激光等离子体诱导靶上电势信号的振荡特性

纳秒脉冲激光烧蚀金属元靶产生等离子体,由于极少量速度较快的电子逃逸造成了等离子体区域出现微量剩余正电荷,并在周围空间激发电场.通过在靶上偏置负高压(0～1 000 V)研究了金属靶由于受等离子体作用而出现的电势变化.实验发现:靶上电势信号整体呈单峰分布,并在早期阶段(＜700 ns)出现强烈振荡现象,振荡频率(约40 MHz)不随靶偏置电压与激光能量发生变化.并首次对该振荡信号的产生机制进行了分析,认为靶上电势振荡是靶材偏置负压与等离子体中的净余电荷相互作用的结果.     

激光除锈过程中的等离子体强度研究

为了实时监测和控制激光除锈过程,采取利用光电二极管检测等离子体的光强信号,并用示波器将其转换为电压信号的方法,得到了等离子体峰值电压信号随激光能量、激光冲击次数变化的曲线图.结果表明,根据等离子体电压信号峰值大小变化趋势可以确定除锈阈值,也可以判断激光除锈是否干净.     

朗缪尔探针诊断脉冲激光锡等离子体特性

激光作用锡靶等离子体极紫外光转换效率与等离子体特性密切相关。为了对等离子体特性进行诊断,设计了一种用于激光等离子体诊断的朗缪尔探针,取得了不同激光能量下产生的锡等离子体电子温度与电子密度的时间演化。结果表明,能量为58.1mJ的激光产生的等离子体峰值电子密度约为4.5×1011cm-3,最大电子温度为16.5eV,均随激光能量减少而降低,与发射光谱法所测的电子温度演化趋势一致。该研究为激光等离子体极紫外光源提供了一种新的简单快速诊断方法,有利于对激光等离子体的极紫外光源的参量进行优化。     

利用金属外探针探测激光等离子体的电学效应

利用Nd:YAG脉冲激光烧蚀Cu靶,实验研究了空气中激光等离子体电学效应在金属探针上产生的电信号的形成机制与演变规律,对探针与烧蚀点之间的距离对电信号的影响进行了测试。结果表明:信号结构与探测距离密切相关,探针距离较近时(<3mm),信号具有正负双极分布结构,距离较远时(>3mm),则仅表现为负脉冲单峰结构,且信号幅值与探针距离之间满足Ia∝d-2。对该信号进行详细分析后得出:从等离子体区域出射的高速电子和离子到达探针是信号形成的主要机制,并对信号幅值随探针距离的变化关系进行了合理解释。     

激光诱导放电等离子体羽辉的研究

为了研究激光诱导放电等离子体的膨胀特性，建立了一套基于脉冲CO₂激光诱导锡靶放电等离子体极紫外光源装置，采用增强型电荷耦合器件对羽辉进行拍摄，并采用1维真空电弧模型对实验结果进行了理论说明。实验中改变放电电压和激光能量，得到了不同条件下时间分辨的羽辉图像。结果表明，在激光能量140mJ、放电电压10kV的条件下，获得了稳定的放电等离子体；等离子体的羽辉形态与电流存在对应关系，经历了形成、膨胀、收缩、再次膨胀和消散的不同阶段，放电电压和诱导激光能量对羽辉大小、稳定性和形成时间有影响。此研究有助于提高激光诱导放电等离子体光源的稳定性以及极紫外光的输出功率。     

激光诱导镍等离子体发射光谱Stark展宽和电子密度的空间分辨特性

在大气环境下利用脉冲Nd:YAG激光532nm输出烧蚀Ni靶,产生了激光等离子体。在350-600nm波长范围内测定了激光诱导等离子体中Ni原子的空间分辨发射光谱。得到了385.83nm发射光谱线的Stark展宽及其随径向的变化特性。由发射光谱线的强度和Stark展宽计算了等离子体电子密度,并讨论了激光等离子体的空间演化特性。结果表明,在沿激光束方向上,当距离靶表面0-2.5mm范围内变化时,谱线的Stark展宽、线移和电子密度都随距靶面距离的增大而先增大,在离靶面约1.25mm处时达到最大值,之后随距离的进一步增大而减小;电子密度在0.1-3.0 1016cm-3范围内变化。     

