高功率梯度掺杂增益光纤温度特性理论研究

在高功率光纤激光器中, 增益光纤的热效应是限制激光功率进一步提高的重要因素之一. 为了降低增益光纤的最高温度, 提出了一种通过改变增益光纤的掺杂浓度分布, 分散光纤激光的热效应, 从而提高激光输出功率的方法. 基于速率方程模型和热传导模型, 在光纤激光放大器输出功率大致相当的情况下, 对几种不同掺杂方式下增益光纤中的热分布和放大器的输出功率进行了数值模拟. 研究结果表明: 增益光纤的梯度掺杂可以优化光纤中的温度分布并提高光纤熔接点的稳定性; 同时兼具提高输出光束的光束质量、抑制光纤中非线性效应和模式不稳定的效果, 是提高光纤激光放大器输出功率切实可行的办法. 研究结果可以为高功率光纤激光器中增益光纤的设计提供一定的参考.     

利用啁啾脉冲光谱滤波和非线性偏振旋转技术实现高稳定性和开机自启动的全光纤掺Yb~(3+)光纤锁模激光器

建立理论模型,讨论了非线性偏振旋转全光纤锁模激光器的锁模过程、谐波过程以及导致激光器锁模运行难以稳定的影响因素.讨论了采用啁啾脉冲光谱滤波产生脉冲自振幅调制、增加激光器锁模稳定性和自启动能力的机理以及非线性偏振旋转与啁啾脉冲光谱滤波相结合实现锁模的物理过程和脉冲演化过程.研制出全光纤结构的超短脉冲掺Yb~(3+)光纤环形激光器,采用非线性偏振旋转和啁啾脉冲光谱滤波相结合的锁模技术,实现了激光器锁模的开机自启动和高稳定运行.对激光器进行了长期运行稳定性、锁模开机自启动能力、锁模输出参数可重复性监测.锁模脉冲中心波长1052.9 nm,谱宽9.1 nm,脉冲能量4.25 nJ,脉冲宽度17.8 ps.运行期间,各参数波动均小于0.3%.开机自启动能力和可重复性测试显示,激光器可实现一键自启动,启动后各参数可重复精度在0.55%以内.     

光中子源上吸收片功能研究

15 MeV电子直线加速器驱动的光中子源装置,将用于中国科学院战略性先导科技专项“钍基熔盐堆”中的核数据初步测量工作、中子探测器的研制和反应堆相关材料的辐照研究等。光中子源的中子能谱是连续的,中子能量通过中子飞行时间法测量得到,需要利用吸收片确认中子吸收峰,刻度飞行时间,计算等效飞行距离,扣除实验本底等,而实验本底的扣除对最终总截面计算有很大的影响。因此通过Geant4蒙特卡罗模拟软件构建了包括中子源、吸收片在内的模拟实验环境;研究了不同吸收片的吸收谱和吸收片厚度的关系,同理论计算值进行了比较,给出了推荐的吸收片厚度值;模拟计算了中子飞行时间谱,并和实验测量结果比较,确定中子等效飞行距离为5.70 m。Geant4的理论计算也可以模拟出多吸收片本底函数曲线,可用于实验数据的本底扣除和误差分析。实验测量、模拟分析以及理论公式计算的吸收片厚度和中子飞行时间参数得到了完全一致的结果,验证了实验测量的可靠性。A photo-neutron source driven by a 15 MeV electron LINAC is built for the "Strategic Priority Research Program" of the Chinese Academy of Sciences-the "thorium-based molten salt reactor" project to conduct the nuclear data measurement work,develop neutron detector and carry out reactor material irradiation studies.Since the neutron energy spectrum is continuous,the neutron energy is measured by the time of flight (TOF) method,and neutron filters are needed to confirm absorption peaks,calibrate the TOF,calculate the equivalent flight distance,and remove the experimental background which has great influence on the calculation accuracy of the total cross section.Based on the Monte Carlo simulation tool,Geant4 a simulation environment is set up,including neutron source and neutron filters,to study the energy absorption spectra and thickness of different filters and recommended data for the thickness are provided.The neutron TOF spectra are simulated and compared with experimental measurement,deciding the equivalent TOF distance to be 5.7 m.Geant4 can also simulate the background curve of multiple filters and be used to remove background and analyze errors for the experimental data.All the experiments,simulation and theoretical calculation show consistent results on filter thickness and neutron TOF parameters,indicating the accuracy of the measurement.     

采用BCB平整技术的高速850 nm垂直面发射激光器

垂直腔面发射激光器因其具有低阈值、低功耗、可实现高速调制等优势,广泛地应用于光通信和光互连等领域。寄生电容是影响激光器的调制带宽的主要因素之一。本文通过采用低k值的苯并环丁烯（BCB）平整技术有效地降低了垂直腔面发射激光器的寄生电容。详细研究了BCB平整技术的最优工艺参数,为未来高速垂直腔面发射激光器的制造技术提供参考。低k值BCB平整垂直腔面发射激光器在7 μm氧化孔径下3 dB小信号调制带宽可达15.2 GHz。     

高重频CO_2激光干扰技术研究

本文针对高重频CO_2激光干扰技术展开分析和研究。首先,概述了激光对抗武器的概念、分类和特点,以及激光对抗武器的干扰与破坏的主要目标对象。其次,分析了红外探测器激光干扰损伤效果的检测方法。再次,分析了光学元件激光变形损伤效果的检测方法以及光学薄膜的激光损伤检测方法。按照上述检测方法进行实验,分别对红外单元探测器、光学元件、光学薄膜和其他材料的激光损伤阈值实验数据进行分析与讨论。最后,总结了全文并且展望了激光干扰技术的发展。     

