全吸收旋转式高能激光能量计吸收腔设计

为了解决高能激光总能量测量中所面临的抗激光损伤能力问题,设计了一种新型旋转式全吸收激光能量计,具有测量不确定度低、系统结构简单、环境适应性强等诸多优点,尤其在长时间出光的强激光能量测量中具有独特优势。光线追迹软件数值模拟结果表明激光辐照过程中能量逃逸率小于0.3%。利用有限元软件,模拟计算了连续激光辐照下能量吸收体的温度场分布和最高温升情况,给出了热吸收体最高温升与旋转速度的关系,分析了测温探测器安装深度对温度传感器测温曲线的影响。该旋转式能量计完全可以满足数十兆焦耳激光能量测量要求,也为更高能量的激光参数测试提供了一种全新的技术手段。     

高能激光能量直接测量技术及其发展趋势

高能激光功率高、能量大,造成激光能量计容易损坏和测量不确定度增加。围绕上述问题对国内外现有的几种高能激光能量直接测量方法进行了比较和归纳,对各种技术的优点和缺点作了深入的分析,在此基础上阐述了高能激光能量直接测量技术的发展趋势。研究表明,提高热交换效率是提升高能激光能量计测量能力最高效的措施,尤其是在采用体吸收模式和强制热交换模式的情况下这种效果更加明显;消除吸收体上温度梯度对吸收体材料比热和温度传感器响应时间的影响是提高被动吸收型高能激光能量计测量准确度的关键,在水流冷却型高能激光能量计和水流直接吸收型高能激光能量计中消除水流相变的影响和控制水流温度场不均匀造成的影响则是保证温度准确测量的关键。目前各种高热交换效率和新体制的测量方法得到快速发展和应用,系统的测量能力和测量准确度大幅提高,为了适应未来长时间测量需求,能量累积型高能激光能量计逐渐被功率平衡型高能激光能量计所替代。     

大口径高能量激光测量中后向散射能量研究

锥形吸收腔高能量激光能量计测量过程中的后向散射能量分布是影响测量准确度的一个关键参量.依据锥形腔能量计内表面与入射激光相互作用的光学定律,推导了能量计内入射激光光束能量的分布函数;并结合复化辛普森数值计算方法,计算分析了当能量计反射系数一定,而入射激光光束直径与吸收腔直径之比不同时,锥形吸收腔开口处光功率密度分布和后向散射总功率.计算结果表明,对于大口径高能量激光,后向散射能量损失将达到0.5%至2.5%左右.根据后向散射光功率密度分布计算得到后向散射总能量,对测量结果进行修正,将有效改善高能量激光能量测量准确度.     

快平衡全吸收式高能激光能量计

基于量热原理研制了固态全吸收式高能激光能量计。通过对能量吸收模型的数值分析,设计了分段隔热式激光吸收腔体,该腔体具备较高的抗激光破坏阈值、快速热平衡特性和高能量吸收率。设计了适用于分段式腔体测温的温度场探测器阵列,并依据温度场信号特征提出了用于激光能量计算的能量沉积算法。该算法对于强度空间分布不规则的高能激光能量还原计算具有良好的适应性。验证实验结果表明,该能量计在数百千焦耳的量程范围内具有较好的重复性和测量精度。     

脉冲激光能量的准确测量

本文介绍一种补偿锥腔量热计，进行了脉冲激光能量的准确测量，并对电脉冲和激光脉冲情况下的动态非等效性进行了研究。量热计辐射（能量）灵敏度的总的不确定度为0.2％。使用光学快门和稳定的连续氩离子激光时，比对量热计和绝对辐射（功率）计，两种标度符合0．05％以内。     

大能量长脉冲激光能量计吸收体温度特性

以大能量长脉冲激光能量的准确测量需求为牵引,针对激光能量计吸收体温度特性进行了数值分析研究。结果表明:吸收体内壁温度随脉冲结构呈周期性振荡,随着壁深的增加,震荡幅度迅速地降低,吸收体外壁温度周期性消失。单脉冲能量相同时,脉宽越短,吸收体内壁温升越高;重复频率越高,吸收体内壁温升越高。而总能量相同时,重复频率越高,内壁温升越低。通过对吸收体结构的优化设计,不仅能够获得序列长脉冲激光的总能量,而且可以获得低重频（一般不大于10 Hz）序列脉冲激光的每个脉冲能量,从而为长脉冲激光能量计的设计及应用等提供参考依据。     

高能激光量热式能量探头的研制

针对输出功率数千瓦的连续波激光能量测量需要,研制了一种量热式高能激光能量探头.该探头主要由高纯石墨激光能量吸收体、测温热电偶、绝热陶瓷等组成.重点介绍了探头的研制和通过探头温升回推激光能量的计算方法研究,以及探头测量标定工作.所研制的能量探头耐受激光破坏能力强、结构紧凑,可以组装成阵列,用于大面积高能激光束的能量分布测量.     

