真空,气体及等离子体中的激光驱动电子加速

讨论了有关在真空、中性气体和等离子体中激光加速的若干重要问题。对与电子滑移、激光衍射、材料的破坏和电子的孔径效应有关的激光真空加速所肥到的各种限制进行了讨论。提出了反切仑科夫激光加速组态，在该组态中激光束在部分电离气体中是自导的。光学自导是中性气体的非线性自聚集特性和电离衍射效应之间平衡的结果。分析并讨论了自导光束的稳定性。此外，还论及激光尾迹场加速器的有关问题，并大略地讨论了激光驱动的加速器实验     

在静磁场辅助下用强激光加速质子

1　引言传统的射频直线加速器由于其结构壁上的加热或破损 ,加速度梯度限于约 50 Me V/m。要将带电粒子加速至高能量 ,须将加速器做得很大 ,或开发可提供甚高加速度梯度的新加速方法。基于等离子体的高能粒子加速器具有超高激光驱动等离子体波加速度梯度 ,引起人们极大兴趣。这类装置不受介电破损限制 ,其电场梯度 (每米几十吉伏 )比传统射频直线加速器高几个数量级。早在 1 979年 ,Tajima和 Dawson即提出一些基于等离子体的激光驱动加速器 ,包括等离子体脉冲波加速器 ( PBWA)和激光尾迹场加速器( LWFA)。啁啾脉冲放大 ( CPA)技术的高…     

利用超短脉冲光束实现在真空中加速电子的方案

研究了一种利用超短强激光脉冲实现在真空中加速自由电子的方案，并讨论了其具体实施的可行性。同时给出了实现该方案的计算机模拟结果，与理论分析很好地符合。结果表明该方案简易可行，具有很高的实用价值。     

端面泵浦准三能级激光器的多物理场仿真研究

针对准三能级板条激光器报道了一种新的多物理场仿真模型。该模型基于泵浦光的吸收特性、热力学以及激光的增益特性,对传统的准三能级计算模型进行补充。模型考虑到激光的产生对增益介质内部物理场的影响,并基于多物理场之间的耦合关系给出一种新的收敛仿真方法。该模型适用于单端、双端泵浦的激光谐振腔与放大器。     

双光栅干涉位移传感器原理及其误差分析

双光栅干涉位移传感器拥有量程大、精度高等优点。文中详细阐述了传感器的测量原理,并对此理论原理进行ZE MAX软件仿真。与此同时,基于角谱理论推导得到干涉场中的光强分布。结果表明,激光通过双光栅后可以得到三角函数分布的干涉条纹,且双光栅相对移动一个光栅距离时条纹相应移动一个周期。最后分析了对双光栅传感器位移测量结果可能带来误差的因素,以及这些因素对测量结果的影响,文中给出了部分因素的误差表达式。     

腔镜热畸变对激光在大气中传输特性的影响

从虚共焦非稳定谐振腔的激光场出发,考虑谐振腔反射镜热畸变对光束的影响,利用快速傅里叶变换(FFT)研究激光光束在湍流大气中的传输特性.着重分析了反射镜热畸变对环形强化学氧碘激光在湍流大气中传输产生的影响,给出了在大气湍流影响下激光光束传输不同距离的强度分布.利用β参数和Strehl比来评价光束质量的特性,结果表明:随着...     

基于正弦光栅的凝视型激光探测告警系统的设计与实现

当激光入射到正弦光栅时,会产生0级和±1级衍射谱线,通过测量衍射谱线的分布,可获得入射激光的波长及方位角信息。为了实时探测激光光源的波长和方位角,设计了一种基于正弦光栅的凝视型激光探测告警系统。介绍了系统的工作原理,推导了激光波长和方位角的计算公式,并对系统的探测精度进行了数值模拟研究。分析了光栅常数和柱面镜曲率半径对系统探测能力的影响,并且给出了相关函数。实验结果表明:当光栅常数为1/500mm、柱面镜曲率半径为20mm时,系统可实现对波长为320～1100nm、视场角为±20°范围内激光源的实时探测,波长分辨率可达到10nm,角分辨率可达到1°。     

激光振镜直写光栅误差分析及校正方法

针对振镜式激光直写光栅系统中存在的扫描畸变的问题,提出了一种内部转角优化和外部扫描误差补偿相结合的校正方法。以光栅栅距10μm为目标,建立了振镜系统的几何光学模型,对扫描误差进行了分析,然后对振镜转角进行了优化,进一步对振镜进行了曲线拟合补偿,坐标点(100,10)处误差从0936mm,1912mm降低到0148μm,00296μm。结果表明,这种方法能够满足振镜式激光直写光栅在短距离刻划的精度要求。     

