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切削参数对KDP晶体加工表面实际频率特征的影响
况良杰, 庞启龙, 陈明君, 马鲁强, 徐幼林
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[摘要](377) [HTML全文](219) [PDF 1612KB](12)
摘要:
针对采用单点金刚石超精加工的KDP晶体光学表面,研究了切削参数对微观形貌频率特征的影响。通过功率谱密度获得表面轮廓频率分布,并用连续小波重构加工过程中随切削用量变化的微观轮廓频率特征。结果表明,切削参数对微观形貌的影响具体表现在实际频率特征上,中频特征波长及幅值反映了切深及转速变化,随切深及转速增加,幅值变大;低频特征反映了进给量变化,随进给量变小,频率及幅值变小;高频特征是加工过程中振动及材料各向异性的具体表现。
激光雷达扫描方式
袁光福, 马晓燠, 刘爽, 杨奇龙
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[摘要](142) [HTML全文](70) [PDF 838KB](2)
摘要:
为实现激光束对空域的有效扫描和探测,研究了栅形扫描、李萨茹形扫描、螺旋形扫描和六边形扫描四种常见的激光雷达扫描方式,推导了相应的扫描方程,讨论了参数的物理意义及调整方法;重点研究了栅形扫描和六边形扫描方式下光斑的分布情况,通过仿真分析了两种扫描方式下光束的漏扫率和重叠率,结果表明,在相同扫描条件下六边形扫描方式的漏扫区域最少。展示了基于上述研究内容的扫描控制系统实物图及扫描图案。分析总结了四种扫描方式的特点,给出了每种扫描方式的适用情况及使用建议。
液电脉冲激波特性分析
吴敏干, 刘毅, 林福昌, 刘思维, 孙建军
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[摘要](137) [HTML全文](47) [PDF 1279KB](3)
摘要:
基于相应的数学模型来表征液电脉冲激波的产生和传播过程,搭建了液电式碎岩综合试验平台,分析了典型的激波特性的仿真和实测结果。给出了不同充电电压下液电脉冲激波特性的仿真结果,并分析了充电电压对激波特性的影响。结果表明:充电电压为11 kV时,激波的压力峰值为2.67 MPa,激波能量为27.30 J,波前时间为2.16 μs,激波加载速率为1.24 MPa/μs,电能转化为激波能量的效率为13.35%;提高电容充电电压,激波压力峰值和激波能量增大,波前时间减少,激波加载速率增加,但电能转化为激波能量的效率降低。利用建模分析的方法,可以根据放电回路参数预测液电脉冲激波特性,从而为进一步研究激波破碎岩石的形态和效果提供理论依据。
一种小型化高功率微波辐射场功率密度测试系统
张翠翠, 王益, 王建忠, 何斌, 于明媚
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[摘要](173) [HTML全文](84) [PDF 1054KB](2)
摘要:
为解决现有高功率微波辐射场功率密度测量系统测量环节多、系统复杂以及长电缆无法适应复杂电磁环境测量等问题,研制了一款小型化、一体化辐射场功率密度测量系统。系统采用天线-耦合器-转换器作为接收前端,后端采用同轴信号处理单元,在屏蔽箱内完成信号衰减、功率探测及电光转换,可实现系统远程测量与监控,可用于连续波、单次脉冲、连续脉冲辐射场功率密度测量。同时,系统采用模块化校准,可有效降低测量系统不确定度。该系统具备30 dB动态,最小可测脉宽50 ns,可测辐射场功率密度100 MW/m2,系统结构紧凑,简便易携,采用光纤传输,抗电磁辐射,可实现X波段GW级高功率微波辐射场功率密度快速测量。
纳秒脉冲下几种液态介质绝缘性能的比对
贾伟, 陈志强, 郭帆, 李尧尧, 祁宇航, 程永平, 杨天
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[摘要](988) [HTML全文](46) [PDF 760KB](1)
摘要:
利用自行研制的纳秒脉冲实验平台(输出脉冲前沿30 ns,半宽百纳秒)与标准介电强度测试仪,对变压器油、甘油、去离子水、Galden HT200四种液体绝缘介质在直流与纳秒脉冲下的击穿特性进行了实验研究与结果比对,结果表明:在直流与纳秒脉冲下,Galden HT200均具有最高的击穿场强,且两种情况下均比变压器油高出40%以上;纳秒脉冲下,Galden HT200与变压器油的击穿场强均提高6.5~7倍,Galden HT200击穿过程耗时最短(ns量级),其次是变压器油(20 ns),然后依次为甘油(45 ns)和去离子水(70 ns);多次放电后,粘度系数最大的甘油更易在电极间隙处聚集碳化放电产物,粘度系数较小的Galden HT200和去离子水则无明显痕迹,但二者放电过程会产生明显的冲击波,多次放电后易造成间隙电极松动。
