高能激光量热式能量探头的研制

针对输出功率数千瓦的连续波激光能量测量需要,研制了一种量热式高能激光能量探头.该探头主要由高纯石墨激光能量吸收体、测温热电偶、绝热陶瓷等组成.重点介绍了探头的研制和通过探头温升回推激光能量的计算方法研究,以及探头测量标定工作.所研制的能量探头耐受激光破坏能力强、结构紧凑,可以组装成阵列,用于大面积高能激光束的能量分布测量.     

用于材料反射率测量的共轭反射计设计与分析

为了研究激光辐照过程中材料的耦合特性及耦合特性随温度的变化规律,设计了一套主体为半椭球壳体,可用于激光辐照过程中材料反射率在线测量的共轭反射计实验装置,研制完成的初样其主体内壁在可见-长波红外光谱范围内镜面反射率优于70%。介绍了测量原理和测试系统的设计方案,采用光线追迹模拟方法研究了主体部分的设计参数,分析了开孔位置、入射方向、光斑尺寸、收集孔径以及内壁反射特性对测量收集效率的影响。结果表明:在设计指标下选用探测光束直径为Φ10 mm、收集孔径为Φ38.1 mm时,收集效率可达到完全收集的97.8%,满足测量要求。另外,用短波激光测量内表面光洁度有更高要求;理想面型条件下,限定范围内的收集效率主要由内壁镜面反射率决定;因此,半椭球内壁的面型、光洁度、反射率及其均匀性是影响测量精度的主要因素。     

基于等效电路参数提取的硅光电二极管激光损伤机理分析

通过硅光电二极管激光辐照效应实验获取了辐照前后器件的I-V特性曲线,利用粒子群优化算法对二极管的等效电路参数进行提取,考察受损前后等效参数的变化规律。认为光电二极管在激光辐照受损后,其反向饱和电流会减小,等效串联电阻会增大,等效并联电阻会减小。随后,基于半导体物理理论,对这些参数变化的内在因素进行了定性分析。认为反向饱和电流减小是由掺杂离子浓度减小造成的,串联电阻增大是因掺杂离子浓度以及载流子寿命减小共同引起的,并联电阻减小则是由半导体表面及内部的缺陷引起的。     

激光实验系统中的光延时技术

在激光实验中,往往需要高精度要求的同步、延时,或各种时序控制,一般采用常规的电延时,如电缆、延时电路等,对如亚纳秒甚至更高精度的时间控制或特殊实验条件(如多光束实验),电延时手段在实现过程中有一定难度.众所周知,光在真空中的传播速度是3×108m/s,利用光束传播过程中的分束进行光程设计,可以满足不同目的的高精度时间控制要求.文中通过高速条纹相机测试、光学角多路技术研究等工作中的实验系统设计,介绍了光延时技术的应用,并对相关的实验技术进行了简要分析.     

量热阵列式激光束能量分布测量系统研制

为了实现对高能密度激光束分布的测量,提出了高占空比蜂窝阵列结合分立隔热式能量探头的设计思想,研制出了一种耐激光辐照能力强、测量稳定的激光参数测量系统,该系统主要由蜂窝状阵列板、多路量热探头、多通道高速数据采集单元和相应数据处理软件组成.测量系统空间占空比为62%,光强分布测量不均匀性优于5%,测量动态范围达600倍,总能量测量不确定度优于8.5%.量热阵列测量系统的研制成功解决了大面积、大动态范围激光柬总能量和光强分布绝对测量的技术难题,为激光束能量绝对分布测量提供了一种有效的手段.     

周期和随机分量叠加而成粗糙表面的激光散射

研究了机械加工时由周期分量和随机分量叠加形成的粗糙表面的激光散射特性.基于Helmholtz-Kirchhoff积分定理并结合统计学相关理论,推导得到了上述粗糙表面的散射场强空间分布理论计算公式.根据推导得到的计算公式,计算了不同周期振幅和不同随机粗糙度情况下的散射场强空间分布,并分析了散射场空间分布的特征和形成原因.理论计算结果表明:在随机性粗糙度远小于激光波长时,周期振幅越大,散射场空间分布的“衍射条纹”现象越明显;而在随机性粗糙度和激光波长可比拟时,周期振幅在波长范围内的变化对散射场空间分布特征影响较小,不再有“衍射条纹”出现.在这种情况下,周期振幅的变化所产生的效果相当于是对散射场空间分布进行了调制.     

复合材料激光辐照实验中的吸收特性研究

在复合材料激光烧蚀研究中,首要解决的问题是激光的吸收问题。利用积分球法测量了材料蒙皮层及材料整体结构对1.319μm红外激光的反射率和透过率,获得了蒙皮层材料激光吸收特性随厚度的变化规律,以及材料表面状态变化导致的反射与透射特性的变化。在此基础上研究了蜂窝夹层材料激光烧蚀前后的反射、透射性能变化,结果表明,材料表面碳化后对近红外激光的反射率由30%降为10%左右,透过率由40%降为0,平均吸收率由30%增加到90%,蜂窝夹层材料对激光的吸收大大增加。     

纳秒激光辐照下HgCdTe光伏探测器的瞬态响应特性退化

为研究光伏探测器瞬态响应特性在短脉冲激光作用下的变化规律,以一种室温下零偏压工作的HgCdTe光电二极管为实验对象,测量了该器件对脉冲宽度约16 ns的不同强度响应波段内激光的响应信号波形。在探测器的对数线性响应区内,随着入射激光能量密度从约7.2 nJ/cm2增大到75 J/cm2,响应波形的宽度逐渐增大,半高宽约由55 ns增大到235 ns,底宽约由170 ns增大到380 ns。脉冲响应波形的展宽意味着器件的瞬态响应特性发生了退化。通过分析强注入条件下光电二极管准中性区光生载流子扩散过程,以及结电场与结电容变化对过剩载流子输运过程的影响,对上述光伏探测器瞬态响应特性退化的特征进行了机理解释。     

多孔介质辅助平板式太阳能集热器热性能强化的数值仿真研究

多孔介质材料具有良好的传热和蓄热性能。设计了新型多孔介质辅助平板式太阳能集热器的二维数值仿真模型，对其内部热性能进行了数值模拟，研究多孔介质块的形状(矩形、梯形、三角形结构)、布置数量和渗透率(达西数Da=10^-5～10^-2)等因素对平板式太阳能集热器热性能强化的影响；然后考虑到插入多孔介质伴随的压降和摩擦阻力损失，提出了评价集热器传热性能与阻力损失的性能评估标准。研究结果表明：在平板式太阳能集热器换热通道插入4种不同形状的多孔介质块，矩形多孔介质块背部附近区域更易产生涡区，集热器内传热性能最强，但通道内流动阻力系数大，从而导致阻力损失大。当多孔介质区域总长度一定时，随着多孔介质块布置数量的增加，涡区数量相应增加，集热器内传热性能加强，且通道内流动阻力损失呈现先增加后降低的规律。多孔介质块渗透率对集热器传热性能的影响显著，当Da=10^-2时，集热器传热性能最强。集热器内多孔介质块布置任意数量、高渗透率(Da=10^-2)条件下，矩形多孔介质块的性能评估标准最佳；在多孔介质块布置数量(N=6)较多、低渗...