高真空激光等离子体的同步移相干涉诊断及仿真

为了解决在高真空环境下,等离子体膨胀迅速、外围羽流引起的条纹偏移小、单幅干涉条纹图难以检出的问题,采用同步移相干涉测试技术得到了1.333×10^-4 Pa和1.333×10^-3 Pa真空度下激光诱导铝等离子体电子密度分布;同时采用2维轴对称流体动力学模型,对高真空环境下激光诱导等离子体的膨胀过程进行了数值仿真,得到了电子密度的2维分布,并分析了数值仿真结果存在偏差的原因及改进方法。结果表明,等离子体的中心电子密度在50 ns时下降至1.4×10²⁰ cm^-3;数值仿真结果与实验结果吻合较好,验证了模型的正确性。该研究为高真空下激光等离子体的研究提供了一定的参考。     

对热核聚变靶进行球形加热的12路大功率激光装置“Deifin”

本文描述了对热核聚变靶进行高温球形加热的12路大功率激光装置“Delfin”。装置包括具有最终的光能量1万焦耳、光脉冲持续时间10^-10~10^-9秒和辐射的发散度约5×10^-4弧度的钕玻璃激光系统，用于激光辐射和等离子体相互作用的真空室，以及研究激光参量和等离子体参量的一套诊断系统。激光系统的光学方案和结构特色正在考虑。分析了不同的辐射聚焦方案，描述了照射靶的高度球对称“Delfin”聚焦系统，这种系统允许在靶面达到的最大通量密度为10¹⁵瓦/厘米²。激光等离子体研究的一些最重要问题和解决这些问题的一般诊断法正在考虑。     

多光丝耦合诱导击穿光谱土壤微量元素检测

检测灵敏度是衡量一项检测技术的重要参数。为了提高激光诱导击穿光谱技术(LIBS)的检测灵敏度，搭建了三光丝耦合诱导击穿光谱(TIBS)系统，对土壤中的微量铬元素进行检测，并将检测结果与等离子体光栅诱导击穿光谱(GIBS)系统、光丝诱导击穿光谱(FIBS)系统进行对比。TIBS系统的谱线信号强度比GIBS系统增强了2倍，比FIBS系统增强了7～11倍。研究了FIBS、GIBS、TIBS系统的谱线强度随样品位置的变化，发现TIBS系统的激发稳定性与GIBS系统相近。此外，在对土壤中重金属铬的定量研究中，发现FIBS、GIBS、TIBS系统对土壤中铬元素的检出限分别为22.18×10^-6、8.68×10^-6、5.06×10^-6。TIBS系统相较于GIBS系统能进一步提高检测灵敏度。     

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。     

基于指向误差与不同噪声的星地激光通信系统误码性能分析

为了研究在大气湍流、指向误差以及各种噪声的共同影响下的星地激光通信系统平均误码率性能，采用Gamma-Gamma信道模型，建立了大气湍流与指向误差的组合衰减模型，并结合各种噪声推导出关于组合衰减模型的星地激光通信系统平均误码率的闭合表达式。研究结果表明，当卫星轨道高度为400 km、天顶角为45°、波长为1 550 nm以及等效波束半径和指向误差位移标准差(抖动)的归一化比值为4时，总噪声、热噪声、背景噪声对应的平均误码率分别为1.519×10^-7、6.907×10^-8、1.357×10^-8。     

CO2激光诱导空气等离子体放电通道特性研究

为了研究高能脉冲CO₂激光诱导空气等离子体放电通道的特性,建立了高压电容充放电实验平台,激光束经离轴抛物聚焦镜汇聚,引发间距可调的盘状电极和针状电极之间的等离子体放电通道。利用电气参量测量、发射光谱测量等手段,分析了等离子体放电通道的启动特性、阻抗特性和等离子体密度。结果表明,激光束与放电方向同轴的结构以及较大的脉冲能量,使得激光诱导等离子体放电通道的启动时间大幅缩短,50mm间距的等离子体通道,启动时间约为2μs;激光诱导等离子体放电通道的阻抗很小,约1Ω~2Ω,并且阻抗值随放电电压的增加有减小的趋势,而与等离子体通道长度的关系不明显;由谱线的Stark展宽计算获得的空气击穿之后、放电启动之前的等离子体电子密度约为1019cm-3,尽管放电启动时等离子体辐射显著增强,但等离子体密度近乎单调下降。这些结果将有利于高能脉冲CO₂激光诱导空气等离子体放电通道的应用研究。     

