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最新刊期

2011 年第 2 期

现代应用光学

空间能量传导通道模型的实验和理论成果
APOLLONOV V,PLETNEV N V
2011, 19(2): 193-199. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0193

摘要：给出了研制空间能量传递的超长传导通道技术的实验和理论工作结果。分析了高重频脉冲激光系统和这一项目中的最重要的组件。基于创建长距离能量传递传导通道的思想,讨论了光学系统和尘埃等离子体,研究了测试等离子体导电性的实验方法和新的测量数据。最后,阐述了"脉冲发生器"的新应用。
关键词：传导通道;脉冲激光系统;尘埃等离子体;脉冲发生器

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发布时间：2020-08-12
利用激光实时频谱直接观测分子结构变化
TAKAYOSHI KOBAYASHI
2011, 19(2): 200-212. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0200

摘要：利用脉宽小于5 fs的激光脉冲超快光谱同时研究了Ru^Ⅱ(TPP)(CO)的电子弛豫和振动动力学。研究认为,由¹Q_x(1,0)(π,π^*) and ¹Q_x(0,0)(π,π^*)产生的信号按¹Q_x(1,0)(π,π^*)→¹Q_x(0,0)(π,π^*)→³(d,π^*)→³(π,π^*) 和¹Q_x(0,0)(π,π^*)→³(d,π^*)→³(π,π^*)的顺序从高能态衰减到低能态。¹Q_x(1,0)(π,π^*),1Q_x(0,0)(π,π^*),³(d,π*),和³(π,π*)的电子寿命依次为(230±70) fs,( 1 150±260) fs,(2 150±360) fs和极大于4.8 ps。³(d,π^*)和³(π,π^*)的寿命估计为(2150±360) fs和极大于4.8 ps。计算动态Stokes-shift过程中的能量衰减率,得到了从¹Q_x(1,0)(π,π^*)到¹Q_x(0,0)(π,π^*)的渡越时间为(190 ± 40) fs,表明¹Q_x(1,0)(π,π^*)的寿命与该渡越时间有相对较好的一致性。对频谱图的分析表明,依赖时间变化的振动光谱与自旋态变化有关,自旋态可以通过曲线交叉点或者单态和三重态之间的势能面的圆锥交面从激发单重态中的Franck -Condon态变化到三重态。研究发现,不能简单地使用单重态信号频谱的指数衰减形式和三重态振动信号频谱的指数增长形式来表示这种动态变化。相反,振动频谱的变化伴随着复杂的动态变化。首先,单重态振动频谱发生衰减,然后产生不同于单重态和三重态的新的振动频谱。新的振动频谱增长和衰减后,三重态的振动频谱开始增长。这种动态变化似乎与电子频谱的动态变化不同,将这种明显差异的原因解释为:振动频谱的变化可以敏感地检测处于平衡点和过渡状态或者接近锥形交集状态中的单重态和三重态的结构差异。
关键词：振动光谱;超快光谱学;激光光谱法;分子结构;自旋;动力学

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发布时间：2020-08-12
用于激光器的电感储能发生器
TARASENKO V F,PANCHENKO A N,TEL&rsquo,MINOV A E,GENIN D E
2011, 19(2): 213-220. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0213

摘要：研制了适用于激光器的电感储能发生器(GIES),并研究了它在高压混合气体中的放电和激光参数。研究表明,电感储能发生器可产生高压预脉冲并引起放电电流的突然增大,可在不同的混合气体中形成长时间的稳定放电,从而方便地控制和优化每一种气体混合物的预脉冲参数。在未知IES击穿电压和首次放电幅度下的参数时,电流尖峰会按因子1.5~2减少,从而产生纯激光参数。得到了氮气激光器的最大的辐射功率,输出能量和脉冲持续时间,在脉冲持续时间为40 ns时,紫外输出高达50 mJ,红外输出高于25 mJ,实现了氮分子激光跃迁的级联激射。因此C³П_u-B³П_g带总的脉冲持续时间延长至100 ns。在XeCl,XeF和KrF受激准分子激光器中,脉冲宽度和输出能量都得到了改善。XeF激光器的最大效率达到了1.6%,同时峰值输出能量达到了0.85 J,最大脉冲持续时间超过了200 ns。在248 nm波长处,效率3.3%的KrF激光器产生的160 ns脉冲能量高达650 mJ,最终得到了效率为7.7%~10%的非链式HF(DF)激光器。演示了基于CO₂分子高峰值功率的有效运行,结果表明,激光器在10 600 nm处的输出能量为6.2 J,转换效率高达25%。
关键词：电感储能发生器;高压气体体放电;激光参数

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纳秒、皮秒和飞秒激光脉冲对材料表面的改性
TRTICA M S,GAKOVIC B M,RADAK B B,BATANI D,TARASENKO V F,PETROVIC S,STASIC J,MILOVANO
2011, 19(2): 221-227. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0221

摘要：对基体材料镉镍铁合金600和多层TiAlN/TiN涂层的激光表面改性在基础研究和实际应用中有着很好的前景。本文观察了由超短脉冲(fs和ns)和短脉冲(ns)激光器引起的镉镍铁合金600和TiAlN/TiN镀层的表面变化。结果显示,3种激光都能使靶面发生形态改变,超短脉冲的破坏轮廓更为清晰。与ps激光脉冲相比,fs激光脉冲能产生更严重的破坏。与产生半球体形状的ps激光束相反,fs激光脉冲产生的破坏斑是圆锥形的。另外,ns脉冲辐照时热效应占支配地位,且所有的辐照都伴随着等离子体。
关键词：纳秒脉冲;皮秒脉冲;飞秒脉冲;Inconel 600镀层;TiAlN/TiN镀层;激光改性

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发布时间：2020-08-12
半导体量子点材料在Nd∶YAG激光辐照下的非线性光学效应
KUMBHAKAR P
2011, 19(2): 228-236. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0228