激光焊接中的等离子体振荡

在激光焊时发现存在等离子体光辐射振荡，频率约为1kHz。说明在激光焊接过程中等离子体有产生一熄灭的过程。研究结果为设计激光焊接质量监测装置提供了有益的数据。     

神光-Ⅲ原型高功率激光装置电磁脉冲辐射

实验测量了神光-III原型装置上脉冲强激光与金属靶相互作用产生的电脉冲辐射,电脉冲峰值梯度为3 kV/m,频谱范围大约在50 MHz?2 GHz,在160 MHz等处有明显的特征峰,信号持续时间大约60 ns。本文研究表明电偶极辐射是打靶过程产生电磁脉冲信号的来源之一,由理论模型计算得到频率为160 MHz的特征峰,并计算出探测点电场脉冲峰值梯度约为2 kV/m,辐射总功率约105 W,能量转换率约10-6,辐射功率近似正比于激光能量的4/3次方,可见激光能量越大,功率密度越高,电脉冲的辐射强度越大。大型激光装置上的激光与靶作用产生的电磁脉冲测量,对大型激光装置产生的电磁辐射的防护有重要指导作用,在等离子体诊断等领域也有潜在应用价值。     

激光深熔焊等离子体的高速摄像实验研究

采用高速摄像方法,观测了低碳钢激光深熔焊过程中的等离子体形态;就激光焦点位置对等离子体的影响进行了实验研究.得到不同焊接模式下的等离子体的形态,从而验证了等离子体光信号随焦点位置改变而呈U型曲线变化的规律.     

缓冲气压对CO2激光Al靶等离子体参量的影响

为了研究缓冲气压对激光等离子体参量的影响,利用CO2,激光烧蚀A1靶产生等离子体,缓冲气压变化范围为10-4Pa～2103Pa,激光脉冲能量为180mJ/脉冲,在局域热平衡和光学薄等离子体假设下,采用发射光谱法计算了等离子体的电子温度和电子密度,并研究了缓冲气压对这些参量的影响。结果表明,等离子体的电子温度和电子密度分别在1.05eV～2.47eV与1.951016cm-3～10.5 1016cm-3范围内,Al等离子体的电子温度随气压的增大而减少;低缓冲气压时,电子密度随气压增大而减小,当气压达到600Pa时,激光脉冲会击穿空气形成等离子体,电子密度又开始上升,当气压超过3000Pa时,空气等离子体会屏蔽激光脉冲能量,使到达靶面的激光能量急剧下降,Al原子的特征谱线也随之减弱而几乎消失。这一结果对理解缓冲气压对激光与物质相互作用过程的影响是有帮助的。     

衬底温度对SnO2薄膜中激光感生电压效应的影响

采用固相反应法制备了四方相结构的SnO2靶材,选用蓝宝石衬底,利用脉冲激光沉积法在不同温度下生长了一系列SnO2薄膜。X射线衍射测试结果表明,SnO2薄膜具有四方金红石结构,并且沿a轴近外延生长。另外,在倾斜衬底上生长的SnO2薄膜上观察到了激光感生电压(LIV)效应,并研究了衬底温度对SnO2薄膜中LIV效应的影响。结果表明,随着生长温度从500℃增加到800℃,SnO2薄膜中的LIV信号的峰值电压先增加后减小,响应时间随衬底温度的升高先降低后增加,此外,存在一个最佳的衬底温度,使得SnO2薄膜的LIV信号的峰值电压达到最大,响应时间达到最小。在生长温度为750℃的SnO2薄膜中探测到响应最快的LIV信号,在紫外脉冲激光辐照下,峰值电压约为4V,响应时间为98ns,信号的上升沿为28ns,与激光的脉宽相当。     

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.     

基于等离子体光强信号的激光除锈实时监测系统

激光除锈是一种利用激光去除金属锈蚀物的新颖去锈方法,激光除锈过程的实时监测系统是检测激光除锈效果的关键技术。采用价格便宜的光电二极管探测器件,检测除锈过程中激光诱导等离子体的光强信号,并利用示波器将其转换为电压信号。根据不同激光能量辐照时峰值电压的变化可确定清洗阈值,根据同一点多次辐照的峰值电压变化可判断锈蚀层是否清除干净。这种检测方法快速有效、操作简单且成本低,为分析和控制激光除锈工艺提供了依据。     

905nm InGaAs脉冲激光二极管驱动电流特性分析与测试

为了实现高功率905nm InGaAs脉冲激光二极管激光脉冲宽度和峰值功率可调,采用现场可编辑门阵列产生触发脉冲、集成模块EL7104C作为金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）驱动、以MOSFET为核心开关器件控制高压模块和储能电容之间充放电的方法,设计了脉冲激光二极管驱动电路,对驱动电流特性进行了理论分析和实验验证,取得了不同电容和高压条件下的电流脉宽和峰值数据,分析了具体变化关系,并以此进行了光谱和功率-电流特性测试。结果表明,影响驱动电流脉宽和峰值电流的关键因素是电容大小和充电高压,脉冲激光二极管驱动电流峰值在0A~40A、脉宽20ns~100ns时可控调节,脉冲激光二极管最大峰值功率输出可达40W,实现了脉冲式半导体激光器输出功率和脉冲宽度的可控调节。该设计与分析对近红外高功率脉冲激光器的可控驱动设计具有一定的实用参考意义。     

