激光束经离轴抛物面镜聚焦后光斑特性的研究

从几何光学和物理光学出发,对抛物面镜以离轴90°的方式应用于激光束的聚焦光路时,光轴的角度失准和入射光发散角对聚焦光斑造成的影响进行了分析.基模高斯光准直入射时,由于抛物面镜无球差,焦斑的峰值光强将与入射光直径的平方成正比.光线追迹法证明角度失准导致产生一对相互垂直的焦线,由衍射光学知入射的高斯光将转变为类椭圆高斯光,降低了焦面处的峰值光强.抛物面镜对入射角失准的敏感度极高,mrad量级的误差就足以使焦面处的峰值光强降低一半左右.而且,入射光束直径的增大又将大幅度降低对角度失准的容忍度,使焦面处的峰值光强对失准更敏感.同时也证明发散角的存在将导致产生彗差,亦降低其峰值光强.     

20TW亚皮秒激光系统(SPS)与中子产生实验研究

利用啁啾脉冲放大技术 ,建成了一台基于钕玻璃放大器 10 5 3nm波长的亚皮秒超短脉冲激光系统 (SPS)。系统的输出峰值功率大于 2 0TW ,靶面最高能量可达 16J ,采用离轴抛物面反射镜聚焦 ,在靶面上获得 2× 10 18W /cm2 的激光功率密度 ,以此激光脉冲轰击氘化聚苯乙烯平面靶 ,获得单次发射最高 2 4× 10 4个中子产额。对中子产生的机理进行了相关的讨论     

离轴抛物面镜在温度传感器校准系统中的应用

为了改善温度传感器动态校准系统中的晶体透镜对激光束的聚焦效果,使用离轴90°抛物面镜代替晶体透镜对系统进行了改造,通过几何光学方法,对离轴90°抛物面镜应用于激光聚焦光路时的光轴的角度失准对聚焦光斑造成的影响进行了分析,并利用改进后的系统对CHAL-010型热电偶进行时间常数测试和动态校准实验,得到了CHAL-010型热电偶在温度阶跃为242℃左右时的时间常数值,完成了该热电偶的动态校准.结果表明,采用离轴90°抛物面镜代替温度传感器动态校准系统中的晶体透镜能达到温度传感器动态校准的目的.     

飞秒激光对离体兔巩膜的光离解作用

为探索飞秒激光在兔眼巩膜上产生光离解作用的可行性,并寻找适当的激光切割方式及相关参数,将不同脉冲能量的飞秒激光(800nm/50fs)聚焦后作用于离体兔眼巩膜。通过计算机控制的三维平台的定向移动,飞秒激光能够在兔眼巩膜上完成打孔、蛇形扫描和线性切割三种方式的光离解作用。应用光学显微镜和扫描电镜(SEM)观察激光作用后巩膜的形态学变化,并用Nd∶YAG激光作为对比。实验结果表明,飞秒激光经过显微物镜(NA0.2)聚焦后,当其功率密度达到或超过9.55×1014W/cm2,脉冲能量在37.5~125μJ变化时,激光以0.1mm/s的速度线性扫描巩膜能形成深度为30~70μm的沟道;当激光的功率密度减小至7.96×1014W/cm2,脉冲能量小于31.25μJ/pulse时,在相同条件下却不能产生光离解作用。与Nd∶YAG激光相比,飞秒激光在兔眼巩膜上切割瘘道的内壁更加光滑整齐,对周围的组织损伤更小。飞秒激光对离体兔眼巩膜高精度和微创伤的光离解作用,预示了它在未来青光眼治疗中有潜在的应用价值。     

功率密度对等离子体冲击波力学效应的影响

为了研究入射激光功率密度对等离子体冲击波力学效应的影响,利用波长1.06μm,脉冲能量42mJ~320mJ,脉宽10ns的Nd:YAG激光作用在Al靶上,研究了冲量耦合系数Cm和激光功率密度I0的关系.实验发现靶材在离焦度χ不同时,Cm和I的变化关系相似,而对应的最佳功率密度明显不同.在功率密度由低慢慢升高过程中,冲量耦合系数先随功率密度升高而增加,升到最大值后随功率密度增加而减小.通过分析激光等离子体的吸收作用和离焦度不同时激光和靶相互作用机理的不同,认为Cm出现峰值主要是受等离子体屏蔽效应的影响,稀疏波的作用使得焦斑处最佳功率密度最大,而焦斑处空气击穿消耗能量导致焦后Cm峰值减小.     

