KDP\DKDP倍频晶体吸收系数的斜入射测量

考虑惯性约束聚变系统中的磷酸二氢钾/磷酸二氘钾(KDP\DKDP)的吸收系数直接影响系统的转换效率及最终输出能量,本文研究了KDP\DKDP倍频晶体吸收系数的测量方法。提出了新的基于朗伯定律的倍频晶体吸收系数斜入射测量法。建立了斜入射状态下入射光偏振态与晶体o光和e光的关系模型,推导了小角度入射下晶体e光折射率的迭代计算方法。采用该方法计算了晶体的e光折射率,通过测量得到的数据间接计算出了KDP\DKDP倍频晶体吸收系数。详细分析了该方法在测量过程中的各项误差来源,得出该方法测量误差优于0.000 2cm~(-1)。最后,对一块40mm×40mm×60mm的开关晶体元件进行测试并与分光光度法比对以验证提出方法的可行性,结果显示两种测量方法的偏差小于0.000 2cm~(-1),表明该方法可用于惯性约束聚变系统中倍频晶体吸收系数的测量。     

惯性约束聚变激光驱动装置用光学元器件的研究进展

介绍了为提高惯性约束聚变(ICF)激光驱动装置的光束质量和输出功率,我国在神光系列激光装置的建设、运行和性能提升方面开展的工作。综述了我国近年来ICF激光装置用光学元器件的重要研究进展。文中涉及了高纯金属铪和磷酸二氢钾(KDP)等原材料的制备和四大主材(钕玻璃、高纯度KDP、熔石英和KDP/高掺氘KDP(KDP/DKDP晶体)的熔炼、加工和生长。描述了元器件的冷加工(针对钕玻璃、白玻璃、KDP晶体)技术和镀膜技术(针对介质膜和化学膜)。最后,给出了针对大口径光学元件工序检及终检开展的多项关键检测技术。文中介绍的关键技术与工艺满足了绝大部分光学元器件的需求,显著提升了光学元器件的研发和生产能力。     

KDP晶体表面微缺陷及其修复对抗激光损伤能力影响研究

正为了缓解人类所面临的化石燃料紧缺与环境污染严重的难题,世界各国正纷纷开展激光驱动惯性约束核聚变装置的研制工作,以求获得可控的清洁聚变能源。磷酸二氢钾(Potassium dihydrogen phosphate,KDP)晶体材料因具备独特的光学性能而被用来制作光电开关和倍频元件,成为当前激光核聚变工程中不可替代的核心光学元件。KDP晶体材料质软而脆、易开裂、     

基于激光跟踪测量系统的瞄准方法

针对激光惯性约束聚变(LICF)实验中诊断实验装置快速精确定位的迫切需求,提出了在LICF的实验场景下使用激光跟踪测量系统的快速定位瞄准方法。采用四路激光跟踪测量系统作为瞄准定位设备,构建了测量系统的数学模型,基于最小二乘法开展了系统瞄准定位精度的理论计算。当采用的激光跟踪仪测量误差为5μm时,理论计算得到的夹角偏差为0.749 2″,距离偏差为11.208 3μm;当采用的激光跟踪仪测量误差为10μm时,夹角偏差为1.12″,距离偏差为18.216 7μm。理论计算结果表明,基于激光跟踪测量系统的瞄准方法,符合LICF中实验装置快速精准的定位需求,为将来在我国激光惯性约束聚变装置上使用激光跟踪测量系统作为瞄准定位设备提供了参考。     

激光预处理技术及其应用

回顾了国内在激光预处理技术研究方面取得的进展。综述了基于激光预处理技术提升基频介质膜、磷酸二氢钾/高掺氘磷酸二氢钾(KDP/DKDP)晶体等光学元件抗激光损伤性能的机理、效果和关键技术。针对高功率激光驱动器中关键光学元件激光负载能力的提高,建立了大口径光学元件激光预处理平台,实现了基频介质膜元件的激光预处理工程化作业。比较了纳秒和亚纳秒脉冲宽度激光对DKDP晶体损伤性能的影响。基于亚纳秒激光预处理后,纳秒激光辐照至14.4J/cm2(5ns)尚未出现"本征"损伤的实验结果,提出了用于DKDP晶体的亚纳秒激光预处理方案,并指出亚纳秒激光预处理技术将成为高功率激光三倍频晶体抗激光损伤性能达标的关键技术。     