高性能多功能介质二次电子发射特性研究平台
何鋆, 杨晶, 苗光辉, 张娜, 崔万照
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[摘要](123) [HTML全文](86) [PDF 847KB](1)
摘要:
介绍了一套高性能多功能介质二次电子发射特性研究平台和介质材料二次电子产额脉冲测量方法。该平台配备有三层栅网结构的收集器和30 eV−30 keV宽能量范围的电子枪,可在10−8 Pa超高真空下测量介质材料的二次电子发射特性,并具备XPS能谱分析、加热和氩离子溅射清洗原位处理分析功能。给出了测得的金和氧化铝材料的二次电子电流脉冲,通过判断电流脉冲波形随时间以及照射次数的变化,获得了介质材料带电饱和时间和厚度对带电量的影响。
表面划痕中残余抛光颗粒对材料热损伤特性的影响
郭文华, 陶冶, 张蓉竹
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[摘要](96) [HTML全文](49) [PDF 893KB](1)
摘要:
建立了高功率激光辐照下光学表面存在划痕且残存抛光颗粒时的热损伤分析模型,对这种复杂缺陷条件下的光学材料热损伤性能进行了研究。利用有限差分法计算了不同尺度抛光颗粒处于划痕中不同位置时光学材料表面的光场调制和温度场的分布。根据表面温度分布,得到了对应条件下光学材料的热损伤阈值变化规律。结果表明,除了抛光颗粒半径对材料损伤阈值存在影响外,当抛光颗粒位于划痕宽度方向不同位置时,材料的热损伤阈值也会有比较明显的变化。当位于在划痕中心时,抛光颗粒对材料光场调制最强,更容易造成材料的熔化损伤。
Operation stability improvement for synchrotron light sources by tune feedback system
Wu Xu, Tian Shunqiang, Zhang Qinglei, Zhang Wenzhi
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[摘要](162) [HTML全文](73) [PDF 806KB](2)
摘要:
Ten Insert Devices (IDs) had been installed in the Shanghai Synchrotron Radiation Facility (SSRF) storage ring. The ID gaps were repeatedly adjusted for the scientific experiments during the user time. The residual quadrupole errors beyond the ID feedforward disturbed the beam optics, including the betatron tune deviations that spoiled machine performance and brightness stability. A tune feedback system was developed and implemented in the SSRF storage ring to resolve the deterioration. The tune stability of ±0.001 in 2 weeks was reached. Another important function of this feedback system is finding out slow drift in the power supplies of dipole or quadrupole by observing the correction current changes in the feedback. To prove this feedback’s feasibility, we compared variations of the beam parameters, including the injection efficiency, the beam life-time, the horizontal beam size and the beta-beatings.
小型化多层双模基片集成波导平衡带通滤波器
吕大龙, 刘庆, 张俊杰, 张德伟, 周东方
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[摘要](111) [HTML全文](53) [PDF 1083KB](3)