摘要：使用10 ns脉冲调Q Nd∶YAG激光器Z-scan技术测量了化学合成的无掺杂硫化锌量子点(QDs)以及掺Mn²⁺硫化锌量子点(QDs)的非线性光学特性,并使用透射电镜技术(TEM)以及X射线衍射法(XRD)表征合成材料的纳米结构。在室温下,分别利用UV-VIS分光光度计和分光荧光计测量了人工合成QDs胶体溶液的线性光学吸收特性以及光致发光的发射特性。样品的吸收特性表明,由于量子限制效应的影响,样品的截止吸收低于硫化锌的截止吸收。样品的光致发光特性显示,掺Mn²⁺的硫化锌样品显示出明显的光致发光现象,发射峰大约在580 nm;而无掺杂的硫化锌样品在紫外区辐射,发射峰大约在365 nm。对样品的UV-VIS吸收特性分析和TEMXRD分析表明,硫化锌样品的平均粒度(半径)大约为1.2 nm。分析开放光圈(OA)Z-scan技术得到的实验数据,发现在1 064 nm处两种试验样品都会发生四光子吸收(FPA)现象。拟合实验数据得到了两种试验样品的FPA系数以及FPA横截面,结果表明,ZnS QD的FPA横截面的计算值是4.9×10^-106 cm⁸·s³·photon^-3,比硫化锌的FPA横截面大了5个数量级,而且人工合成的ZnS QD也有光学限制的性质。掺Mn²⁺离子的样品具有大的FPA横截面和在可见光区有高的发光效率这两个特点,使得该材料适合用于多光子荧光成像。
关键词：半导体材料;ZnS量子点;非线性光学特性;多光子吸收;ZnS掺杂;Mn掺杂

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脉冲诱导放电气体激光器
RAZHEV A M,CHURKIN D S
2011, 19(2): 237-251. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0237

摘要：研究了一种实现新放电方法:诱导圆筒放电的可能性。该放电方法基于不同的粒子数反转机理,使用不同的原子和分子传能模式泵浦气体激光器。研制了用于气体中的脉冲诱导圆筒放电(脉冲感应耦合等离子体)激励系统,并对其进行了实验研究。首次实现了基于原子和分子不同传能模式的4种脉冲诱导激光器,其激励特性是光束发散角小,不同脉冲间的非稳定性在1%以内。首先研制出了基于F原子电子传能模式的红光激光器,这一激光器使用脉冲感应圆筒放电;通过在2.66~46.55 kPa气压下激励He-F₂ (NF₃,SF₆) 混合气获得了在624~755 nm波段的8种波长的输出;FI激光器的脉冲能量为2.6 mJ,脉冲持续时间为80 ns,光束发散角为0.4 mrad。同时研制出了基于基态CO₂分子传能的10.6 μm远红外激光器,该感应激光器在脉冲持续时间(FWHM)为160 μs时,获得的最大能量为152 mJ。另外,研制出了近远红外区的基于氢气分子中电子传能的脉冲感应放电氢气激光器,激射谱线为0.835,0.89,1.116和1.122 μm,脉冲持续时间为20 ns时获得的脉冲峰值功率为11 kW。最后成功研制了波长为337.1 nm和357.7 nm的基于自限制电子传能过程C³_u→B³_g的脉冲感应紫外氮气激光器,在低压为133 Pa的感应氮气激光器中获得的最大能量输出为4.5 mJ,峰值功率为300 kW,脉冲持续时间为(15±1) ns,测得的感应氮气激光器的光束发散角为0.3 mrad。
关键词：脉冲诱导圆筒放电;FI激光器;CO₂激光器;H₂激光器;N₂激光器;脉冲持续时间;环形激光束

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发布时间：2020-08-12
基于XeF(C-A)放大器的混合(固态/气态)超高功率飞秒激光系统
LOSEV V,ALEKSEEV S,IVANOV N,KOVALCHUK B,MIKHEEV L,MESYATS G,PANCHENKO Yu,PUCHIKIN A,
2011, 19(2): 252-259. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0252

摘要：提出了基于前端发生器和终端放大器,使用光泵浦XeF(C-A)激活介质的太瓦级混合激光器(THL-100)系统。前端发生器由长532 nm的连续激光泵浦的钛宝石飞秒脉冲振荡器,脉冲展宽机构,532 nm的脉冲激光泵浦的再生多通道放大器,衍射光栅压缩器和二次谐波发生器(KDP)组成。其光束输出参数为:脉冲持续时间50 fs,二次谐波(475 nm)辐射能量5 mJ。前端发生器以10 Hz的单脉冲模式工作。XeF(C-A)放大器由双高压脉冲发生器(线性变压器),爆炸式阴极发射真空二极管,电子束注入系统,充满Xe的气室转换器和激光单元组成。高压发生器包括12个变压器,每个变压器有8个电容(40 nF)和火花隙,电容可以充电至100 kV。真空二极管中的电子束参数为:总电流300 kA,峰值电压550 kV,脉冲持续时间约150 ns。穿透金属箔片到达Xe转换器的6个100 cm×12 cm电子束的总能量为6~7 kJ。激光系统通过泵浦能量的级联处理导致Xe^*₂的快速形成,并在(172±5) nm连续辐射。真空紫外辐射通过CaF₂窗口辐射到含有XeF₂蒸汽和氮气缓冲气体的激光单元中,使XeF₂光解,形成XeF^*准分子。由真空紫外辐射泵浦的放大器激活介质长110 cm,直径为24 cm。文中通过数值模拟给出了输出参数和第一实验结果,根据XeF(C-A)放大器参数模型和增益测量结果,得到的输出能量高达2~3 J,这意味着50 fs脉冲的峰值功率高达40~60 TW。
关键词：混合激光器;XeF(C-A)放大器;飞秒脉冲宽度;电子束;紫外转换器

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GaSe及相关晶体的历史、现状与未来:具有特异非线性光学特性的层状材料
ALLAKHVERDIEV K,BAYKARA T
2011, 19(2): 260-272. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0260