一种新型皮秒脉冲激光器

一种新型皮秒脉冲激光器由序列脉冲激光的产生、单脉冲激光的选取、放大和倍频等部分组成,激光器工作物质选用Nd∶YAG晶体,用两个格兰棱镜分别作为起偏器和检偏器,激光器的振荡级利用被动锁模染料产生的锁模序列脉冲激光,经过单脉冲选择器选取出其中的一个单脉冲激光,再经激光器放大部分的放大和倍频晶体的倍频后,激光器最终输出能量为120mJ,脉冲宽度为100ps,波长为532nm的单脉冲激光,其功率约为1.2×109W,功率密度约为4.2×109W/cm2,系统的外触发同步精度优于2μs。     

飞秒强激光与低密度等离子体相互作用原初过程的实验研究

近年来随着啁啾脉冲放大（ＣＰＡ）技术的应用,激光器件有了长足的发展,系统地研究超短超强激光与等离子体相互作用中等离子体波的产生机制和发展过程,对理解基于等离子体波的电子加速机制和实现等离子体波电子加速器有重大意义． 我们的激光源为太瓦超短超强激光装置（脉宽为 ４５ ｆｓ,输出功率为 ２×１０１２ Ｗ）,采用离轴抛物面镜为聚焦镜,真空焦斑宜径小于２０ｕｍ　,聚焦功率达到 ５×１０１７ Ｗ／Ｃｍ２,我们在电磁气体阀的基础上设计加工了毛细管靶．激光聚焦于真空靶室内毛细管入口,由脉冲延时器控制激光、喷气和数据…     

离焦量对空气中纳秒激光打孔效率的影响

用波长1.06μm,脉冲半峰全宽(FWHM)约10 ns的Nd∶YAG激光照射在薄铜靶上,研究了打孔效率同离焦量之间的关系。实验中脉冲能量分别为26 mJ,52 mJ,85 mJ,204 mJ和274 mJ,在各脉冲能量下,改变离焦量,测出相应的打孔效率。结果表明,离焦量是影响打孔效率的重要因素;实际打孔过程中,采用较低的激光功率密度和 3~ 4 mm的离焦量是合理的选择。当离焦量d<0时,打孔效率主要由激光照射产生的热烧蚀、等离子体屏蔽两个物理机制决定;当离焦量d>0时,打孔效率是激光照射产生的热烧蚀、等离子体屏蔽和焦斑处空气等离子体辐射的促吸收效应共同作用的结果。     

10 PW激光装置终端聚焦光场参数的测量与优化

聚焦光场强度是超强超短激光与物质相互作用实验中最为核心的技术指标之一。本文提出了10 PW激光系统在真空条件下聚焦光场的参数测量方案,解决了终端物理靶场在真空环境中难以实现激光参数准确测量的难题。该方案通过平场消色差物镜和大口径光学器件优化设计,降低了取样测量系统引入的色差和单色像差。利用理想光源对取样测量系统进行标定,结果显示,该系统引入的波前畸变峰谷值(PV值)为0.106μm,均方根值(RMS值)为0.016μm,接近测量仪器的最小极限值,对主激光测量误差的影响可以忽略。同时,取样测量系统实现了终端变形镜与波前探测器的严格物像共轭关系,保证了自适应光学系统波前校正效果最优。通过对比空气条件和真空条件下的波前和焦斑测量结果,验证了取样测量系统的有效性。在真空条件下,利用该取样测量系统对激光脉冲进行波前、焦斑测量和优化,获得了接近衍射极限的聚焦焦斑。2.7 PW激光脉冲经焦距为2000 mm的离轴抛物面镜聚焦后,聚焦光强可达到4×10²¹W/cm²,能为物理实验提供极端的物理条件。     

TEA CO_2激光光电转换效应研究

用TEA CO_2激光脉冲聚焦在真空池中的金属靶上,激光产生等离子体的反向喷射会在器壁和金属靶之间产生电压脉冲.实验研究了光束聚焦情况和真空度对光电转换效应的影响.当峰值功率密度为1.4×10~9瓦/厘米~2时,最大脉冲输出电压为300伏,总体效率为0.01%.采用二个分离的收集极可以测量等离子体的膨胀速度.     

一种用于光学薄膜表面无损表征的原子力显微镜

研制了一种用于大面积光学薄膜表面无损表征的新型原子力显微镜(AFM)。利用开放式样品台及探头系统可检测大尺寸、大重量的样品。样品最大尺寸可达600 mm×1000 mm。利用X、Y方向上的步进电机可实现探头在大尺寸样品表面任意位置的定位。另外还设计了优化的光点跟踪光路以实现大范围扫描成像,在扫描范围和反馈范围增大的同时,保持了较高的精度。利用步进电机和扫描器配合扫描,可得到序列图像,通过序列图像的拼接可获得更大范围的扫描图像。本文中测试了三种大面积薄膜样品,实验结果表明,单幅扫描图像最大范围达20 μm×20 μm,同时保持高的横向及纵向分辨率。     