PT-l型微激光能量计

一、引言 随着激光技术的进展,面吸收(表面涂黑或碳锥)能量计已不能很好地适应高功率激光脉冲能量的测量,因为吸光层的瞬时温升⊿T与吸光层的吸收系数A、单位面积上的能量密度E以及激光作用时间⊿t有关,当⊿t很短时,吸光层表面容易被强激光打坏。因此,近年来研制强激光脉冲能量测量的体吸收能量计发展很快。体吸收就是吸收体的吸收过程是在整个体积内进行的,使接收表面不会产生局部高温,因此,可以承受更高的能量密度。     

太阳辐照度绝对辐射计的定标新方法

为了扩展动态测量范围,提高对较低的激光功率的测量不确定度,对太阳辐照度绝对辐射计的测量方法进行了研究与改进。首先,重复测量各个激光功率的响应度,分析由响应度引入的系统误差对测量不确定度的影响;其次,提出改进的测量方法,通过两次电定标实时修正光功率附近小功率区间的响应度;最后,使用新方法和传统方法测量各个功率的激光,比较测量不确定度。实验结果表明:根据宽功率区间获得的响应度的相对不确定度为2.7%,测量较低的激光功率时,不可忽略由响应度引入的误差。当激光功率低于20 mW时,改进方法的相对测量不确定度仍为0.1%,具有更好的稳定性,补偿了响应度误差。因此,电定标与光定标差距非常大,不具备可比性,需两者结合实现全动态范围定标;该方法可以扩展动态测量范围,对于定标太阳辐照度绝对辐射计具有重要意义。     

用于倍频激光测量的能量计

本文叙述了用于倍频激光测量的能量计原理、结构。给出的工作参数满足神光装置中短波长、短脉冲激光能量测量的要求。能量计整机不确定度为±5％。     

球墨铸铁材料对激光的吸收率

球墨铸铁因其优良性能而被广泛用作模具材料。对球墨铸铁冲压模具的激光表面处理已成为改善其耐磨性、提高使用寿命的重要方法。一定激光参量下吸收率的大小又直接影响到表面处理的质量。因此,确定球墨铸铁材料对激光的吸收率十分必要。通过热电偶测温,计算机数据采集系统进行定点温度采集,并结合数值模拟方法,对吸收率进行了标定,即首先根据预置的吸收率计算,预测被测点处的温度响应,并与实测响应比较,不断修正吸收率值,使预测温度响应和实验值吻合,由此获得吸收率。采用这种方法获得了球墨铸铁材料在大气条件下对激光的吸收率为23.3%。为激光处理球墨铸铁材料时工艺参量的选择和优化提供了一定参考。     

中红外高能激光光斑探测器

为定量测量中红外高能激光的总能量和功率密度时空分布,采用热吸收和光电量热复合相结合的测量方法,通过热吸收体温度场分布数值计算和探测器结构设计,研制了可用于长脉冲中红外高能激光测量的光斑探测器.探测器由量热堆、光电量热复合探测阵列、测温单元、数据采集单元和信号处理单元等儿部分组成.有效测量面积为12 cm×12 cm,光斑测量空间分辨率为2.4 cm,时间分辨率为25 Hz,总能最测晟不确定度小于10%,功率密度测量不确定度小于7%.实验表明,该探测器可测量最大能量超过50 kJ的数秒级脉冲中红外激光,采用该方法,可实现大面积、高能最和高空间分辨的高能激光光斑测量.     

4 K低温辐射计的吸收腔吸收率测试技术研究

为了实现低温辐射计工作温度4 K条件下吸收腔吸收率的测量,研究了变温条件下吸收腔吸收率的测量方法。通过在低温辐射计布儒斯特窗口前设计反射监测组件,并控制低温辐射计工作在10?6 Pa的真空环境下,调节低温辐射计制冷温度,分别测量室温条件和不同温度条件下低温辐射计吸收腔在632.8 nm处的反射信号,结合利用传统积分球法在室温条件下低温辐射计吸收腔632.8 nm处反射率的测量结果,通过计算可精确得到不同温度条件下低温辐射计吸收腔的吸收率。实验测量吸收腔在室温条件和4 K温度条件下的吸收率,分别为0.99976和0.99971,对4 K条件下低温辐射计吸收腔吸收率的测量不确定度进行评定,得到的结果显示其相对扩展不确定度为0.005%（k=2）。     

