Ultrafast dynamics control on ablation of Cu using shaped femtosecond pulse trains

The ablation processes of Cu film are investigated using temporal shaped femtosecond pulse trains. The depth is modulated by changing the number and interval of the sub-pulses. The underlying ultrafast dynamic processes are discussed based on plasma shielding and electron multiple heating mechanisms. When the sub-pulse interval is less than 0.4 ps electron multiple heating is the dominant mechanism, while the plasma shielding dominates the subsequent ablation processes when the sub-pulse interval is larger than 0.4 ps. The curve of depth obtained by three pulse trains shows more significant oscillation as the function of sub-pulse interval under the low-fluence. We propose that the oscillation of depth is due to the coherent phonon oscillation excited by the pulse train. The study provides a basis for giving insight into the ultrafast dynamics for improving micromachining and nano-fabrications using shaped femtosecond pulse trains.     

一种100 kV Mini-Marx发生器触发源的设计

根据100 kV Mini-Marx脉冲发生器对触发源的技术要求,设计了一种基于VE4141型氢闸流管气体开关器件的高压脉冲触发源。该触发源系统输出高压脉冲幅度达到0~30 kV、脉冲前沿小于15 ns、脉冲宽度大于500 ns,不仅可以接收光、电和手动信号触发,而且还可以通过接口来控制调整100 kV Mini-Marx发生器的充电电压以及电压显示。采用固态IGBT半导体开关器件产生预触发和主触发脉冲,控制气体开关氢闸流管VE4141瞬间导通放电输出高压脉冲信号,触发后级Mini-Marx脉冲发生器产生不小于100 kV的高压脉冲。     

声光调Q纳秒脉冲全光纤超连续谱光源

基于声光调Q技术的纳秒脉冲光纤激光超连续谱光源系统为全光纤结构,使用普通的传能光纤作为超连续谱的产生介质,通过改变泵浦功率和调制频率,可获得不同的超连续谱输出。实验结果表明：泵浦功率越大,调制频率越低,传能光纤越长,光谱展宽越宽。当传能光纤为200 m、调制频率为1 kHz、占空比为1.0%、泵浦功率为4.68 W时,获得谱线宽度超过700 nm的超连续谱输出。该系统可作为超连续谱光源的一种参考方案。     

单开关调制的PFN型层叠Blumlein线发生器

采用平板线加载的陶瓷电容型脉冲形成网络（PFN）构成了单开关调制的层叠Blumlein线发生器。采用传输线理论对短路寄生传输线的短路特性进行了理论分析,结果表明,短路寄生传输线的阻抗可以等效为耦合电感在主传输线的放电频率下产生的感抗。Pspice软件模拟表明,层叠线Blumlein线的电压叠加效率随耦合电感增加而增加。提出了一种磁环增感方法,在4级层叠Blumlein线上实现了3.1倍的脉冲电压叠加。     

高功率激光系统nm宽带激光脉冲传输特性

对高功率激光系统采用宽带激光消除菲涅耳衍射问题进行了研究,指出只有数百nm的宽带啁啾光脉冲才对近场衍射有一定的平滑作用,数nm的宽带啁啾光脉冲对近场衍射几乎没有平滑作用;同时,还对宽带啁啾光的B积分表征方式和最快增长频率问题进行了研究,并与原型装置上开展的窄带脉冲、宽带啁啾堆积脉冲的非线性实验结果进行了对比研究,指出以最大B积分或加权B积分反映非线性自聚焦更为准确。研究还表明,在数nm,ns情况下最快增长频率与窄带激光脉冲的差别不大。     

百kV级纳秒脉冲源的设计与实验研究

GW级Tesla型脉冲源在触发开关技术研究中作为触发脉冲源使用,抖动较大,触发开关工作不稳定,需要为其研制一台触发器以解决这一问题。结合其他使用需求,设计了一台百kV级纳秒脉冲源,该脉冲源采用Tesla变压器结合单筒脉冲形成线结构,进行了Tesla变压器结构、Tesla变压器初次级参数、Tesla开路磁芯与初级电路设计,调试结果为：最高输出电压100 kV,峰值功率250 MW,重复频率1~100 Hz,输出脉冲宽度约4 ns,前沿约1 ns。该脉冲源作为触发器使用,可以将GW级Tesla型纳秒脉冲源抖动由500 ns降低至150 ns,满足触发开关研究需求,还可用于产生超宽谱短脉冲进行辐射。     

雷达启发的强激光啁啾脉冲技术——军事需求催生基础研究的一个典型案例

基础研究前沿领域大多来自人们对自然规律的自由探索,然而国家需求、特别是战时的特殊需求往往也会导致基础研究特色新生的领域,其中的科学思想和技术方法更容易催生颠覆性科技创新。2018年诺贝尔物理学奖颁发给了雷达启发的“啁啾脉冲技术”正是这方面的典型案例。雷达是“二战”时期最重要的军事需求之一。一方面,雷达发射源的新技术探索,导致从微波激射器到激光一系列的原创性的基础研究和技术突破,如原子的激光冷却技术;基于激光的光纤通信技术更是改变了现代人类的生活方式。另一方面,雷达系统的啁啾脉冲技术被应用于光学领域,突破了产生强激光的技术瓶颈;而强激光的出现又催生了一些全新的基础研究领域,如惯性约束核聚变。文章将通过从雷达到激光及啁啾脉冲技术历史发展中的关键技术介绍,展示战略需求对基础研究诞生的牵引性作用。     

Broadening compensation for ultrashort pulses in photonic crystals

Extremely large group velocity dispersion of both signs can be achieved at the band edges of guided modes in photonic crystal waveguides. The selection of a proper value and sign of this parameter allows the design of short-length waveguides to compensate for pulse broadening. This pulse broadening can be caused, for instance, when a photonic crystal delay line is introduced. We present a theoretical study of the possibilities of using photonic crystal waveguides as intra-circuital dispersion compensation elements for ultrashort pulses, so the width of a transmitted pulse can be reduced. However, we also demonstrate that recovering the original pulse shape is not possible for these large-bandwidth pulses due to higher-order dispersion terms.