大口径KDP晶体装配附加面形畸变抑制工艺优化

在高功率固体激光装置中，大口径KDP晶体的面形畸变控制是影响终端光学组件倍频转化效率的关键因素之一。为了提高大口径KDP晶体的装配附加面形质量，提出了一种点支撑装配附加面形畸变抑制工艺方法。首先，通过遗传算法对支撑点及其分布进行优化设计。然后，采用有限元分析方法对KDP晶体的装配预紧工艺进行优化设计。最后，开展优化后的装配工艺对KDP晶体装配附加面形畸变的抑制和倍频转换效率的实验验证。实验结果表明：提出的工艺方法对KDP晶体装配附加面形畸变具有良好的抑制效果，实测面形PV值为6.51μm，二倍频转化效率可达72.6%，且重复装配的一致性良好。该方法大幅提升了晶体倍频效率和远场光斑质量，并在工程上得到应用与推广。     

用于红外晶体双折射测量的单1/4波片法

提出了一种基于单1/4波片法的测量方法以实现红外波段光学晶体双折射光程差的精确测量。采用厚度差小于一个周期厚度的两个样品进行比对,有效克服了单1/4波片法测量厚度的限制。依照此原理研制了测试波长为3.39μm的晶体双折射测试设备。应用琼斯矩阵理论,推导了存在主要误差因素时的信号光强解析表达式,并由此分析了起偏器方位角误差、1/4波片定位精度、样品方位角偏差、检偏器旋转定位精度对测量结果的影响,综合评价了本测量方法的精度。实验结果表明,应用研制的设备实测标准1/4波片的双折射光程差误差为0.003 76μm,相对误差为0.44%,满足系统要求。得到的结果表明,采用基于单1/4波片法的新测量方法能够有效、精确测得红外晶体的双折射光程差。     

采用双调制方式测量消光比参数

提出了一种采用磁光调制与光源调制技术高精度测量偏振棱镜消光比参数的方法并建立了相应的消光比测量系统。首先,根据偏振光的琼斯矩阵描述方式推导了系统的测量模型;采用磁光调制方式,实现了待测偏振棱镜晶体光轴与起偏器晶体光轴夹角的高精度定位。然后,采用光学斩波器对光源进行方波调制,消除了各种噪声对系统测量精度的影响,使得系统在待测偏振棱镜实现光轴精确定位后能够准确测量光强值。最后,对待测偏振棱镜进行了多次测量并求取平均值。实验结果显示,对偏振棱镜消光比参数的测量精度为10-6,验证了提出方法的有效性和稳定性。该系统精度高、稳定性好、容易实现工程化,对偏振器件的性能检验和实际应用具有指导意义。     

自动旋转检偏器椭偏谱仪的研制及其应用

一、引言自动旋转检偏器椭偏谱仪是一种研究薄膜及表面的光学仪器,用于测量不同波长下,样品的折射率n、消光系数k、介电常数e_1和e_2、膜厚d 等光学参数,在物理、化学、电子、生物医学等研究中是一种十分有效的工具。1962年Budde 设计了旋转检偏器椭偏仪以后,这项技术在椭偏光测量领域获得了很大发展。1975年,Aspaes 等人报道了他们的、计算机化的高精度扫描椭偏仪,该仪器工作波长范围是2250～7200(?),ψ的精密度±0.0005°,△的精密度±0.001°。1982年,江任荣等也报道了他们建立的手动式椭圆偏振光谱仪。本文介绍我们研制的、自动旋转检偏器椭偏谱仪(简称SRAE )的结构、测量原理及应用。二、结构和工作原理SRAE 的结构如图1所示。有两种工作方式。处在工作方式Ⅰ时,检偏器和光电倍增管(简称PMT)与起偏器在同一直线上,适应于系统调试或透射式椭偏测量。SRAE 一般工作在方式Ⅱ状态,布局和定位如图1。测量时,起偏器的起偏角P 为30°,光对样品的入射角φ为70°。     