脉冲激光改性金属纳米薄膜的等离子体特性

在室温环境下,实验采用Nd\:YAG光纤脉冲激光器辐照银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)三种光滑连续的金属薄膜,制备出了对应的三种金属纳米颗粒薄膜。通过调节激光扫描速率可以实现三种金属纳米颗粒薄膜的局域表面等离子体共振(LSPR)波长和强度的调谐。其中,Ag纳米颗粒薄膜在可见光波段的等离子体吸收峰的波长和强度均表现出较宽的调谐范围,Cu纳米颗粒薄膜在可见光波段的等离子体吸收峰的波长和强度均表现较小的调谐范围,Al纳米颗粒薄膜在紫外光波段的等离子体吸收峰窄而尖锐,且LSPR波长调谐范围也较小。与激光辐照前的三种金属薄膜相比,激光辐照后生成的三种金属纳米颗粒薄膜出现了更强的表面增强拉曼散射信号。有限差分时域仿真模拟出的样品的电场强度分布与实验得到的表面增强拉曼散射结果一致。     

双波长激光驱动接收专用集成电路设计

双色激光引信在克服云烟干扰方面具有重要价值。为了减小引信体积,保障导弹内部空间的充裕性,设计了一种基于BCD工艺的双色激光引信专用集成电路芯片。首先,对现有双色激光引信的结构和工作原理做出了详细介绍,引出了单芯片设计的思路和方法,并给出了该芯片集成的子电路的设计方法和仿真结果。该芯片使用0.25 m的BCD工艺制造。经测试使用该芯片驱动双色激光器,芯片供电电压5 V,激光器支路供电电压27 V时,红外激光器输出峰值功率可达30 W,紫光激光器输出峰值功率达25 W,脉宽50～500 ns可调,重复频率1～100 kHz可调,窗口时间1～10 s可调,红外和紫光回波信号在接收部分实现了分离,在功能上成功取代了原系统的4块芯片,实现了系统的简化。     

基于波长调制光谱技术的二氧化碳浓度测量

以可调谐激光二极管吸收光谱技术为基础,结合波长调制光谱技术,对不同体积浓度的二氧化碳气体进行检测。分别分析正弦波调制信号的不同调制电压及调制频率对二次谐波信号波形及峰值的影响。结果显示当调制电压为0.25 V、调制频率为10 kHz时,得到的二次谐波信号较好。在此基础上,利用实验室中搭建的单光路测量系统对不同浓度的CO2气体进行检测,得到气体浓度与二次谐波峰值线性相关系数为0.998,系统的检测极限为450 ppm。研究为该类系统调制系数的选择提供了实验依据,为工业应用打下了基础。     

激光熔覆热损伤磁记忆检测试验研究

对Q235基体材料激光熔覆Ni基合金试件进行磁记忆信号检测,探讨金属磁记忆技术检测激光熔覆热损伤的可行性,研究不同激光熔覆参数造成的热损伤对磁记忆信号的影响规律以及激光熔覆参数对热损伤程度的影响规律。结果表明金属磁记忆技术可有效检测激光熔覆热损伤,利用磁记忆信号均值梯度曲线的突变位置可以标明热损伤位置,采用熔覆区域均值梯度突变峰值和所有检测点均值梯度平均值的比值对热损伤程度进行定量评估。热损伤程度定量评估结果表明激光功率增加、光斑直径减小、扫描速度降低,都会使激光熔覆热损伤程度增加。     

采用四象限探测器的激光跟踪系统设计

为简化自由空间激光通信的跟踪系统,本文采用四象限探测器检测目标位置,通过峰值保持电路稳定激光脉冲峰值并计算脱靶量,结合角速率和角位置信息,采用基于位置环、速率环、电流环的闭环控制算法实现视轴稳定与目标跟踪。仿真设定载体扰动频率为3 Hz时,系统的隔离度达到1.0%;目标位置±20°正弦变化时,能稳定跟踪;脱靶量噪声是跟踪误差的主要因素,峰值信噪比20 dB时,跟踪误差0.07°。结果证明系统设计可行,为激光跟踪样机研制奠定了基础。