摘要:
针对平衡滤波器小型化和高选择的应用需求,提出两种新型的多层双模基片集成波导平衡带通滤波器。首先详细分析了基于平衡端口馈电的双模基片集成波导谐振器的特性;然后根据谐振模式分布特性,设计了一种输入输出馈线同时在上层双模谐振器上的四阶平衡带通滤波器,下层双模谐振器通过十字交叉槽线结构与上层谐振器耦合,可以实现三个传输零点;又提出一种输入和输出馈线分别在上层和下层双模谐振器上的四阶平衡带通滤波器,上层和下层谐振器通过一个槽线进行耦合,可以实现两个对称的传输零点。基于提出的两种平衡滤波器结构,分别设计了一个中心频率为10 GHz的平衡带通滤波器,并进行加工和测试。测试和仿真结果一致性较好,表明了该结构可以实现小型化和高选择,并且具有很好的共模抑制特性。
Ka波段同轴多注相对论速调管的电子束引入
党智伟, 李士锋, 王战亮, 黄华, 王腾钫, 刘振帮, 宫玉彬
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[摘要](130) [HTML全文](45) [PDF 995KB](1)
摘要:
首先通过理论分析确定影响多注电子束引入效率的主要因素,确定初步的结构参数;其次利用三维粒子模拟软件建立Ka波段相对论多注二极管模型进行仿真优化,使电子束引入效率达到89%;并开展了电子束的产生与传输实验研究,验证了粒子模拟仿真结果。在电子束电压502 kV、束流4.34 kA、轴向磁感应强度0.76 T的条件下,电子束引入效率达到了72%,由电子束轰击尼龙靶材获得的电子束束斑图表明,电子束在产生与传输过程中形状未发生畸变,产生的电子束直径约为2 mm。模拟和实验研究验证了设计的强流多注二极管可以产生高品质的电子束和实现高效率的电子束引入。
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15~600 keV脉冲硬X射线能谱测量
苏兆锋, 来定国, 邱孟通, 任书庆, 徐启福, 杨实
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[摘要](85) [HTML全文](48) [PDF 701KB](3)
摘要:
介绍了基于吸收法的脉冲硬X射线能谱测量的基本原理及设计思路,完成了探测器及吸收片的选型,设计了射线准直系统,研究了散射对测量的影响,以12路PIN探测器阵列及铜、铝吸收片为测量核心部件研制了脉冲硬X射线能谱测量系统。实验测量了真空环境下“闪光二号”加速器串级二极管产生的脉冲硬X射线强度,获得了不同衰减程度的实验波形,通过解谱获得了脉冲硬X射线的能谱,光子最高能量约600 keV,平均能量约89.1 keV,与理论计算的结果比较符合。
各向异性堆叠结构环氧树脂复合材料的热防护性能
李佳蓬, 夏岚松, 张平, 刘东
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[摘要](171) [HTML全文](107) [PDF 742KB](3)
摘要:
基于导热-隔热原理,通过在环氧树脂(Epon)中添加质量分数为5%,15%,25%的六方氮化硼(h-BN)作为填料制备环氧基散热层,质量分数为1%的膨胀蛭石(E-ver)作为填料制备环氧基隔热层,设计了宏观交替堆叠的环氧复合材料,并进行了热防护性能的研究。研究结果表明:具有各向异性结构的复合材料,顶部中心温度较传统材料的温度下降13~16 ℃,热延迟时间大大提升,并随着h-BN含量的增加,热性能得到明显改善。理论分析了该堆叠结构下复合材料“横向散热、纵向抑热”的机理。
基于激光雷达的垂直能见度反演算法及其误差评估
宋海润, 王晓蕾, 李浩
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[摘要](247) [HTML全文](135) [PDF 1451KB](3)
摘要:
针对大气垂直方向上消光系数分布不均匀难以用传统方法直接测量垂直能见度的问题,提出了一种基于激光雷达探测垂直能见度的计算方法。根据大气辐射传输基本原理,借助于辐射传输方程,推导出了垂直能见度的计算公式;然后利用激光雷达原理方程和Klett算法反演出大气垂直方向上的消光系数分布,基于此提出了垂直能见度的迭代算法。最后,利用灰色模型GM(1,1)和批统计算法,对激光雷达反演得到的后向散射系数进行了评估,给出了误差置信区间为(0.760±0.339)×10−4(srad·km)−1。结果表明,该方法是一种特别有效的计算垂直能见度的方法,符合探测的基本需求,且误差小精度高。
传输线方程的高精度龙格−库塔数值求解方法
王旭桐, 周辉, 马良, 程引会, 李进玺, 刘逸飞, 赵墨, 郭景海, 王文兵
