组合脉冲激光铝等离子体的数值模拟研究

为了获得组合脉冲激光诱导等离子体光谱性能增强的物理机制, 基于FLASH程序模拟计算了预脉冲参数对组合脉冲激光诱导的铝等离子体参数时空分布的影响, 获得了在不同预脉冲波长和不同预主脉冲延时下产生的铝等离子体电子温度、电子密度和烧蚀质量的空间演化规律。结果表明, 在预主脉冲总能量相同的情况下, 随着预脉冲波长从0.266μm变化到1.064μm, 高温环境氦气等离子体羽辉的空间范围从0.7cm增大到3.0cm, 但组合脉冲对靶材的烧蚀效率严重下降, 而铝等离子体的最大电子温度保持稳定; 此外, 组合脉冲的时间延迟低于100ns。该研究可为组合脉冲激光诱导击穿等离子体光谱增强技术提供理论参考。     

毛细管快放电中的管壁烧蚀

介绍了一台毛细管快放电软X射线激光实验装置，包括Marx发生器，Blumlein传输线和毛细管放电室等。在充入相同气压的气体(70～90Pa)和相同主脉冲(电流峰值30kA，上升沿30ns)放电条件下，通过观测其放电后的真空紫外波段辐射，对分别采用该装置固有的幅值为7kA和外加的幅值为30A的两种预脉冲时，聚乙烯毛细管和陶瓷毛细管的管壁烧蚀情况进行了研究。实验结果表明，采用7kA预脉冲和聚乙烯毛细管时，管壁烧蚀量大，导致真空紫外波段的积分谱呈连续状；而采用10～30A的预脉冲和高纯度陶瓷毛细管时，则有效地减少了管壁烧蚀量，谱线分辨性好。为进一步提高X射线激光能量转换效率、获得均匀等离子体柱、进而获得激光放大提供了依据。     

基于阴影法的脉冲CO2激光Sn等离子体羽辉膨胀特性研究

基于阴影法测量了脉冲CO2激光Sn等离子体羽辉在缓冲气体中的膨胀特性,得到了羽辉边界位置及其等离子体碎屑动能随延时的变化规律,并利用修正的阻力扩散模型拟合了实验数据。研究表明,在入射激光脉冲能量为400mJ,脉冲半峰全宽为75ns,缓冲空气气压为1000Pa时,初期(延时小于100ns)Sn等离子体羽辉边界的膨胀速度可以达到3cm/μs,随着延时的增加,由于背景气体分子的热碰撞阻力作用,羽辉粒子的速度急剧下降,后期(延时大于800ns)羽辉碎屑离子膨胀速度降到了0.3cm/μs。修正的阻力扩散模型拟合的结果表明等离子体羽辉膨胀的极限尺寸xst=15.2mm,实验测试结果表明,羽辉碎屑粒子运动的极限距离约为16mm,理论模型与实验结果吻合较好。     

双脉冲、双波长巨脉冲Cr:LiSAF激光器

在闪光灯抽运Cr:LiSAF激光器中插入棱镜分束器获得了860～920nm可调谐双脉冲、双波长巨脉冲激光输出。研究了两输出巨脉冲激光脉宽和能量与抽运能量的关系;获得了两巨脉冲激光间最佳的延时调节范围为0～20μs。     

5kV重复频率高压脉冲电源设计

针对毛细管放电X线激光的研究中气体预电离对电源的要求,设计一种重复频率的高压脉冲电源。采用可调直流高压电源和储能电容器作为能源系统,利用固体开关作为主放电开关控制脉冲宽度和频率,最后通过脉冲变压器升压在负载上得到所需的电压脉冲。整个系统利用计算机和数据采集控制卡实现程控。实验结果表明5kV重复频率高压脉;中电源的最终输出脉冲电压范围为3-5kV可调：脉冲宽度范围为2-20μs可调：脉冲频率范围为1～200Hz可调;脉冲电流最大100A。     

放电电极对毛细管放电软X光激光的影响

自软X光激光发现以来,实现低激发阈、台式软X光激光一直是一个十分重要的研究方向.利用毛细管放电激励产生软X光激光,是实现台式软X光激光的主要方案之一.实验采用20 cm长的毛细管,利用X射线二极管(XRD)探测了毛细管放电抽运软X光46.9 nm激光输出.研究表明,放电电极的材料并不是影响激光输出质量的决定性因素.但考虑到电极元素的飞溅,在长时间的实验研究中,选择钼电极更为有利.电极形状在放电过程中只影响预脉冲的导通情况,而对激光影响并不大.在更长毛细管的实验中,选择锥状端面的电极将有利于预脉冲的导通,以便获得激光输出.     

