用于强激光靶耦合诊断的脉冲天线

惯性约束聚变(ICF)背景下的激光靶耦合过程产生大量电磁脉冲,对诊断设备的正常运行和测试数据的采集产生不良影响,严重时甚至损害诊断装置。介绍了强激光与金属靶相互作用过程中受激辐射产生等离子体的数学模型,模拟了盘锥脉冲天线的物理模型、三维增益等各项指标,并对打靶过程进行测量,得出电磁辐射电场值,并推导出其频域分布。实验结果显示,影响电磁辐射强度的因素有激光能量、激光打靶方式和入射方向等。对于平面靶,相同靶型和靶材质情况下,不同功率激光与平面靶相互作用发出的电磁脉冲具有相似的频谱和相同的特征频率。诊断结果为激光打靶产生电磁脉冲物理机制研究提供重要实验依据。     

强激光辐照平面靶与柱腔靶产生电磁脉冲对比研究

通过脉冲接收天线的设计和测试方法的优化,建立了神光Ⅲ原型激光器电磁脉冲(EMP)的强度分布等激光参数和靶型的关系,为进一步研究它们的产生机理和激光靶相互作用提供实验依据。考虑到电磁场极化方向的不确定性,使用三个相互正交的环形磁天线对激光装置靶室内部的电磁脉冲信号进行了测量,对比分析了两种靶型辐射电磁脉冲信号的频域特性,探讨了天线摆放位置对信号强度的影响,同时通过多物理场模拟对球形腔内电磁场的分布进行了分析。     

强激光打靶产生电磁脉冲特性与传导防护研究

为了降低电磁脉冲的场强大小,加强强激光打靶产生电磁脉冲的传导防护性能,提出了强激光打靶产生电磁脉冲特性与传导防护研究.由于强激光打靶产生电磁脉冲对各种电子设备和电气设备都会造成一定威胁,采用双指数函数,分析了强激光打靶产生电磁脉冲的时域波形频谱,完成了强激光打靶产生电磁脉冲的特性研究;为了消除强激光打靶产生的电磁脉冲波...     

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。     

高功率激光装置电磁环境研究进展

激光惯性约束聚变研究中,高功率激光器靶室中强激光-靶物质作用产生的高能电子的运动、X射线与周围物质作用产生的置换电流将激励出强电磁脉冲,场强幅值高达几万V/m,频率达GHz量级,能库等工作区域大电流、大电压的快速变化过程也将辐射电磁场,这些电磁脉冲对电子设备将产生各种电磁耦合效应,影响控制时序、测量数据的准确性,严重的甚至使仪器设备毁坏,这种电磁脉冲对生物组织具有损伤效应。本文详细介绍了国内外高功率激光装置电磁环境的理论与实验研究进展情况。     

基于电磁辐射的内爆物理实验时序诊断

在内爆物理实验中,多组激光脉冲在不同时刻与靶相互作用,产生若干瞬态物理过程。准确诊断这些激光与靶作用产生的瞬态过程之间的时序关系,对于成功获取实验状态的相关参数非常重要。提出了一种基于电磁辐射的内爆物理实验时序诊断方法,利用激光与金属靶相互作用时会产生强烈的电磁脉冲辐射,可获得不同激光与靶作用过程的时序关系,为判断和控制不同激光与靶作用过程之间的时序提供重要依据。在神光III主机大型激光装置上进行的实验测试表明,基于电磁辐射的内爆物理实验时序诊断方法可以准确确定预脉冲激光、主脉冲激光以及背光激光等与腔靶和平面背光靶之间作用的时序关系。该方法具有操作简单,测量精度高的优点,对于精确把握激光与靶相互作用过程的时间关系,提升实验精度有着重要意义。     

不同角度激光打靶下的光谱结构研究

通过分析不同角度激光打靶条件下等离子体的辐射特性,发现在相同激光辐照功率密度下,激光垂直辐照等离子体产生铝的LPX强度要比激光斜入射辐照时明显增强,其中类氢离子跃迁线强度增长最为明显。实验结果还表明,激光斜入射辐照时LPX源沿靶面法线方向的尺寸变大,谐线变宽。     