连续波腔衰荡吸收光谱技术中的模式匹配研究

对比了波长调制和腔长调制两种方式实现模式匹配的性能特点,通过测量空腔衰荡时间并进行Allan方差分析,得到两种调制方式的衰荡时间分别为（5.239±0.077）μs和（5.252±0.058）μs,该系统的吸收系数检测限为10^-10量级。对于甲烷气体浓度,通过步进式改变入射激光的波长,描绘了甲烷气体的吸收谱线,其检测限可达10^-9量级。利用波长调制和腔长调制方式得到环境中甲烷气体的浓度分别为1.868×10^-6和1.870×10^-6。实验结果表明,虽然波长调制和腔长调制均能实现模式匹配,完成痕量甲烷气体的测量,但是通过对比可知：腔长调制方式具有更高的测量精度和更低的浓度检测限;波长调制方式发挥了可调谐激光器的优势,结构相对简单,无需压电陶瓷等附加的机械结构。因此,在实际应用中可根据需求在测量性能和装置复杂度及成本之间进行取舍。     

脉冲激光诱导石墨等离子体羽辉特性研究

为了研究C₂的演化规律，采用增强型电荷耦合器件（ICDD）直接成像法，通过Nd:YAG激光器烧蚀石墨靶，使用窄带通滤波片分辨出C₂和C+的发射位置，研究了在不同空气压力条件下，脉冲激光诱导石墨等离子体中C₂和C+的发射特性。当空气气压为10-2Pa和3Pa时，C₂发射峰值位于靶材附近，此时C₂的形成主要为靶材的直接发射；气压增大至50Pa时，由于气相重组反应加强，等离子体前端出现另一个C₂的发射峰值，其峰值位置与C+一致，并且其逐渐占C₂发射的主导地位，此时C₂的形成主要来源于重组反应，C+发射光强要大于C₂；当气压进一步增大至130Pa时，气相重组反应增加，在等离子体前端出现C₂的发射强度增强，在1.3μs之后，C₂的发射强度大于C+。结果表明，随着气压的变化，C₂的发射峰值位置和强度发生明显变化。这一结果对碳等离子体沉积碳纳米材料原理研究是有帮助的。     

简易氮激光器

描述了一种3,371埃的简单的小型脉冲紫外氮激光器,其峰值功率为10³瓦、脉冲持 续期为6×10^-9秒、脉冲重复率为120赫。     

在1~3大气压下冷阴极电子束控制的CO2激光振荡器的运转

冷阴极电子枪被用来控制在1至3个大气压下运转的8升CO2激光振荡器。输出能量密度随压力线性地改度,并随着外加阻尼场的增大而增加到5千伏厘米^-1大气^-1。在2个大气压时的输出能量为1千焦耳。     

等离子体和激光器

在过去十年里,由于等离子体密度起伏而引起激光束的散射已经成为等离子体诊断中一项最可靠和受重视的技术。在这类测量中,自由电子是散射体,在原则上而且往往在实际上,从散射激光的频谱强度可以导出密度、电子和离子的速度分布、湍流的程度和磁场。虽然在等离子体内自由电子光子散射的汤姆逊截面小至6×10^-25厘米²,但它总是比无外壳离子散射截面大很多,而且通常比原子或分子的瑞利散射截面大。     

超短激光脉冲

我们所说的超短脉冲是指那些持续时间约为10^-13秒到几十个微微秒的光脉冲。由于估计到这种光脉冲可用来研究超高速物理及化学过程,这就推动了获得这种脉冲的研究工作,而且结果很好,在1962年可得到的最短脉冲是10^-8秒,而在1968年便获得了10^-13秒的脉冲,功率达10¹²瓦。取得进展的主要原因是“锁模”方法的成熟,采用这种方法可以安排激光器轴向模之间的相位关系。这里,我们将讨论产生与测量超短脉冲的方法。然后考虑它们在各方面的用途,例如研究受激散射,测定激励志的寿命,以及产生高温等离子体等。     

双脉冲激光诱导铝等离子体的双波长干涉诊断

双脉冲激光诱导等离子体在激光加工、元素检测、材料去除等领域有广阔的应用前景和发展空间,对其进行诊断具有重要意义。针对延迟双脉冲激光诱导铝等离子体的作用效果和影响机理,采用双波长干涉法对其时间演化规律展开研究。基于马赫-曾德尔干涉仪搭建了双波长干涉诊断系统,得到了双脉冲激光诱导等离子体干涉图。通过对干涉图的处理和分析,得到了等离子体电子密度随双脉冲激光延迟时间的变化规律。结果表明,随着双脉冲激光延迟时间的增加,第二束脉冲激光对等离子体电子密度的增强效果先加强后减弱。其中,双脉冲激光延迟时间为10 ns时,对等离子体电子密度的增强效果最强,在30 ns时刻,其中心区域平均电子密度可达6.49×1019 cm?3,相较于同等能量单脉冲激光诱导等离子体提升了26%。同时研究了延迟时间对第二束脉冲激光作用机制的影响。研究结果为双脉冲激光诱导等离子体的优化方向提供了参考。     

