飞秒抽运随机激光输出波形的可控性研究

本文基于随机激光的时域理论,研究了飞秒脉冲抽运下二维随机激光的辐射特性,并着重讨论了抽运脉冲的峰值强度、脉宽和脉冲波形对辐射光时域波形的影响.结果表明, 辐射光的时域波形强烈依赖于抽运光脉冲的参数,通过调整抽运方式可以控制辐射光的输出波形.数值模拟结果为研究随机激光输出波形的可控性技术提供了理论依据. 关键词： 激光物理 随机激光器 飞秒抽运 脉冲波形     

冲击脉冲辐射天线辐射场计算及应用

根据由张量法得到的任意线天线电场计算公式,利用镜像法推导,得到冲击脉冲辐射天线辐射电场的时域解析表达式。应用该表达式计算冲击脉冲辐射天线应用于辐射波电磁脉冲模拟器的时域辐射场,并与数值计算进行比较,结果表明:解析计算得到的辐射场波形与数值计算结果吻合较好,因此,利用解析表达式可以方便地观察天线结构参数对天线辐射场波形的影响,从而选取合适的参数以产生符合标准要求的天线场波形。     

辐射温度与其驱动Al冲击波速度的定标关系研究

利用一维辐射流体力学程序,对不同脉冲波形的辐射温度与Al中冲击波速度关系进行模拟计算和分析.指出定标公式T_r=0.0126D^0.63主要适用于整形脉冲的辐射温度波形,而对高斯型和方波脉冲激光产生的辐射温度波形则不完全适用,通过计算给出修正的定标公式,且与自相似解得到的结果一致.另外对神光Ⅲ原型装置的整形脉冲辐射温度驱动Al样品冲击波轨迹进行了计算,得到第二个冲击波稳定传播所要求的Al样品的最小厚度.最后利用神光Ⅱ装置产生的辐射驱动冲击波,由修正的定标关系得到的辐射温度与软X射线能谱仪测量的辐射温度十分相符,从实验证实了修正定标关系的可靠性. 关键词： 辐射温度 冲击波速度 定标关系 整形脉冲     

辐射防护

BEPC的环境与工作场所辐射监测系统运行至1998年已满十一年，准确监测和收集了大量数据，为保护环境和工作人员的安全提供了重要的依据。1997年夏季对全系统进行了检修和刻度：1998年又修复了20号环境站，使环境辐射水平监测数据有所参考和完善。历年的主要监测点辐射剂量水平(mSv／年，含本底)如下表。     

介质加载天线阵的瞬态辐射特性

 提高天线增益和辐射效率是瞬态天线研究的重要内容之一。通过设定高斯脉冲激励波形,导出了瞬态辐射的能量阵列因子,分析了1维对称均匀天线阵列的瞬态辐射特性。结果表明:阵列的辐射波形与观察时间区间和角度有关,瞬态与稳态特性差异明显,时域辐射方向图与脉冲宽度有关,阵列可实现时域波束扫描。设计了介质加载天线阵,并采用3维电磁场分析软件进行了时域仿真计算,分析了介质加载对天线辐射特性的影响。研究表明:有介质加载的天线前向辐射电场峰值比没有介质加载的天线增加逾1倍,即瞬态辐射功率增大了3倍多,通过对计算和仿真结果的分析比较,验证了分析和设计方法的正确性和有效性。     

脉冲γ射线对光纤的辐射效应

介绍了光纤的损耗机制和γ射线对光纤的辐射效应,设计了针对脉冲γ射线作用于光纤而产生辐射感生损耗的实验测量系统。利用平均光子能量为0.3 MeV、脉冲宽度25 ns、剂量率2.03×107Gy.s-1,和平均光子能量为1.0 MeV、脉冲宽度25 ns、剂量率5.32×109Gy.s-1的2种脉冲γ射线分别作用于多模和单模光纤,分别采用波长为405,660,850,1 310和1 550 nm的激光光纤传输系统对辐射感生损耗进行了测量。获得了光纤辐射感生损耗和辐射剂量的关系,并对实验结果进行分析。从实验结果可以看出:在近红外到可见光范围内,脉冲γ射线对光纤作用产生的辐射感生损耗随探测波长减小而增大;在0.1~3.5 Gy剂量范围内,多模光纤辐射感生损耗和辐射剂量呈线性关系。分析辐射对光纤的作用机制和实验结果后得出:光纤基质原子的电子能级对传输光子的共振吸收而造成吸收损耗增加;光纤折射率分布的改变从而导致波导损耗增加。     