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[摘要](136) [HTML全文](71) [PDF 1755KB](3)
摘要:
提出了一种求解传输线方程的高精度龙格-库塔(RK)方法。此方法在空间上采取高阶泰勒展开,提高了对空间微分的近似精度,减少了数值色散所带来的误差。与传统的时域有限差分法(FDTD)方法相比,在每波长采样数相同时,RK方法的计算精度更高。同时,根据Taylor模型,对外界平面波激励源进行离散,成功利用RK方法对外部场激励传输线进行求解,扩大了龙格−库塔方法在求解传输线方程时的应用范围。通过编程对平面波辐照下无限大地平面上的单导体与双导体的算例分别应用FDTD方法与RK方法进行了计算,验证了RK方法的正确性。结果表明同等计算条件下RK方法的计算精度更高。
便携式谐振倍压电容充电电源的设计
张远绎, 凌志斌, 李旭光
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[摘要](175) [HTML全文](51) [PDF 891KB](2)
摘要:
对输入电压为24 V,输出电压3 kV的便携式谐振倍压电容充电电源进行了设计与验证。针对高变压比的特点,电源采用串联谐振拓扑与倍压整流相结合的拓扑结构,避免了高频变压器副边匝数过多、分布参数过大可能造成的不利影响。对高频变压器、谐振电容、开关器件等核心元件进行了设计和调试。最后采用该电源进行电容充电实验,其测试结果验证了设计的正确性。
纳秒脉冲下变压器油两相流注放电仿真研究
王琪, 王萌, 王珏, 严萍
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[摘要](305) [HTML全文](150) [PDF 2125KB](0)
摘要:
为揭示液体电介质击穿过程中形成的气体放电通道对液体电介质放电过程的影响,以针—板电极间隙变压器油为研究对象,基于等离子体流体力学模型,引入了液体电介质放电过程中气相放电通道对电离机制及自由电荷迁移率的影响,建立了用于模拟脉冲电压下液体电介质放电过程的两相流体模型,仿真研究了纳秒脉冲下针板电极流注放电的起始与发展过程。仿真结果表明:采用Heaviside方程可以在模型的不同区域同时实现气相物理过程和液相物理过程的模拟与计算。气相物理过程的引入导致流注尾部电场显著降低,流注头部电场进一步增强,使流注通道的发展速度要高于传统液相模型,有助于加深对纳秒脉冲下液体电介质中预击穿流注的起始、发展过程的认识和理解。
超宽带脉冲环境下射频滤波器非线性响应分析
陆希成, 邱扬, 武静, 田锦, 杨志强
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[摘要](297) [HTML全文](76) [PDF 764KB](5)
摘要:
实验研究发现,射频滤波器在连续波和超宽带脉冲条件下其带外传输性能基本一致,但在带内某些频段,超宽带脉冲环境下滤波器的传递函数远大于1。此外,滤波器在超宽带脉冲下的时域响应还出现了脉冲振荡特征。针对这些现象,从滤波器的非线性无源互调和Q值效应的两个方面,分析了滤波器在超宽带脉冲作用下的响应机理,初步解释了上述现象。此外,通过不同辐射场强下的测量结果可知,滤波器无源互调还出现了非线性现象,使得测量结果的普适性受到一定限制。基于传递函数的预测结果表明,连续波测量结果的预测波形无论是从能量上还是从峰值功率上都明显小于实测结果。这些都反映出,滤波器在超宽带脉冲环境下的响应机理与在连续波环境下的响应机理明显不同,其预测结果也差异较大。也就是说,连续波测量结果不可用于超宽带脉冲的效应分析和评估。
FLTD三电极场畸变气体开关寿命特性
李颖, 靳建伟, 陈立, 孙凤举, 李兴文, 王志国, 姜晓峰, 吴坚, 李鹏辉
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[摘要](262) [HTML全文](113) [PDF 1180KB](4)
摘要:
针对设计的一种场畸变气体开关,研究中间电极材料分别为不锈钢和黄铜条件下的烧蚀特性,结合开关寿命期间静态与触发特性的变化规律,获得决定开关寿命的关键因素,为三电极场畸变气体开关的性能优化提供理论支撑。研究结果表明,采用不锈钢和黄铜作为中间电极的烧蚀区域以及表面粗糙度均随着放电次数增加而增大,黄铜电极烧蚀较为严重且表面有明显的烧蚀圆斑,不锈钢电极则具有更高的表面粗糙度,阴阳极表面烧蚀存在明显差异,随着放电次数的增加,击穿点向电极边缘区域集中,影响开关的沿面绝缘特性,是导致开关寿命终结的主要原因。
单级电磁感应线圈发射器温升研究
熊敏, 张亚东, 龚宇佳, 张虎
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[摘要](236) [HTML全文](114) [PDF 1235KB](1)