美国国家标准局激光功率和能量测量现状

美国国家标准局(NBS)主要从事激光功率和能量测量用的电校准量热计的设计和研制。这些量热计是作力国家标准,校准激光功率计和能量计。通过这些标准量热计,对各种不同波长和功率能量范围的功率计和能量计,提供激光测量服务。本文简述这些测量的现状。     

基于H-S波前传感器的高能激光材料热效应参量测试

为了实现高能激光材料热效应参量的在线测试,设计了一套?50mm口径的测量装置。装置采用准直He-Ne激光为光源,准直光经激光材料后的光程差用Hartmann-Shack波前传感器检测。根据波像差分解理论及波前变换关系,获得了高能激光材料热效应参量。分析评估了装置的扩展测量不确定度,对影响测量不确定度的系统参量进行了校准,最后设计并完成了测量不确定度对比验证实验。结果表明,系统波前畸变测量不确定度为0.06λ,30m~120m范围热焦距的扩展测量不确定度为8.4%。该系统能有效地用于高能激光材料热效应参量的在线测试。     

基于压力传感器的脉冲微波量热计

设计了一种基于固定体积液体吸收微波能量后温度升高、压力增大原理的脉冲微波量热计.采用纯水作为吸收介质, 压阻传感器作为传感装置, 具有对液体热学性能参数要求低、量程大和灵敏度高的优点.实验结果表明:该型量热计的能量分辨率为0.5 J, 量程大于180 J, 证明了该方法用于大功率脉冲微波能量测量的可行性.同时, 在对吸收腔体表面的场分布进行优化设计后, 也可用于高功率微波能量测量, 为用于高功率微波能量测量的量热计设计提供了一种新的技术思路.     

强激光能量测量的电校准技术

随着惯性约束聚变(ICF)激光驱动器的发展,激光光束口径逐渐增加,需要对大口径激光的能量进行精确测量.而目前国内ICF大口径激光能量测量的校准方式无法满足ICF激光装置功率平衡测量的精度要求(测量不确定度不大于2%)。为解决此问题,提出了一种新型的电校准技术,以Bi2Te3-Sb2Te3构成的半导体热电堆作为能量转换器件,进行了以电能量替代激光能量来实现对体吸收型激光能量计的校准技术研究,初步完成了光能量测量和电能校准的理论模型。理论分析结果表明,在室温环境下,使用电加热校准和激光加热校准在热力学上具有等效性,并通过初步的实验,论证了电加热校准技术应用的可行性。     

基于塞贝克效应的高响应度太赫兹探测器的研究

针对微弱太赫兹激光功率的测试需求,本文研究一种可以提高太赫兹探测器响应度的方法。采用反射式太赫兹时域光谱分析仪测试太赫兹激光吸收材料的吸收率,选择吸收率高的材料作为太赫兹激光的吸收材料;使用直流磁控溅射技术在太赫兹激光吸收材料底部均匀的镀上一层金薄膜;利用具有高导热率和高粘接强度的固化液体硅胶把太赫兹激光吸收材料与热电堆的热端粘接在一起,并把热电堆的冷端与热沉紧密粘贴。理论分析和实验结果表明此方法有效提高了热电堆的热电转换率和吸收材料对太赫兹激光的吸收率,从而使太赫兹探测器的响应度提升了7.9%。因此,本文研制的太赫兹探测器在0.1 THz~10 THz范围内,能够实现微瓦量级太赫兹激光功率的测试。     

大口径高通量验证实验平台的三倍频能量测量

为了完成大口径高通量验证实验平台建造初期的三倍频能量测量,采用凹面镜缩束方式取样的方法,利用新型玻璃吸收元件完成光束的滤波,实验测试了新型玻璃吸收元件对测试结果的影响。结果表明,采用新型玻璃吸收元件可以获得干净的三倍频光,剩余基频、二倍频光的影响在0.4%左右,整个三倍频能量测量的测量不确定度可以控制在5%以内,保证了激光装置能量测量的可靠性。     

中国光学学会红外物理学术讨论会资料简介

本文介绍了从绝对辐射计到热释电功率计的发展,热释电功率计的设计和原理、修正值的测量和估计及其在脉冲激光能量、脉冲气体放电能量、红外辐射测量、光纤通讯微弱信号的测量和定标上的应用。