激光 ICF 聚变靶丸轮廓测量系统标定方法

针对激光惯性约束聚变靶丸轮廓高精度测量系统的溯源标定问题,提出一种基于激光差动共焦测量原理的标定溯源方法。该方法基于激光差动共焦靶丸测量系统轴向响应曲线过零点精确对应测量系统焦点的性质,首先利用激光差动共焦靶丸测量系统测量经中国计量科学研究院计量检定的标准椭圆块的圆度,其次通过比对测量值和标准椭圆块圆度计量值,得出该系统测量传递系数为1.03,最后通过多次检定验证测量的方法,完成系统的高精度标定。实验结果显示,利用标定完成的系统进行激光聚变靶金属球比对测量,其标准差为37 nm,该标定方法的测量重复性为17 nm,其为靶丸表面轮廓的高精度测量奠定了坚实基础。     

考虑偏振片非理想性的可见光偏振成像修正模型

常用的偏振成像理论模型大多基于理想偏振片假设,即偏振片的消光比为无穷大且主方向已知,而实际偏振片的非理想性会对偏振成像系统的测量精度产生明显的影响,为降低这种影响,对考虑偏振片非理想性的偏振成像模型进行研究。以基于斯托克斯矢量的偏振成像模型为基础,通过分析实际偏振片对入射光偏振态的改变,提出了一种考虑偏振片非理想性的可见光偏振成像修正模型,给出了考虑实际偏振片性能及主方向误差的偏振度、偏振角修正公式。利用分时偏振成像系统对线偏振光的偏振度进行测量,实验结果表明:当偏振片消光比为100:1时,理想模型的线偏振光偏振度测量的平均相对误差为5.53%,修正模型的偏振度测量的平均相对误差降低到3.62%。应用该修正模型可在使用低消光比偏振片时达到与高消光比偏振片相当的偏振度测量精度,使偏振成像系统能够拥有更大视场,成本降低。     

An imaging technique using rotational polarization microscopy for the microstructure analysis of carbon/carbon composites

A novel image analysis technique was proposed for microstructure investigation of carbon/carbon (C/C) composites. The rotational polarization microscopy was developed to meet the special imaging requirements. The samples of C/C composites were observed in reflection polarized light microscope, where the analyzer was rotated instead of the stage, and the polarizer was taken out. The bireflectance of like-graphite negative uniaxial crystal was analyzed. It was the theoretic foundation of image collection and data processing. The analyzer was rotated through 36 × 10° intervals without any movement of the specimen. The polished cross-section of C/C composites took micrographs at each analyzer orientation. All image data collected from the same field of view were processed by image registration and image fusion. The synthesized images were obtained by calculating the maximum and minimum gray values and their differences at each point of the million pixels at 18 orientations of the analyzer. They are unique and quite reliable to be applied to analyze the microstructure of C/C composites. Subsequently, image segmentation was performed, and the feature parameters of each component were calculated. Good agreement was found between the results from image analysis and experimental data.     

一种新型测量旋光色散的方法

提出了一种新的测量旋光色散的方法。该方法利用白光LED作为光源,经起偏棱镜、样品管和检偏棱镜后,复色偏振光经平面衍射光栅分光后,由线阵CCD进行采集,CCD的每个像元对应接收复色偏振光经分光后的某一波长的光信号,在检偏器旋转一周内,获得相应的光强数据,使用拟合算法,对每一个像元所采集的光强数据逐一进行处理,最终得出CCD像元所对应波长的旋光度,最后得到旋光色散数据。并利用标准石英管进行了实验研究,证明了这种测量方法的可行性。     

The analysis of quartz c-axis fabrics using a modified optical microscope

A new fully automated microfabric analyzer (MiFA) is described that can be used for the fast collection of high‐resolution spatial c‐axis orientation data from a set of digital polarized light images. At the onset of an analysis the user is presented with an axial‐distribution diagram (AVA –‘Achsenverteilungsanalyse’) of a thin section. It is then a simple matter to build‐up c‐axis pole figures from selected areas of interest. The c‐axis inclination and colatitudes at any pixel site is immediately available to create bulk fabric diagrams or to select measurements in individual areas. The system supports both the interactive selection of c‐axis measurement sites and grid array selection. A verification process allows the operator to exclude dubious measurements due to impurities, grain boundaries or bubbles. We present a comparison of bulk and individual c‐axis MiFA measurements to pole figures measured with an X‐ray texture goniometer and to data collected from a scanning electron microscope furnished with electron backscatter diffraction (EBSD) facility. A second sample, an experimentally deformed quartzite, illustrates that crystal orientations can be precisely linked to any location within an individual grain.     