摘要：概述了高度各向异性的,尤其是无掺杂和掺杂的层状半导体GaSe和相关晶体InSe、GaS和GaSe-GaS(固溶液)的结构特性、光学特性和非线性光学特性的实验研究结果,同时概述了由共焦拉曼和光致发光显微镜研究得到的结果和由声波降解法和激光消融技术得到的GaSe纳米粒的光学性质。重点讨论了ε-GaSe的性质,指出其具有最大的光学二阶非线性系数χ,并可结晶成4种不同的多型体(ε,γ,β,δ),且每个晶胞有以不同数目和排列方式的层状结构。研究认为,在红外和太赫兹光谱波段,GaSe可以被看作是最有应用前景的非线性晶体之一。已发表的1700多篇关于材料物理性质的论文也指出,在THz波段,GaSe是一种具有特异非线性光学特性的材料。通过共焦拉曼显微镜的实验研究,讨论了晶体的域结构和非线性光学性质。除了探讨这些材料最重要的物理性质,还进一步研究了在主边缘附近的光吸收,在红外和太赫兹波段的光致发光、非线性光学性质以及它们的纳米物理性质,这些研究对理解二维晶体结构和其物理性质之间的联系是必要的。由于GaSe及GaSe型晶体具有包含–Se-Ga-Ga-Se-共价键的单一四层结构,因而它们的纳米粒表现出一些特殊的性质。一些GaSe型晶体(InSe, GaTe)的带隙宽度在1.2~1.5 eV之间,这使得它们及其纳米粒很适合用作光伏材料。
关键词：低维材料;纳米粒;共焦拉曼光谱;硒化镓;晶体改性

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发布时间：2020-08-12
超高功率体放电的形成及其应用
TARASENKO V F,BAKSHT E KH,BURACHENKO A G,LOMAEV M I,RYBKA D V,SHULEPOV M A,SOROKIN D
2011, 19(2): 273-283. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0273

摘要：研究了氮气中的高压体(扩散)放电特性,实验中施加的极间隙脉冲电压达数百千伏,持续时间为数纳秒,上升时间为几个纳秒,给出了实验结果。研究了氦气压强为(0.4~2)×10⁵ Pa时,从扩散形式到火花放电的放电转换过程。确定了在氮气压强下电流幅度与逃逸电子束电流脉宽的关系。结果表明,导致隙间扩散放电的超短雪崩电子束(SAEB)对放电过程有重要的影响。在该压强下得出了SAEB瞬间产生相对放电电流的时延与压强的关系,根据该关系,时延随着压强增加而变化,并且在压强为2×10⁵ Pa时最小,同时扩散放电电流脉冲的峰值随压强增加而减小。在0.5×10⁵ Pa的压强下,使用刀片电极和6 cm长的N₂∶SF₆=10∶1的激活媒质,得到了输出能量为2 mJ、脉冲功率为0.55 MW的激光。最后,在大气压强下,对AlBe箔片进行了重复频率放电处理(REP),其表层清除了碳而且氧原子以450 nm/300 pulse渗入箔片。
关键词：体放电;扩散放电;非均匀电场;逃逸电子;紫外激光器;修饰及清洁

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发布时间：2020-08-12
激光光谱技术在燃烧流场诊断中的应用
刘晶儒,胡志云,张振荣,关小伟,王晟,陶波,叶景峰,张立荣,黄梅生,赵新艳,叶锡生
2011, 19(2): 284-296. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0284

摘要：介绍了用于燃烧流场诊断的激光光谱技术的研究进展,叙述了相干反斯托克斯喇曼散射、自发振动喇曼散射、激光诱导荧光、分子滤波瑞利散射、可调谐二极管激光吸收光谱等技术的基本原理及其实验系统。给出并分析了激光光谱技术对预混火焰稳态燃烧场和固体燃剂瞬态燃烧场的温度、主要组分及浓度、流场密度和火焰构造测量的实验结果。实验结果表明,基于激光光谱的燃烧诊断技术不仅能够实现对稳态燃烧场的高精度测量,而且能够应用于复杂的瞬态燃烧场诊断。
关键词：激光光谱;稳态燃烧场;瞬态燃烧场;光谱诊断

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发布时间：2020-08-12
制造用高功率激光器光束质量的评价与测量
陈虹,王旭葆
2011, 19(2): 297-303. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0297

摘要：建立了制造用高功率激光器光束质量的评价体系与测量方法,研究了该体系所采用的评价参数、测量原理、测量方法、测量仪器以及测量结果的计算和分析方法。首先,对目前存在的评价激光光束质量的参数进行了比较和判断。接着,以光束传输比(M²)和光束参数积(K_f)为重点,阐述了光束质量评价参数与光束束宽定义之间的关系,提出了工业应用背景下光束质量的评价参数。最后,介绍了基于实测目的的光束质量测量方法和实际测量结果。测量结果显示,DC035Slab CO₂激光器的K_f值为3.78 mm·mrad,TLF6000tCO₂激光器的K_f值为8.67 mm·mrad,表明K_f值是评价制造用高功率激光器光束质量的较为合适的参数。由于该值是在实际光束传输路径上不同位置处对光束束宽进行测量后用双曲线方法拟合得到的结果,所以更好地反映了高功率激光束的传输和聚焦性能,诠释了激光制造系统的制造能力。
关键词：激光制造;光束质量;光束束宽;空心探针

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发布时间：2020-08-12
氮稀释高效电激励连续波HF/DF化学激光器
王红岩,张煊喆,李强,肖楠,华卫红,司磊
2011, 19(2): 304-309. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0304

摘要：提出使用低温吸附泵代替传统的机械真空泵和洗消装置的设想,以大幅降低电激励连续波HF/DF化学激光器的体积和重量。针对该技术需将常用的氦稀释剂替换为氮稀释剂从而引起激光器效率大幅下降的问题,对超音速阵列喷管激光器进行了研究。为提高氮稀释剂激光器效率,研制了周期4 mm间隔排列的狭缝-列孔超音速阵列喷管,以代替传统的单通道燃料流横向注入增益发生器。以HF激光为例的实验表明:前者在放电管电极间距仅为后者一半的条件下,单管激励出的光功率由25 W提高到90 W,电光转换效率由0.8%提升到5.9%,燃料利用效率提高近4倍,从仅为氦稀释剂运转情形的一半变为略高于氦稀释剂情形。这些结果表明,通过专门研制的超音速阵列喷管大幅提高了氮稀释电激励连续波HF/DF激光器的效率。
关键词：化学激光;低温吸附;氮稀释剂;电激励;阵列喷管

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发布时间：2020-08-12
纳秒级激光脉冲展宽系统的分析及应用
张振荣,胡志云,黄梅生,叶景峰,刘晶儒
2011, 19(2): 310-315. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0310

