七种金属材料:Al,Fe,Ni,Cu,Y,Ag,Au,使用波长1064 nm,脉宽8ns的Nd:YAG激光器在大气下进行烧蚀,测量了烧蚀质量、冲量、冲量耦合系数、比冲和能量转化效率等推进性能参数,获得了激光功率密度对推进性能的影响规律.实验结果表明:相同激光功率密度下,Fe...