基于光场分布特性分析的高功率激光吸收体设计方法研究

高功率激光装置需要利用激光吸收体实现对杂散光的有效管控。然而吸收体受光面交界处极易发生激光损伤，可能导致激光装置内部的洁净环境受到污染。为了解决这一问题，基于有限元分析方法，模拟了高功率激光吸收体受光面交界处在包括无过渡、圆弧过渡和平面过渡等不同过渡条件下介质内部的光场分布，分析了吸收玻璃界面对光场的影响，得到了介质内部光场峰值强度及峰值位置的变化规律。结果显示:吸收体的损伤可能是由于过渡面为曲面导致的。研究工作为吸收玻璃的激光损伤研究和吸收体设计提供参考。     

稳定腔激光模式理论的再研究

为了完善和发展激光器谐振腔的模式理论,要求对稳定腔激光器模式理论进行再研究。采用一种解析方法对稳定腔激光模式的光场分布进行了求解,得出稳定腔激光模行波光场分布的一种解析表达式,并用图视的方法给出了一台平-凹谐振腔Nd:YAG激光器的几个低阶模光强分布的计算结果,以此深化了对稳定谐振腔激光模式理论的认识。     

改善光源性能的直线加速器耦合结构的电磁和热分析

高亮度同步辐射光源和自由电子激光对直线加速器耦合结构的性能提出了更高的要求.通常的单边耦合器由于耦合腔结构的不对称导致腔内电磁场的不对称,较大地影响了束流的品质.提出了一种新的加载圆柱介质棒的单边耦合器,结构简单、易于加工.模拟结果表明:新型耦合器中电场的二极、四极分量的场振幅梯度分别为-0.0794％、-0.0666％,而传统单边耦合器二极、四极场振幅梯度分别为5.02％、2.99％,有效地减弱了场振幅的不对称性.对耦合器温度场分布、热变形、热应力进行了分析计算,结果表明新型耦合器与通常的单边耦合器热性能差别不大,有望用于提高光源性能.     

平板介质的微波分裂腔法介电常数测试技术

为实现微波频段平板类介质材料的介电常数的无损测试,研究了分裂式圆柱形谐振腔测试方法。介绍了分裂式圆柱形谐振腔的电磁场分析理论,采用模式匹配技术实现了介质加载条件下腔内电磁场分布的精确求解,得到了腔体谐振频率与材料介电常数之间的准确关系。在理论分析的基础上,制作了空腔谐振频率为10 GHz的分裂式谐振腔,并与前期研制的闭式谐振腔进行对比测试,介电常数实部测量结果相对误差小于1%。与国外同类产品进行对比测试,介电常数实部结果基本一致,损耗角正切测量结果更接近于文献参考值。因此,微波分裂腔法能够实现平板介质板材的无损测量,具有准确度高,使用方便等突出优势,可在微波频段内实现介电常数为1～20,损耗角正切为1×10^-3～1×10^-5,板材厚度为0.1～2.0 mm的各类平板介质材料介电常数的准确测试。     

基于光栅光阀可调谐半导体激光器外腔结构的设计研究

目的:提出利用光栅光阀(GLV)来精密调节光栅外腔半导体激光器输出波束的新方法。方法:这种基于光栅光阀的可调谐外腔半导体激光器的结构使光栅光阀与闪耀光栅形成了共焦结构,便于使被选择的波束可以原路返回,经过在谐振腔中振荡,最后输出。结果:这种基于光栅光阀结构的可调谐外腔半导体激光器可以任意控制输出或者被过滤掉的相应波束的数量。结论:利用光栅光阀的特性,这种可调谐外腔半导体激光器能有效地实现激光输出波束的精密调谐,同时也降低了调谐的机械难度。     

高能激光衰减器——圆孔光栅

本文从相干光物象关系式出发,证明一束激光通过均匀分布的圆孔光栅后,当πξ/N、πη/N<<1时,则原光束远场分布将重现.因而圆孔光栅可以作为激光束测量的衰减器.实验证明圆孔光栅作衰减器时,其误差小于1.7%.     