摘要：建立了一种纳秒级多腔式激光脉冲扩展系统。通过激光脉冲展宽,该系统可以有效降低脉冲激光的峰值功率,从而在激光燃烧诊断实验中避免激光诱导等离子体的产生,减少背景干扰,有效提高信噪比。建立了理论模型,对影响脉冲展宽的分束比、腔长以及光学腔个数等几个主要参数进行了分析,并通过数值计算实现了各参数的优化。利用建立的多腔串联式激光脉冲展宽器,对Nd∶YAG脉冲激光器二倍频激光进行了脉冲展宽,将脉宽为7.8 ns的脉冲激光分别展宽为17,35和72 ns,激光的峰值功率最大可降低为原激光峰值功率的9％左右,并保持了较好的光束质量。将该展宽器应用于自发喇曼散射实验中,很好地解决了激光诱导击穿光谱对喇曼信号的干扰,取得了较好的实验结果。
关键词：YAG激光;脉宽展宽;光学腔;拉曼散射

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发布时间：2020-08-12
激光熔覆工艺参数对横向搭接熔覆层结合界面组织的影响
黄凤晓,江中浩,刘喜明
2011, 19(2): 316-322. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0316

摘要：为了提高搭接熔覆层的质量并控制搭接结合界面,研究了工艺参数对横向搭接结合区域组织形态的影响。结果显示,当扫描速度、送粉速率、激光功率分别在100~250 mm/min,6~7.5 g/min,1 500~2 500 W区间变化时,搭接结合区域呈现出不同的界面组织形态,没有出现白亮层。这些界面组织一类表现为具有组织与方向"遗传性"的连续外延式生长,另一类表现为非连续外延生长。工艺参数对结合界面组织的影响与其对前一道熔覆层表面转向枝晶区域的重熔深度以及前一道表面晶粒取向、各晶粒的熔化程度和激光熔池内存在的对流作用有关。
关键词：激光熔覆;工艺参数;搭接;结合界面;显微组织

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发布时间：2020-08-12
激光衍射粒径测量中的Chin-Shifrin反演算法
杨福桂,王安廷,明海,徐胜利
2011, 19(2): 323-331. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0323

摘要：建立了以线阵CCD作为探测组件的激光衍射粒径测量系统用于颗粒群直径分布的测量。在数值计算的基础上,分析了传统Chin-Shifrin积分变换粒径分布反演算法存在的两个问题:小粒径反演结果的发散和多假峰现象,并结合理论分析给出了这两种现象的物理图像。提出了修正积分变换公式以解决小粒径反演结果发散的问题并针对Chin-Shifrin变换的具体应用,通过对比散射光强角分布特征,研究了Fraunhofer衍射对Mie散射近似的有效角度范围。计算结果显示,最大近似角度是随着粒径参数上升单调下降的,但积分变换的精度是不断提高的。最后,应用改进的Chin-Shifrin反演算法处理了实验测量数据,结果表明,改进的反演算法的精度较高,适合工业领域的应用。
关键词：Fraunhofer衍射;Mie散射;反演算法;粒径分布;线阵CCD

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发布时间：2020-08-12
高功率XeCl准分子激光系统前端平滑实验
薛全喜,赵学庆,华恒祺,郑国鑫,张永生
2011, 19(2): 332-339. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0332

摘要：为得到物面光强分布均匀、能量尽量大的部分相干XeCl准分子激光前端种子光,采用放大自发辐射(ASE)法和散射法开展了前端平滑实验研究。首先,基于一台窄脉冲XeCl准分子激光器,研究了种子光的物面光斑均匀性、能量和发散角随光束口径及物面位置的变化规律。然后,分析了影响种子光参数的因素。最后,进行了验证实验。实验结果显示:ASE法种子光物面光斑不均匀性最小为2.01％,能量为微焦量级,但发散角在水平和竖直方向有较大差别;散射法种子光物面光斑不均匀性最小为1.54％,能量为百纳焦量级,发散角为5.5 mrad,衍射极限倍数处于14~37可调。前端泵浦腔尺寸和入射激光能量、散射板上光斑大小、收集透镜焦距分别是影响两种种子光参数的重要因素。经初级放大器放大后,光束物面光斑不均匀性为2.04％,能量达到8.0 mJ,满足高功率XeCl准分子激光角多路系统建设需求。
关键词：准分子激光;XeCl激光;光束平滑;均匀性;放大自发辐射;散射

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发布时间：2020-08-12
毫秒激光金属打孔的解析和实验
秦渊,毕娟,倪晓武,沈中华,张喜和
2011, 19(2): 340-347. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0340

摘要：研究了用毫秒脉宽的长脉冲激光单个脉冲打深孔的成形过程和打孔速率。首先,由切割法得到了1 ms脉宽的Nd∶YAG高斯激光对厚铝板打孔时孔的形貌,激光能量为7.9和28.9 J时,对应的孔深分别为1.849和2.975 mm。根据实验建立了轴对称模型,通过热传导方程得到了固相温度的解析解。然后,假设物质一旦熔融就离开孔,由能量平衡原理得到了孔形状的表达式。实验发现随激光能量增加,孔深增加,计算与实验结果差异也增大;进一步的计算显示,在其他条件不变时,光束半径的变化对孔深的影响较大。因此,引入离焦效应对算法进行了改进,改进后的计算结果与实验总体相符。最后,研究了长脉冲激光对铝、铜、银和钛4种金属的打孔速率,结果表明,钛对激光吸收最强、热传导率能力最弱,打孔速率最大。
关键词：激光打孔;毫秒激光;打孔速率;离焦效应

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发布时间：2020-08-12
CO₂激光辐照氧化矾热像仪的实验
张来明,徐东东,亓风杰,王敏,谢冀江,郭劲,吴军辉
2011, 19(2): 348-353. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0348

摘要：为了研究波段内激光辐照焦平面阵列热像仪时的性能表现,设计了一系列视场内辐照实验。理论上采用了平顶高斯函数和有限个复高斯函数之和模拟激光器输出的平顶型光束以及激光器输出镜和光路中各种光学元件构成的光阑,结合近轴光学系统的柯斯林光束衍射公式计算了激光光束的传递以及变换。在实验中,通过在光路中放置单透镜光学元件以及调节该元件和激光器与热像仪之间距离的方法实现了实验室激光光束对热像仪的有效干扰。实验结果表明,通过设计的光路,连续的低功率激光能够对热像仪成像形成干扰,激光光束在热像仪焦平面上形成的弥散斑能覆盖热像仪近30%的像元,使热像仪无法识别背景目标物。理论分析与实验结果相符。
关键词：激光辐照效应;热像仪;CO₂激光