长脉冲紫外预电离TE CO2激光器

研制了一台增益体积为1.17 L的长脉冲紫外预电离TE CO2激光器。基于Pulser/sustainer技术,设计了独立可控的双高压开关抽运电路。在激光混合气体比CO2∶N2∶He=1∶2.5∶13,总气压30 kPa时,以6 nF的Pulser电容控制100 nF的Sustainer电容,获得稳定的辉光放电,激光比注入能量达1.607 J/(kPa.L),其中,Pulser能量不到全部注入能量的5%。另外,在保持Sustainer总电容100 nF不变的情况下,设计了两种脉冲宽度略有不同的Sustainer电路,均获得了稳定的辉光放电,实验测量了放电电压、放电电流与输出激光脉冲波形,并分析了Sustainer放电的阻抗特点。激光器采用“Z”形折叠腔结构,输出激光脉冲宽度达20μs,电光转换效率超过12.0%,最大脉冲能量为6.5 J。     

1064nm可编程半导体激光脉冲种子源的研究

为了运用主振功率放大技术获得纳秒量级的高功率密度激光脉冲,设计了一种运用于主振功率放大的半导体激光种子源,通过编程可输出多种形状光脉冲,并采用主动脉冲外形控制技术提高了输出光脉冲的波形质量。实验中研制了高速大电流驱动模块和可编程多种调制波形发生器,并采用了1064nm量子阱分布反馈的大功率半导体激光器。结果表明,该种子源脉冲光功率优于200mW、动态范围优于20dB、脉冲宽度40ns~1μs和重复频率0MHz~5MHz可调,可编程控制输出多种波形。     

气体组份和峰化电容对脉冲HF激光输出特性的影响

研究了气体组份和峰化电容对紫外光预电离脉冲HF激光器性能的影响。实验发现最佳气体混合比为SF6 C2 H6 =2 0∶1,峰化电容和主放电电容的最佳比为Cp Cs =0 3,在最佳气体混合比时 ,最大激光脉冲能量和对应的总气压随充电电压的提高而增大。另外 ,激光脉冲宽度随气压的升高而减小。得到了 4 0 0mJ的能量输出 ,脉冲峰值功率为 1 5MW ,激光能量比输出达 31 7J l·atm ,最大电光转换效率约为 2 2 %。     

5 kV重复频率高压脉冲电源设计

针对毛细管放电X线激光的研究中气体预电离对电源的要求,设计一种重复频率的高压脉冲电源.采用可调直流高压电源和储能电容器作为能源系统,利用固体开关作为主放电开关控制脉冲宽度和频率,最后通过脉冲变压器升压在负载上得到所需的电压脉冲.整个系统利用计算机和数据采集控制卡实现程控.实验结果表明5 kV重复频率高压脉冲电源的最终输出脉冲电压范围为3～5 kV可调;脉冲宽度范围为2～20 μs可调;脉冲频率范围为1～200 Hz可调;脉冲电流最大100 A.     

激光诱导Al等离子体中电子密度和温度的实验研究

激光烧蚀等离子体在微量元素分析方面有着重要的应用背景，而缓冲气体的种类及压力对激光等离子体的特性有重要影响。报道了以氦气、氩气、氮气和空气作为缓冲气体，实验测定了不同气压下Nd：YAG激光烧蚀Al靶产生的等离子体中的时间分辨发射光谱，利用发射谱线的Stark展宽和相对强度计算了等离子体中的电子密度和温度，得到了在不同缓冲气体中激光诱导Al等离子体的电子密度随延时、气压的演化规律，同时得到了电子温度的时间演化特性。实验结果表明，电子密度的数量级约为10^17cm^-3，电子温度测量值约为10000K，二者都是在激光脉冲后随时间快速衰减，直到4μs以后达到一个较低的水平并缓慢变化，其中以氩气作为缓冲气体时等离子体中的电子密度最大。     

信号光脉冲比抽运光窄12倍的内腔式KTP光参量振荡器

在闪光灯抽运的非稳腔Nd∶YAG被动调Q激光器腔内,放置非临界相位匹配KTP晶体,构成内腔式单谐振KTP光参量振荡器(OPO)。研究了输出信号光的波长调谐性能,获得1.57~1.60μm可调谐激光脉冲。实验结果表明,1.57μm信号光的输出能量随着光参量振荡器腔长的增加而减少,脉冲宽度随着腔长的增加而有所变化;抽运能量较大时,转换效率随着抽运能量的增加趋于饱和然后逐渐下降;对此给予了合理的理论解释。当光参量振荡器的腔长为5 cm,1.06μm抽运光脉冲宽度为30 ns时,输出的1.57μm信号光的脉冲宽度为2.5 ns,能量为21.3 mJ。1.57μm信号光的脉冲宽度仅为1.06μm抽运光脉冲的1/12,总的电光能量转换效率为0.128%。     

激光二极管列阵抽运的高稳定Nd：YLF环形激光器

成功研制了一台激光二极管列阵(LDA)抽运的高稳定Nd:YLF环形激光器.用输出激光强度负反馈控制谐振腔的增益,建立了准连续的～100 μs宽预激光状态,然后在此预激光基础上调Q.由于预激光模式与谐振腔固有模式一致并且具有一定强度,调Q脉冲的建立时间和幅度都很稳定.实验结果为:输出调Q脉冲强度起伏不超过4.3%,时间抖动小于±4 ns.     