色散管理光纤锁模激光器在近零色散域的非线性优化

目前,飞秒激光脉冲因脉冲宽度窄和峰值功率高的特点被广泛运用在多种领域中。其中,色散管理光纤锁模激光器因其特有的腔内呼吸机制使输出的激光脉冲能量更高,光谱更宽、脉宽更窄。使用啁啾布拉格光纤光栅进行色散管理的光纤锁模激光器能够实现真正的全光纤结构,提升激光器的紧凑性和稳定性,因此基于啁啾布拉格光纤光栅进行色散管理的光纤锁模激光器具有更加实际的应用意义。采用数值模拟的方法,研究了基于啁啾布拉格光纤光栅进行色散管理的掺镱光纤锁模激光器中单模光纤在腔内的不同分布对脉冲动力学过程和输出脉冲参数的影响。系统分析了谐振腔内净色散值不同时,腔内单模光纤的分布对脉冲在腔内的动力学过程的影响。模拟结果表明,在腔内净色散值为负时,啁啾布拉格光纤光栅与增益光纤间的单模光纤越短,光纤激光器维持稳定单脉冲运行的最大泵浦强度更高且输出光谱更宽,从而能够获得脉宽更窄的去啁啾脉冲;腔内净色散值越接近零时,啁啾布拉格光纤光栅与增益光纤间的单模光纤长度对输出脉冲参数作用的影响越显著;腔内净色散值为正时,单模光纤在腔内的分布对输出脉冲影响逐渐减弱,优化单模光纤分布提升锁模激光器性能并不明显。最后,提出了一种通过改变单模光纤在腔内的分布来提高激光器输出性能的优化方法。     

窄线宽1064 nm掺镱光纤激光器泵浦MgO:PPLN中红外光学参量振荡器研究

提出了一种基于1064 nm掺镱光纤激光器泵浦MgO:PPLN的3.83 μm中红外光学参量振荡器。基于单谐振光学参量振荡器的阈值理论和线宽压窄前后的光束能量集中性理论,分析了不同泵浦光束聚焦深度下,谐振腔内光束分布情况以及线宽调制前后能量的不同集中程度对阈值和光-光转换效率所产生的影响。通过采用单个光纤布拉格光栅的方式压窄了泵浦光线宽,对比分析了在不同占空比下,泵浦光线宽压窄前后对中红外光学参量振荡器输出特性的影响。当泵浦功率为18 W,脉冲激光占空比为0.2%,脉宽为100 ns,泵浦光线宽为2.5 nm时,MgO:PPLN中红外光学参量振荡器获得功率为1.42 W的3.83 μm激光输出,光-光转换效率为7.9%。将线宽压窄到0.1 nm后,脉宽为2 ns,MgO:PPLN中红外光学参量振荡器获得最高功率为1.98 W的3.83 μm激光输出,光-光转换效率为11%,光束质量M2=1.89;同时相比于线宽压窄前激光输出效率提高了39.2%。     

飞秒激光测距中空气色散补偿理论研究

研究了飞秒激光测距中空气色散对其脉冲宽度的影响,探讨了飞秒激光脉冲宽度随入射初始飞秒脉冲宽度、中心波长和激光传输距离等参数的变化关系。为保证飞秒激光测距精度,提出采用高密度透射式光栅的飞秒激光测距空气色散补偿方法,并详细分析了光栅周期、光栅对间距对不同中心波长的飞秒激光脉冲宽度压缩的影响。该方法具有体积小和操作方便等优点,对采用飞秒脉冲激光进行长距离高精度测量实验研究具有一定的指导意义。     

Electronic tuning of a dye laser with simultaneous multiple-wavelength output

Rapid simultaneous multiple-wavelength tuning of a dye laser has been achieved electronically by inserting an acoustooptic beam deflector inside the laser cavity. A beam deflector and diffraction grating combination serve as the tuning element. By applying multiple-RF signals to the acoustooptic deflector, multiple-wavelength operation is readily obtained.     

测量激光器光束强度分布和发散角的新方法

我们采用光纤技术进行空序→时序变换的方法,能实时显示相对光强分布曲线。如果激光器的谐振腔输出的光束是TEM_(00)模,采用该法在示波器上就能实时显示出高斯曲线的全貌,可以很方便的测出激光光束的半宽度和远场发散角。该方法是定量研究激光器横模模式的新方法。     

准直透镜失调对Littman-Metcalf光栅外腔激光器线宽的影响

以光栅外腔半导体激光器的理论知识为基础,对Littman-Metcalf型外腔半导体激光器的工作原理进行了说明,并详细地讨论了外腔半导体激光器的线宽压窄以及模式选择机制,采用严格的耦合理论和光线变换矩阵推导了系统结构参数对光场耦合效率影响的计算公式。同时,对影响Littman-Metcalf外腔激光器输出激光线宽的几个重要因素进行了分析,重点讨论了系统中准直透镜位置失调导致的线宽变化规律。计算结果表明:合理地控制Littman-Metcalf光栅外腔半导体激光器的外腔参数可以将中心波长为785 nm半导体激光器的本征线宽压窄四个数量级,该外腔系统中准直透镜位置失调会影响系统出射光场与经外腔反馈光场之间的耦合效率,进而影响光栅外腔半导体激光器的输出线宽。