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发布时间：2020-08-12
掺硫硒化镓晶体在太赫兹波段的光学特性
罗志伟,古新安,朱韦臻,唐维聪,ANDREEV YURY,LANSKII Grigory,MOROZOV Alexander,ZUEV Vladimir
2011, 19(2): 354-359. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0354

摘要：利用太赫兹时域光谱技术测量了掺硫硒化镓(GaSe_1-xS_x)晶体在太赫兹波段的光学参数,包括折射系数、吸收系数等。使用自由空间电光取样法获得了太赫兹电磁波的脉冲波形,对不同硫掺杂量的硒化镓晶体进行了研究,在硫的掺杂量为0, 0.01, 0.14, 0.26, 0.37时,在0.2~2.0 THz测得了GaSe_1-xS_x的折射系数、吸收系数等光学参数。此外还在吸收光谱上观察到E'⁽²⁾和E″⁽²⁾两个声子振动模态,其强度与频率会随着硫的掺杂量而改变,且即使是微量的硫掺杂也会影响吸收光谱上的声子振动模态。最后,在相位匹配ee-e的条件下,模拟了利用锁模钛蓝宝石激光使此类晶体产生太赫兹辐射的可能性。
关键词：掺硫硒化镓晶体;太赫兹辐射;太赫兹时域光谱

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发布时间：2020-08-12
电激励重复频率非链式HF激光器
易爱平,刘晶儒,唐影,黄珂,黄欣,于力,马连英
2011, 19(2): 360-366. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0360

摘要：采用电子束和气体放电两种激励方式开展重复频率非链式HF激光研究。基于全固态脉冲功率源SPG-200建立了重复频率HF实验装置,探索了产生重频大面积均匀电子束的技术途径,利用法拉第筒对进入激光气室的电子束的轴向均匀性进行了诊断,开展了激光器输出特性研究和重频实验调试,在C₂H₆∶SF₆＝0.035,总气压为35 kPa时,激光器输出能量最大约为4.8 mJ,并实现了最高30 Hz的HF激光稳定输出。采用峰化电容及紫外自动预电离技术设计研制了放电激励重频HF激光器,研究了SF₆气体放电特性和重频运行稳定性。研究发现SF₆气体放电具有典型的辉光放电、电压维持和电弧放电三阶段特征。在充电电压为28 kV,总气压为12 kPa,C₂H₆含量为8%时,放电激励HF激光器最大脉冲能量约600 mJ,比能量输出达到8.5 J/l,激光器的电光转换效率约为2.5%。该激光器在1~50 Hz实现了重频输出,首脉冲能量>500 mJ,在10 Hz时稳定输出能量约为200 mJ。
关键词：非链式HF激光;重复频率;电激励;气体放电

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发布时间：2020-08-12
神光原型诊断设备:门控针孔分幅相机的研制
白晓红,白永林,刘百玉,秦君军,赵军平,王博,杨文正,缑永胜
2011, 19(2): 367-373. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0367

摘要：为满足X射线针孔分幅相机在神光Ⅲ原型中的安装与正常测试,在原有分幅相机成像理论的基础上,研制了新型结构门控针孔分幅相机。设计了锥筒针孔成像系统,用于排除系统内杂散光干扰,从而在原型靶室内顺利实现小孔成像。设计了新型分幅像管结构,利用长微带结构充分改善了耦合匹配参数, 利用新型荧光屏结构和装夹方式以及两块光纤面板耦合结构,实现在有限空间内成像仍为16幅。使用了屏压脉冲加电方式,使像管使用安全性能大大提高。设计了圆柱桶式真空密封结构,将相应的高压脉冲发生器和各种相机状态监测设备全部装入,并可通过PC104进行远程控制。
关键词：惯性约束聚变;超快诊断;微通道板;荧光屏

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发布时间：2020-08-12
光泵浦源重频运行稳定性
黄超,刘晶儒,于力,马连英,安晓霞,朱峰
2011, 19(2): 374-379. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0374

摘要：为了研究表面放电光泵浦源的重频运行稳定性,以高纯度Al₂O₃陶瓷作为放电基底,研制了重频分段线性表面放电光泵浦源模块,研究了不同条件下泵浦源模块的放电抖动和辐射强度波动。研究发现,当重复频率在1~10 Hz时,泵浦源的放电抖动主要受充电电压、触发脉冲电压和放电间隙长度的影响,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,基本不受混合气体气压和重复频率变化的影响。在合适的条件下,泵浦源的放电抖动<30 ns,辐射强度波动优于2%。研究结果表明,该光泵浦源模块的重频运行稳定性良好。
关键词：光泵浦源;重复频率;稳定性;表面放电

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发布时间：2020-08-12
使用长脉冲高能激光对石英玻璃打孔
戴罡,陆建,刘剑,张梁,倪晓武
2011, 19(2): 380-386. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0380

摘要：为了实现玻璃上的高效快速打孔,研究了使用长脉冲激光在石英玻璃上打孔的方法。通过在玻璃表面镀制ZrO₂,解决了石英玻璃对1 064 nm激光吸收弱的问题。使用脉宽为1 ms、波长为1 064 nm的Nd∶YAG激光在石英玻璃上打出了深为1.55 mm的锥形孔。研究了激光打孔的能效比,结果显示,当激光的能量密度为6.8 kJ/cm²左右时,打孔的效能比最大,并分析了可能的原因。根据膜层及基底的吸收系数随温度增加而增加的特性,分析了形成锥形深孔的机理。采用在玻璃的双面都增加吸收层的方法,在玻璃上加工出柱状通孔。最后,分析和讨论了吸收层的热学性质和光学性质对打孔的影响,为提高打孔效率提供了设计方案。实验结果表明,使用单脉冲ms激光能够高效地在玻璃上打出小深孔,为提高玻璃打孔效率提供了新的思路。
关键词：激光打孔;高能激光;长脉冲激光;石英玻璃

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发布时间：2020-08-12
非线性光学聚合物电光活性稳定性的快速老化模型实验
王希军,苏少昌
2011, 19(2): 387-391. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0387

