高功率固体激光装置的发展与工程科学问题

在激光聚变需求牵引下,高功率固体激光技术走过了30多年的发展历程。在世界范围内,美、日、法、中、英、俄等国先后建造了20多台大型装置,输出能量初期仅百焦耳级,后来增大到数万焦耳,固体激光技术得到长足发展。近几年来,几个大国都在建造巨型激光装置,如美国和法国正分别建造国家点火装置NIF和兆焦耳激光器LMJ,我国在研制神光-Ⅲ激光装置,俄国也在计划建造Iskra-6激光装置。这一代激光装置的研制不但在科学技术上提出了许多新需求,从而把激光科学技术发展推向新的历史阶段,而且就其规模、投入、周期和风险而言,是前所未有的大光学科学工程。从工程科学的角度去研究如何才能建造出性能优良和效费比高的巨型激光装置是需要回答的具有挑战性的新课题。     

左右手系材料界面处全反射行为的特性

基于电磁场理论，推导了左右手系材料界面处发生全反射时的物理特性，分析了相位变化情况.提出利用左右手系材料构成周期性结构，观测全反射时介质中隐失波干涉的实验设想，并从理论上计算了干涉条纹的分布. 关键词： 左手材料 负折射率 全反射 隐失波     

同时实现介电常数和磁导率为负的H型结构单元左手材料

基于用一种结构同时实现材料介电常数和磁导率为负的思想，提出了H型结构单元左手材料模型.采用矩形波导法测试表明，H型结构单元在微波频率范围出现左手透射峰，并且可以由参数t对左手特性区域进行调控.同时利用相位法、棱镜折射法和散射参量法从实验和理论证明了在左手透射峰区域材料的折射率为负值，介电常数和磁导率亦同时为负.相对由金属开口谐振环与金属线两种结构组合实现的左手材料，H型结构集磁谐振与电谐振于一体，结构简单、制备方便，对微波器件左手材料表现出更多的优越性.     

单轴各向异性左手介质表面的Goos-H?nchen位移

分析了单轴各向异性左手介质表面的Goos-H?nchen位移，分别给出了光轴与两种介质的界面垂直和平行情形下的Goos-H?nchen位移解析表达式，并分析了Goos-H?nchen位移产生的条件以及位移的正负情况.还采用菲涅尔近似的方法给出了临界角附近的Goos-H?nchen位移表达式，结果表明临界角附近的Goos-H?nchen位移是入射光的束腰半径和入射角的函数，并且给出了临界角入射时Goos-H?nchen位移的较为简洁的近似表达式，这样就在整个角度的取值范围内都给出了Goos-H?nchen位移的表达式. 关键词： Goos-H?nchen位移 左手介质 单轴各向异性 临界角     

单轴各向异性左手介质表面的Goos-Hnchen位移

分析了单轴各向异性左手介质表面的Goos-Hanchen位移,分别给出了光轴与两种介质的界面垂直和平行情形下的Goos-Hanchen位移解析表达式,并分析了Goos-Hanchen位移产生的条件以及位移的正负情况.还采用菲涅尔近似的方法给出了临界角附近的Goos-Hanchen位移表达式,结果表明临界角附近的Goos-Hanchen位移是入射光的束腰半径和入射角的函数,并且给出了临界角入射时Goos-Hanchen位移的较为简洁的近似表达式,这样就在整个角度的取值范围内都给出了Goos-Hanchen位移的表达式.     

非线性左手材料中的二次谐波

基于电磁场理论，推导了无耗非线性左手材料中二次谐波的曼利－诺关系，及相位匹配条件下正向基波与逆向二次谐波的能量转换过程及其空间分布.验证了可将无耗非线性左手材料的入射面作为反射镜，把能量以二次谐波的形式反射.同时分别给出有限厚度介质板中基波和二次谐波的场强分布数值结果，验证了结论的正确性.最后从相位失配角度说明了相位匹配是分析非线性左手材料二次谐波的重要条件.这为研究左手材料的非线性理论奠定了基础.     

全国产化掺镱双包层高功率光纤激光器的研制

利用自行研制的大模面积双包层光纤和光学耦合系统以及国产的LD泵源,研制开发出一种便携式掺Yb3 双包层光纤激光器,最大激光输出功率达到了12.73W,斜率效率为76.9%,激光器的光-光转换效率为45%.实现了全国产化的、高功率、高转换效率的稳定激光输出,而且具有较高的光束质量.给出了该激光器的实验结果,并对其主要特性进行了简要的分析.     

电磁波负性运动与媒质负电磁参数研究

用经典力学分析有质有形物体的运动时,速度是矢量,负速度表示反向运动.但对无质无形的波的运动而言,速度可为标量,不能说负速度仅代表流向反了过来.该怎样理解这种现象的含意?对负波速(NWV)而言,例如当脉冲通过特定媒质时具有负群速(NGV),数值为c/ng(ng＜0),它不仅比脉冲通过真空时的速度(光速c)快,而且快到进入媒质前就离开了媒质.由此本文提出了“电磁波负性运动”的概念,并将其与简单的“反向运动”相区别.我们必须接受D'Alembert方程的超前解,理解负速度概念.可以说,自然以她的真实和丰富给我们上了一课,今后她还将继续教导我们.事物的二元性是世界的本质.在现代物理学中,电磁参数成为负值或电磁波作负性运动均常有发生.物理参数为正或为负的本身是自然界对称性机制之一,对其作研究是探索客观规律的一个新途径.     

S波段直线对撞机中具有膜片涂层加速腔的高功率实验

加速管中的高次模(HOM)能导至累积束流崩溃,因此这些模式必须被抑制.在S波段直线对撞机中(SBLC),采用了在束流孔膜片上复盖适当的损耗材料的方式.HOM的Q值被减小了5倍,而基模的Q值几乎保持不变.3种材料被考虑,即:stainlesssteel,kanthal和galvedc为了对具有这种涂层的加速腔进行高功率测试,一个两腔的谐振器结构被设计.本文描述了高功率测试的原理,过程以及初步的结果.