电磁脉冲与微带线耦合效应的数值模拟

为了提高电子系统抗强电磁脉冲毁伤能力,采用时域有限差分法与SPICE相结合的混合场路方法,研究了电磁脉冲和微带线的耦合机理.研究表明:由于场结构的复杂性,微带线与电磁脉冲耦合随频率不同表现出不同的耦合方式,一是微带线导体带表面波耦合,极化方向为导体带长边方向;二是微带线导体带与接地板间所形成的缝隙耦合,极化方向为垂直微带线的长边方向.两种耦合方式下传递函数的影响因素截然不同.所得结论对提高电子系统抗强电磁脉冲打击能力具有重要意义.     

激光等离子体相互作用中量子电动力学效应对激光能量吸收的影响

为了研究强激光与等离子体相互作用中的量子电动力学(QED)效应对激光能量吸收的影响,用理论方法对强度为I>10^22wcm^-2、反方向传播的两束圆极化强激光与等离子体固体靶相互作用过程进行研究。探讨经典和QED情况下的辐射阻尼效应对激光能量吸收的影响。结果表明,在QED情况下,在相互作用过程中能够产生高能电子和高能辐射。这些高能电子集体振荡过程中的辐射阻尼导致激光能量的强吸收。QED情况比经典情况具有更好的实际应用价值。     

高功率激光装置同轴线缆电磁脉冲耦合仿真

高功率激光装置开展实验会产生强烈的电磁脉冲辐射。电缆端口是电磁干扰耦合的重要途径。针对高功率激光装置上广泛使用的同轴线缆开展电磁脉冲耦合问题仿真研究,建立同轴线缆的电磁脉冲耦合仿真模型,研究不同入射方向、不同长度同轴线缆电磁脉冲耦合的感应电压。仿真结果显示,同轴线缆部署方向以及长度对电磁脉冲耦合具有显著的影响。本文对装置靶场线缆选型、线缆铺设以及诊断仪器电磁屏蔽设计有着参考价值。     

缓慢上升快速下降的飞秒激光脉冲与气体等离子体作用的太赫兹辐射产生研究

飞秒激光脉冲与气体等离子体作用可以产生宽带、强的太赫兹脉冲辐射。采用一种缓慢上升、快速下降的飞秒激光脉冲与气体等离子体作用产生太赫兹辐射,并基于等离子体电流模型计算了这种太赫兹辐射的特性。由于这种特殊整形的激光脉冲能够对电子的加速产生较大的速度,从而可以产生较大的等离子体电流和较强的太赫兹辐射。计算结果显示:尽管这种特殊整形的飞秒激光脉冲能量有所损失,它能够比普通双色飞秒激光脉冲产生更强、更宽的太赫兹脉冲辐射。该项研究为基于激光等离子体作用的太赫兹辐射源提供了新的思路。     

通信电台电磁脉冲阻塞效应规律与作用机理

为揭示通信电台电磁脉冲阻塞效应机理,在受试电台正常工作状态下,借助注入耦合模块实验研究了阶跃脉冲串和双指数脉冲串对数字通信电台误码率的影响规律。引入电磁脉冲对受试设备影响时间的概念,建立了与连续波阻塞效应等价的电磁脉冲阻塞敏感判据。实验结果表明:电磁脉冲对受试设备的影响时间取决于脉冲波形,可通过效应试验测试确定。在电磁脉冲重复率较低时,受试电台的临界干扰电平与脉冲重复率无关,属于单脉冲效应;当脉冲重复率大于电磁脉冲影响时间的倒数时,受试电台的临界干扰电平随脉冲重复率增加而降低,属于多脉冲累加效应。将电磁脉冲在影响时间窗口内进行频谱分析,采用连续波带内多频阻塞效应模型进行验证,误差在2dB以内。     

基于屏蔽暗箱窗口法材料快沿电磁脉冲屏蔽效能测试*

为满足材料强电磁脉冲场屏蔽效能的测试需求,搭建了基于屏蔽暗箱窗口法的材料电磁脉冲屏蔽效能测试系统.首先采用连续波对某种金属织物材料进行了频域测试,通过测试空箱和加载材料内部场强大小,计算了该材料的频域屏蔽效能.然后采用快上升沿电磁脉冲源对该材料进行了时域测试,计算了强场作用下材料的峰值屏蔽效能.对测得的时域信号进行降噪处理和快速傅里叶变换(FFT),得到了该材料频域屏蔽效能曲线,与频域试验所测曲线进行了对比,结果基本一致.实验表明该测试系统能够可靠评价强电磁脉冲作用下材料的屏蔽效能.     