摘要：利用旋涂法制取了掺杂型非线性光学聚喹啉材料的高分子材料薄膜,并用平板电场极化法对NLO聚喹啉材料的高分子材料薄膜进行了极化。然后,利用锁相放大器测量并给出了该高分子材料的线性电光系数(r₃₃)衰减曲线,唯象地引入双指数衰减模型的常数项,并据此模型得到了新的拟合曲线。提出了永久线性电光系数r₃₃(∞)系数和稳定性比ζ的参数描述及其物理依据。完成了1 300 nm和1 550 nm波长快速老化模型测量实验,分析了实验观察到的电光(EO)系数随时间衰减的现象及变化规律。利用此实验直接测量极化聚合物薄膜的电光系数,对于二阶聚合物的筛选和波导器件的制作具有指导意义。
关键词：非线性光学;极化聚合物;电光系数;快速老化

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发布时间：2020-08-12
用激光拉曼频移测定乙醇水溶液的浓度
吴斌,骆晓森,陆建,倪晓武
2011, 19(2): 392-396. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0392

摘要：为了进一步探索用激光拉曼光谱测定乙醇水溶液中乙醇浓度的方法,研究了室温下C-H伸缩振动频移与溶液浓度的关系。室温下,在Renishaw 1000型激光拉曼光谱仪上测得了不同浓度乙醇水溶液在500~4 000 cm^-1的拉曼光谱,发现溶液位于2 800~3 050 cm^-1的3个C-H伸缩振动特征峰的峰值位置相对纯乙醇对应峰位的偏移量大致与乙醇浓度呈线性相关。对各峰峰值位置随浓度变化发生偏移的实验数据进行一元线性回归,然后利用回归结果进一步进行二元线性回归,得到乙醇浓度与C-H伸缩振动频率变化量的回归模型。实验结果表明,C-H对称伸缩振动峰(位于2 882 cm^-1附近)对应的回归方程决定系数为0.962 2,-CH₃非对称伸缩振动峰(位于2 977 cm^-1附近)对应的回归方程决定系数为0.965 0,此二峰的频移量均与浓度呈现出较高的线性相关度,据此建立的二元回归方程决定系数达到0.98,可以用于常温下乙醇浓度的测定。实验研究表明,用激光拉曼光谱中乙醇分子的C-H伸缩振动频移测定室温下乙醇水溶液的浓度是可行的。
关键词：激光拉曼光谱;乙醇;浓度测度;C-H伸缩振动

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发布时间：2020-08-12
平滑化窄脉冲高功率准分子激光放大技术
赵学庆,刘晶儒,易爱平,薛全喜,华恒祺,钱航,郑国鑫,胡云,张永生,黄珂,黄超,于力
2011, 19(2): 397-406. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0397

摘要：对于高功率准分子激光,光学角多路和诱导空间非相干(EFISI)光束平滑是高功率准分子激光压缩脉宽、提高功率密度和实现靶面均匀辐照的有效途径,其应用涉及前端至靶前的各个环节,主要体现为平滑化窄脉冲激光的传输放大问题。首先介绍了基于散射法开展的部分相干源前端技术及脉冲整形的初步研究结果,利用直接法和反射率耦合方法,研究了5台激光放大器增益特性。然后,讨论了窄脉宽激光放大时的自发辐射放大(ASE)控制技术,最后,介绍了窄脉冲激光放大实验系统。实验获得了预期的实验结果,输出能量为5~6 J,激光脉宽约10 ns,聚焦光斑约Φ300 μm。单路系统实验结果表明,系统放大链和光学设计合理,基本满足角多路MOPA系统的技术验证要求,为系统工程设计奠定基础。
关键词：准分子激光;高功率激光;激光放大;光束平滑

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发布时间：2020-08-12
TEACO₂非稳腔激光器远场光束质量的评价
郭汝海,张合勇,王挺峰
2011, 19(2): 407-413. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0407

摘要：研究了对虚共焦非稳腔结构的脉冲TEA CO₂激光器远场光束质量进行评价的方法。首先将稳腔TEA CO₂激光器加工改造成非稳腔结构;然后从实际设计加工的数据出发,用3种常用形式对其远场光束质量进行理论评价与分析,并与设计的2 kW非稳腔激光器的实测远场光强分布实验结果进行了对比。理论和实验结果表明,非稳腔能够获得接近衍射极限的高质量单模光束,β因子是稳腔的4倍多;在同等功率水平下,采用非稳腔的激光器的远场功率密度是稳腔的19倍;非稳腔较小的遮拦比能获得远场较高桶中功率。实验表明,要全面地预测和评价所设计非稳腔激光器的光束质量,需要根据实际,综合地运用3种形式的理论评价体系。
关键词：脉冲TEA CO₂激光;非稳腔;远场光束质量

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发布时间：2020-08-12
单晶硅片在脉冲激光作用下的断裂行为
刘剑,陆建,倪晓武,戴罡,张梁
2011, 19(2): 414-420. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0414

摘要：基于脆性材料在激光辐照下的断裂行为,将可控断裂激光切割技术应用于脆性材料的加工。为了分析脉冲激光辐照脆性材料过程及脉冲激光扫描过程中产生的断裂行为机理,采用数值计算方法建立了含有裂纹的三维有限元热弹计算模型。分析了脉冲激光辐照单晶硅片过程中温度场和热应力场的变化情况,并模拟计算了硅片边缘含有裂纹时裂纹尖端应力强度因子的变化。计算结果表明,在激光加热区域前后位置存在两个拉应力区,且激光加热区域靠近硅片边缘位置时,硅片边缘会产生较大拉应力;脉冲激光扫描硅片过程中,裂纹尖端的应力集中现象诱发材料持续开裂并引导裂纹沿激光扫描方向扩展。得到的结果与文献报道的裂纹扩展过程相符。
关键词：单晶硅片;断裂;脉冲激光;热应力;应力强度因子

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发布时间：2020-08-12
金属材料表面激光耦合系数的反演
刘峰,王立君,王玉恒,杜太焦,韦成华
2011, 19(2): 421-428. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0421

摘要：为了能通过背光面温度测量获得材料激光耦合系数,从傅里叶热传导方程出发,在一定的近似条件下推导出了不透明金属材料的表面激光耦合系数与背光面温升的关系表达式,给出了工程反演算法。采用两种不同的方法对反演算法进行了验证:一是用反演算法计算30CrMnSiA材料的1.3 μm激光耦合系数,与文献报道的实验测量值进行比较;另外是实验测量4 mm-30CrMnSi钢板的背光面温升,反演得到1.3 μm激光耦合系数随辐照时间和温度的变化,然后数值计算背光面温升并与原始实验测量结果进行比较。验证结果表明,借助于背光面测温反演激光耦合系数的方法可行,精度可以满足激光辐照效应研究的要求。
关键词：激光技术;激光耦合系数;反演算法;金属板;温度分布