激光辐照TiO2/SiO2薄膜损伤时间简捷测量

为了测量激光辐照薄膜的起始时间,采用了一种简洁易行的测量方法,利用波长1.06μm和1.315μm连续激光以及1.06μm单脉冲激光辐照典型薄膜光学元件,通过探测器接收激光脉冲信号和薄膜表面的激光反射信号,薄膜表面反射信号在激光辐照过程中的某个时刻发生突变,发生突变的时间对应着薄膜发生损伤的时间。得到1.06μm连续激光强度为7133W/cm2时,反射信号在0.8 s发生突变,强度为11776W/cm2时,反射信号在0.4 s发生变化;1.06μm单脉冲激光能量为48.725mJ,97.45m J,194.9m J时,薄膜损伤时间为3.63ns,2.727ns和1.09ns;1.315μm连续激光强度为2743W/cm2时,反射光信号在辐照时间t=3.44 s发生突变;强度为4128W/cm2时,薄膜表面反射光信号在辐照时间t=1.44s发生突变。结果表明,通过测量薄膜表面反射信号的突变来确定薄膜损伤的起始时间,对于薄膜抗激光加固,以及提高光电系统的抗激光能力有着重要的意义。     

多棱镜激光扫描非球面透镜聚焦系统研究

为了提高激光打孔生产质量和降低生产成本,提出了一种多棱镜旋转扫描非球面透镜聚焦在线打孔方案。系统将CO2激光器发出的连续光束经光调制器入射在多棱镜的其中一个表面上,光束经过反射依次扫入聚焦透镜组中。由于轴外像差和扫描速度失真会引起聚焦光斑的线性畸变,从而导致打孔形状的变化,通过选取非球面透镜对光束整形,在聚焦同时调整聚焦光斑的形状以控制打孔的形状。结果表明,在扫描系统中线性误差可控制在0.5%内,打孔大小形状满足生产要求,与传统激光打孔方式相比,提高了打孔的质量与效率。     

Prepulse-free petawatt laser for a fast ignitor

We have developed a prepulse-free short-pulse Nd:glass laser system of 0.9-PW peak power to heat a pre-imploded high-density plasma. An optical parametric chirped amplification system is introduced to reduce the prepulses to an amplitude (1.5/spl times/10/sup -8/) of that of the main pulse. The compressor is a double-path grating pair system 94 cm in diameter compressing the 50-cm-diameter laser beam to 470 fs. An off-axis parabolic mirror has focused the 420-J energy to an intensity of 2.5/spl times/10/sup 19/ W/spl middot/cm/sup -2/. Part of the front end of the chirped pulse is seeded into the preamplifier of the GEKKO XII laser, used to implode a pellet target, to enable the petawatt laser to irradiate the pre-imploded pellet during stagnation of a few tens of picoseconds.     

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.     

近距离激光武器光学系统特性分析

对强激光近距离毁伤光学系统进行了优化设计,通过理论分析和外场实验研究了基于椭球镜光学系统的聚焦特性,并与传统的基于抛物面镜的光学系统进行了比较。优化了强激光近距离毁伤系统的发射光学系统,对光学系统的聚焦光斑进行了理论计算和仿真,分析了不同系统的激光光斑大小和功率密度。最后,通过外场毁伤实验,对设计结果进行了验证。实验结果表明,基于椭球镜的强激光近距离毁伤光学系统具有更小的衍射光斑分辨率和更高的能量集中度。     

基于1.06/1.54μm激光的离轴折反式平行光管物镜设计

设计了λ1=1.06μm,λ2=1.54μm,f=1000mm,D=167mm,2ω=0.6°的平行光管物镜,由于系统要求低成本、中心无遮拦且结构简单紧凑,故采用离轴折反射结构形式.初始结构中,主镜采用抛物面反射镜,在其成像光束中加入一个光焦度为零且有空气间隔的同种材料组成的双透镜组,消除了正弦差.同时为了减小补偿透镜组的口径,使它们适当地靠近像面位置.利用ZEMAX优化结果表明传递函数达到衍射极限,完全满足设计要求.     

波前像差对超短飞秒激光脉冲聚焦特性的影响

为了研究波前像差对超短飞秒激光脉冲聚焦特性的影响, 基于瑞利-索末菲标量衍射理论, 对比研究了在散焦、像散、慧差、三叶形像差以及球差等各类波前像差下, 均匀强度分布和高斯强度分布的超短飞秒激光脉冲的聚焦特性。结果表明, 波前像差对均匀强度分布的飞秒脉冲在焦平面处的光强分布具有明显的不利影响, 从而降低飞秒脉冲的聚焦峰值功率, 而对高斯强度分布的飞秒脉冲影响相对较小, 即在高斯强度分布下, 在焦平面处仍然有可能获得较好的、近衍射极限的聚焦光斑; 在非焦平面处, 即使初始脉冲具有高斯强度分布, 非焦平面处的光强分布受各类波前像差的影响也较为明显; 对于所研究的30fs(1/e2半宽度)超短脉冲, 波前像差对脉冲持续时间的影响几乎可以忽略。此研究结果对超短飞秒激光束的光束质量评估及聚焦特性分析具有实际的指导意义。