液晶可变延迟器相位延迟-电压曲线精确快速标定

相位延迟-电压曲线的精确标定是向列型液晶可变相位延迟器能否实现高精度偏振测量的关键。为了提高液晶相位延迟的测量精度,建立了一套精确高效的自动测量系统。首先,提出了一种新的测量方法,该方法综合了光强法、索累补偿器法以及等偏离测量技术,可以解决现有方法测量精度低或效率低的问题。在此基础上建立了测量系统,并利用Labview技术实现了系统的自动化测量,进一步缩短了测量时间。最后,对系统的测量误差、重复精度以及工作效率进行了实验验证。实验结果表明,系统延迟测量误差小于0.0575%λ,重复精度小于0.0197%λ,可在30 min内完成100个延迟采样点的自动化测量。该系统适用于可见光范围内液晶可变延迟器相位延迟-电压曲线的精确标定。     

Fiber optic pressure sensor based on a single-mode fiber F–P cavity

In this paper, we propose and experimentally demonstrate a pressure sensor based on birefringent single-mode fiber F–P cavity using optical heterodyne. The proof of concept device consists of a light source, a polarizer controller, a modulator, a RF generator, a single-mode fiber Fabry–Perot cavity, a strain inspector, an erbium doped fiber amplifier, a filter, a polarizer, an optical spectrum analyzer, and a digital communication analyzer. The dynamic range of the proposed sensor is explored. The results demonstrate the new concept of fiber pressure sensors and the technical feasibility for pressure measurements.     

Imaging lifetime and anisotropy spectra in the frequency domain

We report the development of a system combining the capabilities of fluorescence imaging spectroscopy ( x , λ, I ), fluorescence lifetime (τ) and static and dynamic fluorescence anisotropy ( r ), enabling the wide-field measurement of the spectroscopic parameters of fluorophores: ( x , λ, I , τ, r ). The system employs a frequency domain data collection strategy with a modulated light emitting diode as the light source. A polarization rotator placed in the excitation path after a polarizer allows alternating parallel and perpendicular images to be collected without moving parts. A second polarizer on the emission side serves as the analyzer, leading to estimations of the wavelength-dependent dynamic anisotropies. The spectrograph has a nominal range of 365–920 nm; however, the light-emitting diodes and filter sets used in this study restricted the usable range from about 510 to 700 nm. The system was tested on rhodamine 6G (R6G) solutions containing 0, 15, 37, 45, 59, 74 and 91 glycerol. These experiments gave rotational diffusion results comparing favourably with literature values while also demonstrating a trend towards shorter measured lifetimes at high refractive index. The ability of the system to resolve mixtures was tested on mixtures of anti-human IgG-FITC (γ-chain-specific) and R6G. These fluorophores have similar lifetimes but could be separated using anisotropy parameters. The imaging capabilities of the system were tested on mixtures of fluorescent beads with glycerol solutions of R6G.     

利用光纤偏振分束器和保偏光纤的传感解调系统

提出了一种利用光纤偏振分束器(PBS)和保偏光纤(PMF)中偏振模间干涉原理实现光纤布拉格光栅波长解调的方案,以提高光纤光栅传感解调系统的解调精度和稳定性。运用矩阵光学原理建立了数学分析模型,由此给出了系统输出信号与光纤光栅布拉格波长之间的关系。通过仿真分析,研究了保偏光纤长度、输入光相对于保偏光纤主轴的偏振角度和光纤偏振分束器主轴方位对系统输出信号的影响,明确提出了提高系统灵敏度的方法。根据设计方案搭建了实验系统,并进行了实验验证。结果表明:该设计方案可行,系统的波长分辨率1pm,测量精度1pm,温度可测量范围为90℃。该系统测量精度高,其稳定性优于利用M-Z型干涉仪的解调装置。