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发布时间：2020-08-12
高功率TEA CO₂激光器的双波长免调切换结构
邵春雷,宋晓峰,张来明,谢冀江,郭劲
2011, 19(2): 429-436. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0429

摘要：为在一台激光器上切换输出10.6/9.3 μm两种波长高能激光,采用输出镜镀膜选支方法获得了9.3 μm单谱线输出,其脉冲能量与原10.6 μm波长基本相当。设计出双波长密闭免调切换输出结构,利用有限元分析软件MSC.Patran/Nastran对该结构的切换移动平台组件进行了静力学、热应力及热力耦合分析,并基于Matlab软件,运用最小二乘法对分析得到的位移变形量拟合出输出镜镜面绕坐标轴的偏转角度。分析计算得到结构的最大应力为101 MPa,镜面的最大变形量为6.95 μm,镜面绕3个坐标轴的倾斜角度分别为0.07″,2.92″,0.009″。对研制出的实物装置进行发射试验,检测到两波长切换发射的指向性相对误差为8.7″。结果表明,该结构能够满足免调切换输出两种波长激光的性能参数要求。
关键词：高功率TEA CO₂激光器;双波长切换结构;有限元分析;最小二乘法

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发布时间：2020-08-12
长脉冲激光与硅相互作用气化过程的数值模拟
张梁,倪晓武,陆建,刘剑,戴罡
2011, 19(2): 437-444. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0437

摘要：为了研究毫秒量级脉宽激光与半导体材料的相互作用机理,建立了一维有限元模型,对长脉冲激光与硅相互作用的气化现象进行了数值模拟。在计算中,利用热焓法处理了固-液相变过程,并根据热流方程考虑了气化产生的能量损失。在入射激光功率密度相同的条件下,定量地描绘了不同脉宽激光辐照材料的温度分布,前表面的温度历史,以及气化速度和气化深度,并估算出气化深度为0.5 μm时,物质蒸汽使激光产生光学自聚焦现象的激光功率阈值仅为0.2 W,此阈值远小于长脉冲激光的功率。因此,在长脉冲激光与硅材料相互作用过程中,气化的物质蒸汽会使后续激光产生光学自聚焦现象。得到的结果可为长脉冲激光的应用提供理论依据。
关键词：ms脉冲激光;硅;气化速度;气化深度

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发布时间：2020-08-12
用于燃烧场诊断的分子滤波瑞利散射技术
王晟,刘晶儒,胡志云,张振荣,叶景峰,张立荣
2011, 19(2): 445-451. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0445

摘要：为了测量燃烧场的热力学性质,研究了分子滤波瑞利散射技术。分子滤波瑞利散射技术采用窄线宽激光器、分子滤波器和像增强CCD相机,通过分子吸收凹陷检测激光片照射流场产生散射光的频谱,抑制背景杂散光和米散射,解析流场热力学信息。建立了分子滤波瑞利散射诊断系统和分子滤波器,根据测得的滤波图像和碘蒸气吸收光谱,获得了甲烷-空气预混火焰的温度场和密度场。测量结果显示,距离标定燃烧炉表面15 mm处火焰的密度为0.19 kg/m³,温度为(1827±84) K,与CARS法测是结果基本吻合,测温不确定度为8%。分子滤波瑞利散射技术还成功应用于水雾和高速喷流结构的诊断,获得了激光作用区的湍流结构。实验表明,分子滤波瑞利散射技术能够测量燃烧场温度和密度,并能用于流场可视化。

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发布时间：2020-08-12
808nm千瓦级高效大功率半导体激光光源
单肖楠,刘云,曹军胜
2011, 19(2): 452-456. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0452

摘要：提出了一种新型光束整形技术,该技术通过平行平板玻璃堆实现光束的分割、平移、重排,从而改善半导体激光的光束质量。该试验采用自主设计的中心波长为808 nm,连续输出功率为60 W/bar,填充因子为30%,具有19个发光点,每个发光点尺寸为1 μm×135 μm的20层半导体激光叠阵,通过望远镜系统对慢轴方向进行扩束后用一个聚焦镜同时对快慢轴聚焦,最终在焦平面上得到了1 kW输出,且聚焦光斑达到1 mm×1 mm,耦合效率达到90%,基本满足激光熔覆和激光焊接的要求。
关键词：高功率激光器;半导体激光器;光束整形

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发布时间：2020-08-12
170ps激光脉冲辐照可见光面阵Si-CCD的实验
蔡跃,叶锡生,马志亮,王立君,冯国斌,陈林柱
2011, 19(2): 457-462. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0457

摘要：开展了532 nm ps激光辐照面阵Si-CCD的实验研究,建立了532 nm,170 ps激光辐照Si-CCD效应实验测量系统,观察到了各种典型的干扰和损伤效应现象并测量了阈值。对破坏后的CCD 器件的微观结构进行了显微观察,并深入分析了各种典型实验现象和电路层面的损伤机理。开展了10 ns和150 fs激光对CCD探测器的辐照效应实验,并对不同脉宽激光与CCD相互作用阈值的关系进行了比较分析。实验结果表明:激光能量密度为10^-8~10^-3 J/cm²时,会干扰CCD成像;激光能量密度超过10^-1 J/cm²时,则会出现CCD永久性损伤。
关键词：激光辐照;激光损伤;ps激光脉冲;Si-CCD;阈值

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发布时间：2020-08-12
脉冲紫外激光和X射线辐照Al靶冲量耦合的异同性
王玉恒,赵学庆,谭晓莉,刘峰,丁升
2011, 19(2): 463-469. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0463