脉冲等离子体辐射微波机理的初步研究

 在分析了等离子体辐射微波的电流波形和喇叭天线接收到的微波信号波形的基础上,对脉冲等离子体辐射微波的机理进行了理论分析：阴阳极间存在TEM和TM两种模式的波;流经等离子体的电流产生的磁场使等离子体中的波成为慢波;高频场的激励因素有两个,一是作加速运动的电子,二是阳极斑点溅射时阳极电位突降;同一时刻具有不同速度的电子将能量转换给相应相速的波是其产生超宽带辐射的原因。     

啁啾脉冲光谱仪法探测THz辐射的时间分辨率极限

介绍了啁啾脉冲光谱仪法探测THz(1012Hz)辐射的基本原理,该方法克服了时间延迟扫描方法测量速度的缺陷,可以实现实时测量。被THz电场调制的啁啾探测光脉冲通过光谱仪后,待测THz电场时域波形被光谱仪在空域上展开,因此一次测量即可得到一个THz电场的时域波形。但是光谱仪的引入实际上相当于进行了一次傅里叶变换,使得最终得到的测量结果不是THz电场本身,而是与另外一个函数的卷积,因此从理论上证明了啁啾脉冲光谱仪法探测THz辐射存在时间分辨率极限。将理论结果与已有的实验结果进行对比,得到了很好的一致性。     

光电倍增管对14 MeV脉冲中子的直照响应

 采用ING-103型DPF脉冲中子源产生的14.1 MeV脉冲中子对EMI两个不同型号的光电倍增管EMI-9815B和EMI-9850B进行了直照实验。针对DPF脉冲中子源产生中子脉冲的同时也会产生X射线脉冲的特点，采取了飞行时间法及吸收衰减法来消除X射线对中子脉冲的干扰。利用中子及X射线速度的差异，将光电倍增管放置在离源较远的测点位置，测得了X射线脉冲和中子脉冲时间上错开的双峰波形。通过在辐射通道内添加5 cm厚的铅吸收体有效地抑制了X射线峰，在离源较近的测量位置测到了干净的脉冲中子波形。根据实测波形，得到的光电倍增管EMI-9815B和EMI-9850B中子直照灵敏度分别为10^-13与10^-15量级，该结果与理论计算结果在量级上一致。     

紧凑型纳秒高压脉冲发生器研制

研制了一台紧凑型纳秒高压脉冲发生器。该发生器主要由铁芯变压器、脉冲形成线、油间隙自击穿开关组成。在变压器和形成线之间加入了一个50 pF的谐振电容和1.15 mH的谐振电感,通过三谐振设计,使发生器在不降低输出电压的情况下,降低了变压器次级绕组的电压,实现了脉冲发生器小型化。对该发生器进行了详细的设计、模拟和实验,结果表明:该发生器可在二极管上输出峰值约500 kV、脉宽2.2 ns的高压脉冲;电子束二极管产生的X射线在距二极管靶窗20 cm处辐射剂量为20 mR,可用于辐射探测系统闪烁体的时间响应测量。     

短脉冲高剂量率γ射线源技术研究

 介绍了“强光一号”加速器产生宽度约20 ns的高剂量率脉冲γ射线的工作过程;分析了短脉冲γ射线源二极管的管绝缘体和真空磁绝缘传输线的结构与绝缘性能;说明了等离子体断路开关的工作特性;阐述了二极管工作阻抗和阴阳极的设计原则与设计参数。给出了不同短脉冲γ射线源的实验结果,得到了3种辐射参数：脉冲宽度约20 ns,辐射面积为2,30和100 cm²时,相应的辐射剂量率为10¹¹,0.7×10¹¹和10¹⁰ Gy/s。     

0.14 THz高功率太赫兹脉冲的参数测量

给出了0.14 THz高功率单次脉冲信号的频率和功率的测量方法及实验结果。针对高功率太赫兹脉冲频率高、峰值功率高和脉宽短的特点,实验中采用了截止波导滤波法与谐波混频法相结合的方式准确测定了脉冲信号频率,利用辐射场功率密度积分法获取了辐射脉冲的远场功率分布,并给出了单次脉冲的辐射功率。某实验条件下的测量结果表明,0.14 THz高功率太赫兹脉冲的频率为0.146 3 THz,脉宽约为1.5 ns,功率不小于0.5 MW。     