摘要:
同步感应式线圈型电磁发射器主要采用脉冲电流对线圈直接供电,其实际工作过程中电枢和线圈会产生温升,这是当前制约线圈发射器向小型化、高速发展的一个主要因素。本文通过建立电磁线圈的温升模型,对于单次触发的情况,分别利用Comsol和自编程序Coilgun进行计算,并搭建相应的试验平台进行验证。采用直接耦合方式的Comsol计算结果最为准确,也能考虑材料参数随温度的变化。仿真得到电枢的温升大约为4.2 ℃,线圈最大温升为7.7 ℃。由于热电偶温度传感器的测量延迟性与采样频率的限制,电枢温度试验曲线未能测量到仿真曲线中出现的温度最大值点,可记录到整个试验过程中温度变化曲线,其变化形势以及最终稳定的温度与仿真的基本一致,误差最大为6.1%,说明了仿真的准确性。为后续进行多级线圈连续发射奠定基础。
太赫兹波在飞行器等离子体鞘套中的传输特性
耿兴宁, 徐德刚, 李吉宁, 陈锴, 钟凯, 姚建铨
当前状态:  doi: 
[摘要](333) [HTML全文](107) [PDF 1132KB](15)
摘要:
针对临近空间飞行器的黑障问题,根据模拟的RAM C-III飞行器周围的流场分布结果,计算了等离子体电子密度和碰撞频率,并根据其分布建立了非均匀的等离子体模型。在此基础上,利用散射矩阵方法分析了太赫兹波在等离子体中的传输特性随着等离子体密度、等离子体厚度、等离子体碰撞频率的变化以及外加磁场对传输特性的影响。结果表明,太赫兹波的传输损耗随着等离子体电子密度和等离子体厚度的增加而增加,而碰撞频率的增加会使得透射率先减小后增加。在外加磁场的作用下,左旋太赫兹波的传输特性会得到改善;而对于右旋太赫兹波,磁场的施加会引入吸收峰,并且随着磁感应强度的增加向高频方向移动。
新型电机驱动充电一体化分析与研究
张耀文, 张政权, 刘庆想, 欧伟丽
当前状态:  doi: 
[摘要](133) [HTML全文](102) [PDF 924KB](0)
摘要:
提出了一种基于AC-link的新型电机驱动充电一体化拓扑结构,可以满足电机驱动控制和充电两种工作模式。该拓扑正向工作时驱动电机为电机驱动控制状态、反向工作时给蓄电池充电为充电状态。首先对该新型拓扑结构两种工作模式的工作原理进行详细介绍,采用有效的控制策略并使用Simulink软件搭建仿真模型,对一体化拓扑结构和控制策略进行验证,仿真结果表明,该拓扑工作在充电模式时可以满足电池全部充电阶段的不同电压需求;工作于电机驱动模式,无论是加速过程还是正常工作过程,定子电流均呈现良好的三相正弦形态,并且转速可以达到给定值,从而证明了这种拓扑结构和控制策略的可行性。
1.3 GHz超导腔的掺氮实验
董超, 沙鹏, 刘佰奇, 李中泉, 杨际森, 王洪磊
当前状态:  doi: 
[摘要](218) [HTML全文](150) [PDF 712KB](9)
摘要:
为了大幅度提高纯铌超导腔的品质因数,从而降低其使用功耗,选择对超导腔进行高温氮掺杂处理。立足国内外大型加速器的需求,中国科学院高能物理研究所首先开展了1.3 GHz 1-cell超导腔的研究,包括常规处理以及氮掺杂实验,并且对掺杂前后的结果进行了分析、对比。结果表明,通过掺氮,两只1.3 GHz 1-cell细晶粒纯铌超导腔的品质因数均获得了显著提升,同时在超导腔低温垂直测试中观察到了比较明显的反常的品质因数随加速梯度变化的曲线,即“anti-Q-slope”现象。
激光触发伪火花开关的研究
周亮, 张明, 孙承革
当前状态:  doi: 
[摘要](211) [HTML全文](349) [PDF 1012KB](2)
摘要:
通过等离子体建模仿真及物理实验结合的方式验证了激光触发伪火花开关的可行性。分别使用波长266 nm和532 nm的激光,对激光触发伪火花开关的最低激光触发能量、阳极着火延迟时间和时间跳动三项参数进行测试。在非聚焦模式下,仅调整激光能量,测得开关在波长266 nm激光触发下,最低触发能量为15 mJ,该触发能量下,阳极着火延迟时间约为340 ns,时间跳动约为40 ns;在波长532 nm激光触发下,最低触发能量为83 mJ,该触发能量下,阳极着火延迟时间约为420 ns,时间跳动约为60 ns。在维持实验平台不变的情况下,仅对入射激光进行聚焦,测得波长266 nm激光触发下,最低触发能量为4 mJ,当触发能量8 mJ时,阳极着火延迟时间190 ns,开关时间跳动小于1 ns;波长532 nm激光触发下,最低触发能量为6 mJ,当激光触发能量为8 mJ时,阳极着火延迟时间240 ns,开关时间跳动小于1 ns。
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封面目录
 《强》刊2020年32卷第1期封面目录
2020, 32: 1-2.  