摘要：为了探索不同脉冲束辐照热-力学效应的相似性关系,同时为实验室开展激光模拟X射线热力学效应研究提供参考,分析了脉冲紫外激光(0.308 μm)和X射线辐照Al靶喷射冲量的异同性。首先,对二者辐照热-力学效应机理的异同性进行了比较;其次,理论和实验研究了两种脉冲束辐照Al靶引起的喷射冲量,对较低能注量(小于100 J/cm²)条件下两种脉冲束产生喷射冲量的大小进行了对比。研究结果表明,在低能量密度条件下(小于100 J/cm²)由于没有等离子体屏蔽现象,两种脉冲束辐照靶材产生喷射冲量的机理近似。相同能注量条件下,激光与X射线辐照Al靶产生的喷射冲量具有相同的数量级,均小于10²。两种脉冲束在一定范围内具有一定的可比性。
关键词：脉冲紫外激光;X射线;铝靶;热-力学效应;喷射冲量;异同性

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发布时间：2020-08-12
采用光克尔快门提升激光脉冲对比度
贺俊芳,吴登科,王屹山,朱长军,吴真
2011, 19(2): 470-474. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0470

摘要：为了有效地提升激光脉冲对比度,提出采用光克尔快门技术对激光主脉冲进行选通来消除主脉冲前后的噪声。将激光脉冲分成两束,一束作为快门光控制光克尔快门,另一束作为待选通的光脉冲,这两束光在光克尔介质中空间交叉。调节光克尔快门的打开时间使其针对激光主脉冲进行选通,使在光克尔快门之外的光均被阻挡,由此有效地提升激光脉冲对比度。实验结果显示,光克尔快门持续时间为570 fs,选通效率为17%,激光脉冲对比度提升了大约10⁴倍,表明采用光克尔快门选通技术能够有效地提升激光脉冲对比度。
关键词：光克尔快门;激光脉冲;对比度;选通

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发布时间：2020-08-12
500fs紫外激光系统及其在闪烁体荧光特性测试中的应用
张永生,郑国鑫
2011, 19(2): 475-481. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0475

摘要：介绍了用于高速时间记录设备以及多种闪烁体材料时间响应特性测试的500 fs,248 nm超短脉冲紫外激光系统的构成及其主要技术参数。系统的核心部分是一个分布反馈染料激光器,即一个稀疏刻线光栅的动态像。像的长度和染料溶液的折射率决定了脉冲的最短宽度,并且通过改变动态光栅的间距就可以改变输出光谱。在实验条件下,分布反馈染料激光器输出波长为496 nm,倍频后为248 nm,与KrF准分子激光放大器工作波长匹配。放大器介质的低饱和能量密度和三程离轴放大技术使得输出激光的强度分布非常均匀,这对于标定快速记录器件极其有利。利用该系统对ZnO∶Ga薄膜闪烁体在超短紫外激光激发下的荧光特性进行了测试,建立了荧光传输光路,解决了散射激光干扰和荧光高效率收集等问题。测量得到其荧光光谱为380~410 nm,中心波长为392 nm,荧光响应时间约为80 ps。最后,讨论了在现有实验条件下影响测量结果的一些因素。
关键词：紫外激光;闪烁体;荧光特性;时间响应特性

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发布时间：2020-08-12
切向空气气流对激光烧蚀碳纤维复合材料过程的影响
陈敏孙,江厚满
2011, 19(2): 482-486. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0482

摘要：研究了靶材表面存在和不存在切向空气气流时,975 nm连续激光对碳纤维增强树脂基复合材料的辐照效应。两种情况下靶材的动态响应过程明显不同,没有切向气流时,激光辐照1.28 s后,向外喷出的热分解产物在空气中燃烧,出现火焰同时伴有浓烟;有切向气流时,没有观察到带火焰和浓烟的燃烧现象,而是在激光辐照后的瞬间,激光作用区出现灼烧状亮斑,并间歇有少许颗粒向外喷出。分析认为,向外溢出的树脂基热分解产物会抑制氧气向靶材表面扩散,从而对碳纤维具有保护作用;切向气流的加载不仅会破坏热分解产物对碳纤维的保护作用,还会促使氧气到达碳纤维表面,进而导致碳纤维在较低的温度(约850 ℃)发生氧化烧蚀。
关键词：激光辐照;碳纤维复合材料;切向气流;氧化烧蚀

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发布时间：2020-08-12
受激布里渊散射中Stokes光的反Stokes散射与慢光效应
朱永祥,陆启生
2011, 19(2): 487-492. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0487

摘要：为研究受激布里渊散射(SBS)慢光效应的物理机制,研究了Stokes光与布里渊声场之间的反Stokes散射,以及它与SBS慢光之间的内在联系。理论上证明了在SBS中除了泵浦光外,Stokes散射光与布里渊声场之间也满足散射条件,可发生反Stokes散射。该散射过程是泵浦光的Stokes散射的逆过程,因此泵浦光和Stokes光在布里渊声场中经历往返式散射。在此物理前提下建立了SBS慢光模型,其中Stokes光经历多次散射而光程变大,从而产生了慢光。模型所给出的Stokes脉冲的慢光延迟量与前人得到的结果吻合,表明SBS中存在Stokes光的反Stokes散射,多次散射导致的光程变大是产生SBS慢光效应的物理根源。
关键词：受激布里渊散射;慢光;反斯托克斯散射

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发布时间：2020-08-12
强光辐照下主镜表面散射引起的视场内杂光分布
孙可,江厚满,程湘爱
2011, 19(2): 493-499. DOI: 10.3788/OPE.20111902.0493

摘要：在强光辐照情况下,主镜表面粗糙度产生的散射是引起反射系统视场内杂散光的主要因素之一。本文针对主镜的散射,提出了一种简单的处理方法。采用双向散射分布函数(BSDF)描述散射的角分布特性,推导了平行光平行于光轴入射时主镜焦平面上的散射光强分布表达式,并将其与衍射光强分布表达式联立,得到了焦平面上以几何像点为中心,散射与衍射强度相等时的特征半径。该特征半径将焦平面上的光强分布分为两个区域,在强光辐照下这两个区域的饱和效应机理不同:特征半径以内,衍射强度大于散射强度,饱和效应主要由衍射贡献;特征半径以外,散射强度大于衍射强度,散射是该区域饱和的主要因素。仿真实验表明,对于半径为115 mm,焦距为-757 mm,入射波长为550 nm时表面粗糙度为10 nm的主镜,其特征半径约为0.843 mm,该结果与表达式计算结果相符,说明了计算表达式的正确性。
关键词：辐照效应;反射系统;表面散射;视场内杂散光;衍射;双向散射分布函数

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