激光脉冲频率对纳米Si晶薄膜形貌的影响

在气压为10 Pa的惰性气体Ar环境下,采用XeCl准分子激光器(波长308 nm),调整激光单脉冲能量密度为4 J/cm2,激光烧蚀电阻率为3000Ω.cm的高纯单晶Si靶,在玻璃或Si衬底上沉积制备了纳米Si晶薄膜。实验中靶和衬底间距离保持为3 cm,对衬底既没有加温也没有冷却。拉曼(Raman)谱测量结果表明,所制备的薄膜中已有纳米Si晶粒形成。保持脉冲总数不变,分别取激光脉冲频率为1 Hz,3 Hz,10 Hz和20 Hz,相应沉积时间约为10 min,3.3 min,1 min和0.5 min,采用扫描电子显微镜(SEM)观察所得样品的表面形貌,不同脉冲频率下的结果比较显示,脉冲频率越大,制备的纳米Si晶薄膜的平均晶粒尺寸就越小,晶粒尺寸分布也越均匀。沉积动力学过程的非线性是导致实验出现该结果的原因。     

激光二极管双端面抽运Tm:Ho:GdVO4 2 μm激光器

报道了激光二极管(LD)双端面抽运Tm∶Ho∶GdVO4固体激光器,在2.049μm处获得连续(CW)和准连续(QCW)激光输出。激光二极管为光纤耦合输出,光纤芯径400μm,数值孔径0.22,输出波长805 nm。激光二极管额定输出功率27.7 W,均分为两束双端面抽运激光晶体。晶体尺寸为4 mm×4 mm×7 mm,Tm,Ho掺杂原子数分数分别为5%,0.5%。分析了Tm∶Ho能级系统的主要能级跃迁和能量转换损耗。为提高激光器的输出功率和转换效率,激光晶体采用液氮制冷。在重复频率5 kHz,10 kHz,20 kHz,调Q以及连续运行模式下,获得了9.4~10.1 W的激光输出,光-光转换效率为34%~36%。最大单脉冲能量为1.9 mJ,最大峰值功率为0.13 MW。讨论了抽运光功率和重复频率对激光脉宽的影响。     

激光二极管抽运声光调Q高重复频率473nm激光器

实现了重复频率高达100kHz,紧凑的全固态激光二极管抽运的声光调Q473nm腔内倍频蓝光激光器。使用5mm长的Nd∶YAG作为激光介质,倍频采用了10mm长的I类非临界匹配LBO晶体,激光器外形尺寸为11cm×6cm×3cm。使用2W的激光二极管抽运,20kHz重复频率下,得到平均功率为64.8mW的473nm稳定输出,总光光转换效率为3.2%。在1kHz重复频率下,得到脉冲宽度为23ns,峰值功率接近700W,单脉冲能量达到16μJ的稳定的473nm激光脉冲。推导了准三能级系统的储能公式。此公式与以前的结果不同,认为有效储能时间不等于上能级寿命。通过实验结果的分析验证了这个结论。     

862nm扇面光束脉冲激光器模块

设计并制作了一种新颖的扇面光束半导体激光器模块,并在模块中集成了高输出电压、高重复频率驱动电路.该模块由多个LD芯片在慢轴方向沿圆弧排列而成,采用微柱透镜和平凸柱面镜对LD快轴光束进行准直.驱动电路采用DC-DC电路产生高电压、采用门电路延迟法产生驱动电脉冲.实验测试表明:该模块峰值光功率为1 750 W,光脉冲宽度为6 ns,脉冲间隔为20μs,光束水平发散角为41.2°,垂直发散角为0.23°;可以实现大视场空间、低间隔时间光束发射.     

添加Ne,Ar对N2激光器的影响

本文描述了在汤逊脉冲实验中,添加Ne或Ar气对N2分子激光器的影响。研究结果表明,激光在阴极所释放的初始电子数n0增加约3～6倍。但添加Ne气将使激光脉宽延长10%～25%,而添加Ar气激光脉宽变化甚微。