[摘要](32) [HTML全文](32) [PDF 3111KB](8)
出版前言
专辑出版前言
2020, 32: 011001.   doi:
[摘要](66) [HTML全文](62) [PDF 201KB](6)
院士专访
上海超强超短激光实验装置研制进展
李儒新
2020, 32: 011002.   doi:
[摘要](71) [HTML全文](74) [PDF 1532KB](7)
专家特稿
高功率激光装置光束精密调控性能研究进展
郑万国, 李平, 张锐, 张颖, 邓学伟, 许党朋, 黄小霞, 王芳, 赵军普, 韩伟
2020, 32: 011003.   doi:
[摘要](291) [HTML全文](156) [PDF 3414KB](13)
摘要:
光束精密调控是惯性约束聚变(ICF)研究对激光驱动器的基本需求,它是一项装置层面的系统工程。主要介绍了中国工程物理研究院激光聚变研究中心近年来在靶面光强控制、脉冲波形控制、光束近场控制以及在新型光束探索方面所取得的重要进展。
研究快报
kJ级宽带低相干激光驱动装置
高妍琦, 季来林, 崔勇, 饶大幸, 赵晓晖, 冯伟, 夏兰, 刘栋, 王韬, 史海涛, 李福建, 刘佳, 杜鹏远, 李小莉, 刘佳妮, 张天雄, 单翀, 马伟新, 隋展, 傅思祖
2020, 32: 011004.   doi:
[摘要](106) [HTML全文](48) [PDF 494KB](4)
摘要:
激光等离子体相互作用的不稳定性将有望通过降低高功率激光装置输出光束的相干性得到大幅缓解。利用低相干光源作为种子源,采用钕玻璃放大介质,研制成功国际首台kJ级大带宽低相干激光装置,实现了带宽13 nm、能量960 J、脉宽3~10 ns可调,相干时间仅为300 fs的大能量光脉冲输出。输出脉冲光谱匀滑无纵模结构,且谱相位随机分布,可实现脉冲波形和光谱分布的无关联精密调控。该装置不仅成功演示验证了低相干激光驱动器的单元技术及系统集成技术,同时也为激光等离子体相互作用及高能量密度物理研究提供了全新的实验研究平台。
窄线宽光纤激光器在1 030 nm波段实现3 kW近衍射极限输出
楚秋慧, 舒强, 林宏奂, 陶汝茂, 颜冬林, 王建军, 景峰
2020, 32: 011005.   doi:
[摘要](88) [HTML全文](36) [PDF 433KB](10)
摘要:
基于大模场面积掺镱光纤搭建了全光纤1 030 nm高功率窄线宽光纤激光主振荡功率放大系统,实现了3 004 W的最高功率输出,斜率效率69.27%,是目前报道的输出功率最高的1 030 nm波段近衍射极限光纤激光器。最高输出功率时,xy方向的光束质量因子分别为1.169,1.174,3 dB光谱宽度为0.18 nm,放大自发辐射抑制比达到37 dB。
基于简单MOPA结构实现3.08 kW全光纤窄线宽线偏振激光输出
王岩山, 王珏, 常哲, 彭万敬, 孙殷宏, 马毅, 高清松, 张凯, 唐淳
2020, 32: 011006.   doi:
[摘要](46) [HTML全文](33) [PDF 606KB](6)
摘要:
基于简单的主振荡功率放大结构,演示了一种高功率窄线宽线性偏振全光纤激光器,其最大输出功率为3.08 kW,3 dB线宽为0.2 nm。在整个功率缩放过程中,偏振消光比约为94%,光束质量M 2约为1.4。这是国内外首次实现3 kW全保偏光纤激光输出,与基于相位调制的窄线宽激光器相比,该激光器可实现近似的线宽,同时具有受激布里渊散射阈值高、系统结构简单、成本低等特点。
专家综述
高能激光六十年:回顾与展望
许晓军
2020, 32: 011007.   doi:
[摘要](440) [HTML全文](272) [PDF 449KB](19)
摘要:
激光的本质是微观粒子的有序运动,而热是微观粒子的无序运动,高能激光产生过程中这一对矛盾贯穿始终,可以说高能激光的发展史,就是一部与废热的斗争史。回顾高能激光发展的六十年,剖析高能激光的科学内涵,我们大致将其划分为前后三十年的两个阶段,前一阶段着重解决能用的问题,后一阶段重在解决好用的问题。围绕产热、散热,我们剖析了激光功率、光束质量、效率三者之间的内在关联,简要回顾了各类高能激光器的发展历程,评价了各类高能激光的特色,展望了高能激光未来的发展路径。
等离子体光学的研究现状与发展前景
李平, 张君, 魏晓峰
2020, 32: 011008.   doi:
[摘要](211) [HTML全文](48) [PDF 1849KB](16)
摘要:
等离子体介质由于具有极高的储能密度、无光致损伤阈值和丰富的光学特性,利用它改善光束输出性能是发展高功率激光技术的一条重要技术路线。系统介绍了近年来等离子体光学的研究现状,并论述了今后等离子体光学的发展趋势。
掺镱飞秒激光晶体研究进展
孙士家, 娄斐, 林州斌, 钟德高, 滕冰
2020, 32: 011009.   doi:
[摘要](159) [HTML全文](30) [PDF 2023KB](7)
摘要:
飞秒激光在军事、医学、通讯、加工等领域有着重要应用,已经成为新世纪激光技术领域的研究热点。得益于激光二极管(LD)的快速发展,以LD作为泵浦源成为新型全固态飞秒激光器的发展趋势。Yb3+离子掺杂的激光晶体材料因其独特的能级结构、宽带吸收与发射等优势,逐渐成为LD直接泵浦并实现1.0 μm飞秒激光输出的重要增益介质。详细总结了当前掺Yb3+飞秒激光晶体的研究进展,分析了目前存在的主要问题,给出了未来飞秒激光晶体发展的两个建议方向:高效率小功率飞秒激光和大功率高能量飞秒激光。以Yb3+:Sr3Y2(BO3)4晶体为例,详细研究了其晶体生长、光谱、连续与飞秒激光性能,并实现了中心波长在1 060 nm处脉宽为116 fs,平均输出功率为1.08 W,光光转换效率为33.1%的高效率飞秒激光输出,表明Yb3+:Sr3Y2(BO3)4及其同体系晶体是一类优异的高效率飞秒激光材料。
研究论文
水冷10 Hz Yb:YAG激光放大器热管理(英)
蒋新颖, 王振国, 郑建刚, 严雄伟, 李敏, 张 雄军, 粟敬钦, 朱启华, 郑万国
2020, 32: 011010.   doi:
[摘要](167) [HTML全文](41) [PDF 1530KB](5)
摘要:
为了控制重频放大器的热致波前畸变,设计并加工了均匀冷却的背面水冷激活镜激光放大器,对放大器的热畸变特性开展了实验研究,实验发现在泵浦功率密度较高即重复频率达到10 Hz,平均功率密度达到200 W/cm2时,放大器的热畸变既影响远场分布又对近场产生显著的调制。近场的调制会给放大器带来较大的损伤风险。为了消除热畸变对近场的调制,首先对泵浦强度分布进行了匀化,然后对介质进行了边缘热平衡控制,消除了热畸变引起的近场调制。通过对上述因素的控制,采用水冷激活镜构型的四程放大器实现了在10 Hz频率下良好运行。在没有进行主动补偿的情况下,实现了远场焦斑优于5倍衍射极限的输出。
多波长激光同时辐照下熔石英元件的损伤研究
邱荣, 蒋勇, 郭德成, 史晋芳, 李翠, 叶成, 周强, 韩伟, 黄进
2020, 32: 011011.   doi:
[摘要](107) [HTML全文](33) [PDF 779KB](12)
摘要:
对比研究了3ω单独辐照、3ω+2ω和3ω+1ω双波长同时辐照下熔石英元件的初始损伤和损伤增长规律,重点研究3ω能量密度在其阈值附近时,低能量密度的2ω和1ω对初始损伤和损伤增长的影响,分析了波长间的能量耦合效应。结果表明:双波长同时辐照下,当2ω和1ω能量密度远低于其自身阈值时,它们对初始损伤几率和损伤增长阈值的影响可以忽略,但也会参与初始损伤和损伤增长过程,会增加初始损伤程度和损伤增长系数。基于飞秒双脉冲成像的冲击波速度测量表明,3ω和1ω同时辐照下,波长间的能量耦合效应会促进激光能量向材料沉积的效率。
基于双频光源和涡旋相位的互补旋转集束匀滑方案