激光诱导Al等离子体中电子密度和温度的实验研究

激光烧蚀等离子体在微量元素分析方面有着重要的应用背景，而缓冲气体的种类及压力对激光等离子体的特性有重要影响。报道了以氦气、氩气、氮气和空气作为缓冲气体，实验测定了不同气压下Nd：YAG激光烧蚀Al靶产生的等离子体中的时间分辨发射光谱，利用发射谱线的Stark展宽和相对强度计算了等离子体中的电子密度和温度，得到了在不同缓冲气体中激光诱导Al等离子体的电子密度随延时、气压的演化规律，同时得到了电子温度的时间演化特性。实验结果表明，电子密度的数量级约为10^17cm^-3，电子温度测量值约为10000K，二者都是在激光脉冲后随时间快速衰减，直到4μs以后达到一个较低的水平并缓慢变化，其中以氩气作为缓冲气体时等离子体中的电子密度最大。     

CO2激光诱导大气放电特性的研究

为了研究脉冲CO₂激光诱导空气放电的特性,建立了高压电容充放电实验平台,采用间距为8mm、半径为10mm的一对球形石墨电极,取得了放电电压和电流的实时数据,采用2阶振荡电路模型对放电电压和放电电流进行拟合得到了电极间激光诱导放电等离子体的阻抗,并对放电时间、放电延时及抖动做了统计。结果表明,激光诱导放电等离子体的阻抗很小,约1Ω~2Ω,拟合得到的放电等离子体阻抗随放电电压、放电电容、以及激光能量的增加而减小;放电延时随着实验条件的变化在2μs~10μs之间变化,放电延时以及延时抖动随着放电电压和激光能量的增加而降低,而受放电电容大小的影响不明显。由此高稳定性的激光脉冲和高压有助于激光诱导放电过程的稳定。     

微微秒X射线等离子体辐射的测定

借助高速X射线图象变换照相机，已经直接测得X射线激光等离子体辐射。这种照相机以单帧方式运转，其曝光时间范围为5毫微秒到0.6微秒，以条纹方式运转时，条纹速度为5×10⁹到5×10²厘米/秒。条纹方式的时间分辨率的计算值大约是5微微秒。使10微微秒、1~2焦耳的激光脉冲聚焦在置于真空室中的钛靶上，得到了等离子体。记录到的X射线脉冲的半宽度变化范围为30~60微微秒。     

基于纳米颗粒热效应的飞秒激光高效直写金属铜微结构

在Cu（NO₃）₂前驱体溶液中添加硅纳米颗粒,采用飞秒激光在透明基底表面成功直写了导电金属铜微结构。前驱体溶液中的硅颗粒作为吸光粒子吸收激光能量后对溶液进行加热,使Cu²⁺还原为金属铜并沉积在基底表面。结果表明：当激光光强为5.32×10⁹～8.51×10⁹ W·cm^-2、扫描速度为100～500 mm·s^-1时,微结构主要由铜、Cu₂O及微量硅组成,铜含量及微结构的导电性随着光强的增加或扫描速度的降低而逐渐增加;在光强为5.32×10⁹ W·cm^-2、扫描速度为100 mm·s^-1的条件下,铜微结构的方阻为0.28Ω·sq^-1,电阻率为4.67×10^-6Ω·m。与已有的飞秒激光直写铜微结构的技术相比,这种方法使激光光强降低了2个数量级,直写效率提高了1～3个数量级。     

激光装置产生3×10-11秒的光脉冲

由西德和美帝科学工作者组成的小组最近研制出一种新的激光激励的装置,它可以产生极强和极短的单色相干光脉冲。所产生的光脉冲的持续时间不过3×10^-11秒。     

用可饱和吸收获得70毫微微秒的脉冲

据罗切斯特大学的一个小组报导，他们获得了可能是迄今为止最短的激光脉冲。该大学激光力能学实验室的莫罗(G. Mourou)和赛泽第二（T. Sizer II)已经产生出短于70毫微微秒(7×10^-14秒)的激光脉冲。但是在如此短暂的时间尺度上，测量设备不很准确，研究者认为，事实上脉冲可能还要短些。     

基于腔损耗扫描寻优的光腔衰荡高反射率测量

针对目前腔失调参数与腔损耗之间的映射关系并不明确，调腔过程中腔相对失调量亦不明晰等问题，提出一种基于腔失调参数扫描的腔损耗寻优调腔方法。该方法通过腔镜倾斜调节量的扫描寻优，以光腔衰荡时间为判据寻找初始腔和测试腔相对失调优化的腔状态。实验结果表明：通过该方法，对同一高反射率待测样片6次实验测量结果的测量重复性精度相比传统方法由1.26×10^-4提高到约9.83×10^-6，测量重复性峰谷值由3.25×10^-4提高到2.7×10^-5，测量结果更稳定，表明该方法能获得腔参数相对失调更小的调腔状态，为在初始腔反射率较低的光腔衰荡测量系统中抑制衰荡腔相对失调提供了一种解决方案。