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%。     

强脉冲X射线辐照在Si-SiO2中感生的界面态及退火消除

 利用强脉冲X射线对Si-SiO₂界面进行了辐照，测量了界面态曲线和退火曲线。实验显示，经过强脉冲X射线对Si-SiO₂界面进行的辐照，在Si-SiO₂界面感生出新的界面态，感生界面态的增加与辐照剂量成正比，并且易出现饱和现象。总结出了感生界面态密度产额Dit随辐照剂量D变化的分布式，并定性分析了Dit随D变化的行为。随后进行的退火实验表明，强脉冲X射线辐照感生出的界面态越多，退火时这些界面态就消除得越快。退火过程显示有滞后现象，即辐照剂量大的阈电压漂移，在退火后恢复的绝对值，要小于辐照剂量小的阈电压漂移。导出了阈电压漂移随退火时间变化的关系，定性解释了滞后现象。     

控制器组件γ瞬时辐射效应研究

瞬时电离辐射在电子器件内部形成的光电流可引起器件输出扰动,导致电路中部分器件受电源、输入信号及自身产生光电流扰动的多重影响,而单独对器件进行试验无法反映瞬时辐射输出扰动在电子组件系统中的传递影响。为此对由DC/DC、稳压器、单片机CPU,FPGA等组成的控制器组件在2.8105~1.7107 Gy(Si)/s的范围内开展了瞬时辐射效应的试验研究。试验中对组件功能和器件参数的测试结果表明,在较小的瞬时剂量率下,部分器件输出受到影响,但组件功能正常;较大剂量率时,所有器件均受影响,且组件功能中断。同时观测到瞬时辐射形成的扰动信号在器件间传输现象。     

Experiment on the electromagnetic radiation excited in an electron beam‐ion channel system

An experimental study on electromagnetic (EM) radiation in an electron beam‐ion channel system is reported, which indicates the same result predicted by our previous theory. The system is formed in an arc plasma jet with a plasma density of 10¹⁷m^?3 , and the electron beam is driven by a voltage pulse of 20 kV. The result shows that the system can excite EM radiation in the range of the plasma frequency. The scheme is also hopeful to be used for generating high‐frequency and wide‐band EM radiation up to terahertz by enhancing the plasma density.     

Designing and testing a compton converter of gamma radiation and x-rays to electric current

The design and testing of a Compton current generator are briefly described. Its current response to a γ quantum (i.e., sensitivity) is estimated at η=7.0×10⁻²¹ (A cm² s)/γ. At relatively high gamma fluxes, the generator can be employed as a battery charger. When it is fed by a pulsed gamma flux, the resulting current pulse is capable of triggering the equipment and evaporating a metal wire synchronously with the application of the gamma pulse. The generator can also be used as a direct-charge radiation detector for determining the dose and dose rate of a radiation pulse, as well as its shape.     

流气条件下表面放电光泵浦源重复频率运行的稳定性

以高纯度Al2O3陶瓷作为放电基底,研制了重复频率表面放电光泵浦源模块,详细地讨论了流气条件下泵浦源的放电抖动和辐射强度波动,并采用高速相机拍摄了泵浦源的放电等离子体图像,研究了等离子体的空间稳定性。研究发现:在流气状态下,泵浦源的重复频率为1～5 Hz时,泵浦源的放电抖动与放电等离子体的空间稳定性受充电电压和气体流量的影响较大,随运行频率的变化较小;辐射强度波动主要与充电电压相关,基本不受气体流量和重复频率变化的影响;在大流量条件下,提高充电电压,可以有效降低混合气体流动对泵浦源放电抖动的影响,减小辐射强度波动,改善放电等离子体的空间重复性;当充电电压达到26.8 kV时,气流量在60～300 L/min范围内,泵浦源的放电抖动可以小于45 ns,辐射强度波动小于2%,放电等离子体有很好空间稳定性。研究结果表明该表面放电光泵浦源模块在流气条件下具有良好的重复频率运行稳定性。