远红外固体激光器研究进展

8～12μm波段是大气的一个窗口,被定义为长波红外波段。该波段激光对雾、烟尘等具有较强的穿透力,在激光光电对抗、激光遥感、医疗、环境监测及光通讯领域具有重要的应用前景。本文调研了常用的8～12μm非线性频率变换晶体,以及基于非线性频率变换晶体的远红外光参量振荡器的研究进展,对国内外能实现8～12μm波段激光输出的非线性晶体及激光系统进行了系统地归纳和总结,通过分析比较得出在8～12μm波段获得的最大输出能量为毫焦量级,最大功率为瓦量级。国内该技术与国外有着不小的差距,主要受制于高重频、高功率脉冲1～3μm泵浦源技术不成熟及高性能非线性晶体材料研制基础薄弱,我国在长波远红外固体激光器领域研究进展缓慢,因此研制大尺寸、高质量远红外激光晶体及输出波长更长的远红外高功率激光器已经成为激光器未来发展方向之一。     

超宽带可调谐全固态单频激光器的方法研究

对目前实现超宽带(数十到数百纳米)可调谐全固态单频激光器的常用方法进行了综述,介绍了棱镜色散腔、闪耀光栅色散腔、体布拉格光栅衍射腔、双折射滤光片干涉腔、声光调谐光学滤波器衍射腔和电光调谐光学滤波器干涉腔调谐选频的原理及实现方式。对以上方案的优缺点、实现的难易程度及可操作性进行了对比分析,分析表明超宽带可调谐全固态单频激光器可通过不同调谐方法结合谐振腔型设计或频率精选器件(如FP标准具等)实现。     

基于噪声免疫腔增强光外差分子光谱技术实现光纤激光器到1530.58 nmNH_3亚多普勒饱和光谱的频率锁定

噪声免疫腔增强光外差分子光谱技术(NICE-OHMS)由于结合了频率调制光谱与腔增强光谱两种技术,不仅可以将激光耦合到高精细度谐振腔大幅提高腔内功率,还可以实现低气压样品气体的高灵敏测量,因此基于该技术可以实现分子吸收线的饱和,获得亚多普勒光谱,从而能作为激光频率锁定的参考.本文基于光纤激光器的NICE-OHMS技术,将光纤激光器频率锁定到NH3的亚多普勒吸收线上.首先分析了基于Pound-Drever-Hall和DeVoe-Brewer技术实现激光到腔模和调制频率到腔自由光谱区频率锁定的性能,之后在腔内气压为70 mTorr条件下,测量了半高全宽为2.05 MHz的NH3亚多普勒信号,最后将1.53μm的光纤激光器频率锁定到该亚多普勒吸收线上,相对频率偏差为16.3 kHz,阿伦方差结果显示,136 s积分时间下频率稳定度达到1.6×10~(-12).     

氦氩射频容性放电发射光谱分析

光抽运亚稳态稀有气体激光器利用放电等离子体作为激光的增益介质.为掌握容性射频放电的放电参数对等离子体各项参数的影响的基本规律,利用等离子体发射光谱法研究了氦氩混合气体在不同装置、不同Ar组分、不同气压和不同射频注入功率下的等离子体参数.利用残留水蒸气产生的OH自由基A~2Σ~+→X~2Π的转动光谱分析获得气体温度;利用电子态光谱的玻尔兹曼做图法获得电子激发温度,利用Ar原子696.5 nm谱线的斯塔克展宽获得电子密度.结果表明:气体温度随气压增加略微上升,在一个大气压下改变组分和放电功率,气体温度变化不大;电子激发温度随总气压的下降而上升,且随着Ar组分的增加而略微下降;目前放电条件下的电子密度均在10~(15)cm~(-3)量级;长时间放电监测表明,残留的水蒸气会导致电子温度的下降,从而降低Ar亚稳态的产率.     

H,Cl和F原子钝化Cu_2ZnSnS_4(112)表面态的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法系统研究了Cu_2ZnSnS_4体相的晶格结构、能带、态密度及表面重构与H,Cl和F原子在Cu_2ZnSnS_4(112)表面上的吸附和钝化机理.计算结果表明:表面重构出现在以金属原子Cu-Zn-Sn终止的Cu_2ZnSnS_4(112)表面上,并且表面重构使表面发生自钝化;当单个H,Cl或F原子吸附在S原子终止的Cu_2ZnSnS_4(112)表面上时,相比于桥位(bridge)、六方密排(hcp)位和面心立方(fcc)位点,三种原子均在特定的顶位(top)吸附位点表现出最佳稳定性.当覆盖度为0.5 ML时,无论H,Cl还是F原子占据Cu_2ZnSnS_4(112)表面的2个顶位均具有最低的吸附能.以S原子终止的Cu_2ZnSnS_4(112)表面在费米能级附近的电子态主要由价带顶部Cu-3d轨道和S-3p轨道电子贡献,此即表面态.当H,Cl或F原子在表面的覆盖度达0.5 ML时,费米能级附近的表面态降低,其中H原子钝化表面态的效果最佳,Cl原子的效果次之,F原子的效果最差.表面态降低的主要原因在于吸附原子从S原子获得电子致使表面Cu原子和S原子在费米能级处的态密度峰几乎完全消失.