超强激光驱动薄膜靶谐波辐射的模拟研究

为了研究超强激光与薄膜靶相互作用在入射光反射方向引起的高次谐波辐射,基于在入射激光的透射方向,相干同步辐射机制会导致高次谐波的产生,采用粒子模拟方法研究了超强激光驱动固体密度薄膜靶（即高密度薄膜靶）高次谐波辐射在入射激光透射和反射方向的空间分布。结果表明,当靶厚小于激光趋肤深度、靶等离子体密度远大于临界密度（800N_c）时,在透射方向,相干同步辐射机制会导致高次谐波辐射,同时在反射方向,存在相对论镜面振荡机制驱动的谐波场辐射,证明了在超强激光-薄膜靶相互作用过程中两种谐波会产生共存机制;讨论了在两种产生机制下,靶厚度对谐波辐射阶次的影响,发现靶厚度超过200nm,透射方向谐波阶次达到65阶以上。该研究对深入理解超强激光-薄膜靶驱动高次谐波的产生及阿秒X射线光源的未来发展具有一定的理论意义。     

基于六波混频的双波长红外光信号研究

利用钛宝石激光脉冲在铷原子蒸汽中通过非线性光学混频产生两个不同波长的红外光脉冲信号。研究了铷原子数密度、泵浦激光强度以及光脉冲啁啾对两个红外光信号之间竞争特性的影响。结果表明,两个红外光信号主要产生于两个耦合的差频参量六波混频过程;信号的强度随铷原子数密度、泵浦激光强度和光脉冲啁啾发生变化;两个红外光信号间的竞争主要由两个参量六波混频过程的相位匹配决定,相位匹配与铷原子数密度相关度很强,而与泵浦激光强度和光脉冲啁啾相关度很弱。     

New sensors for measuring very short electromagnetic pulses

In order to detect very short electromagnetic pulses under 100 ps in width, a wide-band receiving antenna with a bandwidth from 0 to 14 GHz is needed. The usual short dipoles or monopoles do not provide both the required fidelity (bandwidth) and sensitivity. A novel type of electromagnetic pulse (EMP) sensor has been designed, analyzed, and tested. It is simple, inexpensive, and can detect the electromagnetic pulse with both high fidelity and high sensitivity. An approximate analysis is given for better understanding and optimum design of the proposed EMP antenna     

Free-space electrooptic sampling of terahertz radiation from optically excited superconducting YBa/sub 2/Cu/sub 3/O/sub 7-/spl delta// thin films

The characteristics of photogenerated terahertz radiation from a current-biased superconducting YBa/sub 2/Cu/sub 3/O/sub 7-/spl delta// (YBCO) bow-tie antenna were investigated using a free-space electrooptic sampling technique. Picosecond electromagnetic pulses about 450 fs wide were obtained. The frequency spectrum derived by Fourier transforming the picosecond pulses spans over 0.1-4 THz. The dynamics of the quasi-particles optically induced by the ultrafast laser pulse primarily determines the performances of the transient terahertz radiation generated under different operating parameters. The results indicate a characteristic quasi-particle relaxation time of about 2.5 ps close to the critical temperature T/sub c/, and a faster time at lower temperatures.     

电磁脉冲加热Debye媒质的快速计算

本文提出了一种计算电磁脉冲加热Debye媒质的快速算法。从麦克斯韦方程组和Debye方程出发,重新定义了Debye媒质中的瞬态耗散功率。该定义能有效避免传统定义中瞬态耗散功率为负的情况。通过时间尺度变换,把电磁场的计算和热场的计算统一到同一时间尺度下,这样就可以节省大量的计算时间。另外,研究了长时间脉冲加热的效率和均匀性。结果表明,在同样的重复频率下,脉冲加热的效率与均匀性均低于连续微波。