钟哲强, 张彬
2020, 32: 011012.   doi:
[摘要](88) [HTML全文](34) [PDF 1116KB](5)
摘要:
提出了一种基于双频光源和涡旋相位板实现光束快速互补旋转的集束匀滑方案。双频光源为集束中各子束提供频移,拓扑荷数相同但反号的涡旋相位板阵列用于将各个子束变换成拉盖尔—高斯(LG)光束,而通过偏振控制则可实现子束间两两的相干叠加。在此基础上,通过采用共轭连续相位板可使波长不同、偏振态不同的子束组合在靶面形成快速旋转且空间上互补填充的焦斑。结果表明,利用这一方案可实现子束散斑在靶面上快速旋转且散斑分布保持互补,进而有效改善靶面辐照均匀性,甚至为抑制激光等离子体不稳定性提供了一种潜在途径。
NbSe2纳米颗粒锁模的2 μm光纤激光器
刘新星, 田振, 唐玉龙
2020, 32: 011013.   doi:
[摘要](39) [HTML全文](18) [PDF 925KB](3)
摘要:
高重频大脉冲能量激光在基础科学研究以及通信、探测、材料加工等应用领域具有重要价值。报道了溶液法制备的过渡金属二硫化物NbSe2纳米颗粒材料的线性和非线性光学特性,并利用其2 μm波段可饱和吸收特性对掺铥光纤激光器进行被动调制实现了2 μm锁模激光输出。线性测量发现NbSe2纳米材料的光学吸收覆盖近红外到近中红外波段且随波长增加而降低;非线性光学测量显示NbSe2纳米材料在2 μm波段的调制深度为6.5%、饱和强度为19 MW·cm−2。然后我们把NbSe2纳米材料转移到金镜上制作成可饱和吸收器件,并对掺铥光纤激光器进行调制得到2 μm耗散孤子谐波锁模激光,单脉冲能量为3.36 nJ,脉冲宽度为1.48 ns,重复频率为50.66 MHz。激光光谱的中心波长为1 910.8 nm,光谱宽度为5.8 nm。首次在2 μm光纤激光器中采用NbSe2纳米颗粒实现耗散孤子锁模,证明了NbSe2纳米材料在2 μm波段的非线性光学调制能力,结合纳米颗粒的可集成特性,溶液法制备的NbSe2纳米材料有望成为一种新型的宽谱非线性光电调制材料/器件。
氟化氪短脉冲激光的放大和组束研究
王钊, 张骥, 李静, 高智星, 胡凤明, 田宝贤, 班晓娜
2020, 32: 011014.   doi:
[摘要](35) [HTML全文](16) [PDF 646KB](2)
摘要:
为充分利用氟化氪(KrF)准分子激光放大器的长泵浦时间,探索提高激光输出效率的方法,开展紫外超短脉冲在KrF准分子激光器中多脉冲放大和组束的实验研究。采用双脉冲放大方案研究激光脉冲时间间隔对输出能量的影响,确定延时时间,提高脉冲总能量并有效抑制自发辐射(ASE)。实现了单次放大4个紫外超短脉冲,获得了近4倍于单脉冲放大的输出能量。并探索紫外超短激光脉冲的组束技术,成功应用光学角多路的方法将两个亚皮秒的紫外激光脉冲进行精确组束。
基于氧化石墨烯的长周期光纤光栅的全光控制
马裕宽, 陈晓旭, 周寿桓, 冯国英, 周昊, 刘鹏宇
2020, 32: 011015.   doi:
[摘要](43) [HTML全文](20) [PDF 1162KB](1)
摘要:
实验验证了一种通过将氧化石墨烯分散液沉积在长周期光纤光栅的全光控制的相关研究。通过外加的垂直泵浦光的作用,氧化石墨烯吸收泵浦光产生热量,改变长周期光纤光栅的包层模式的相位差,由于热膨胀的作用改变了氧化石墨烯所覆盖部分的光栅周期,使得谐振谱发生了移动,其最大调制深度可达10.6 dB,谐振谱最大可红移12.8 nm。通过实验发现,沉积相同浓度氧化石墨烯分散液的次数影响实验结果,通过在相同光栅的相同位置分别沉积三次,发现沉积三次可以在光纤表面获得更加均匀的氧化石墨烯膜,进行了时间响应的测试,其中沉积三次后的长周期光纤光栅的响应速度可达0.61 ms,沉积多次氧化石墨烯分散液可以在光纤表面沉积得更加平整均匀,从而获得更大的导热性能。
超强频率梳激光场驱动下多光子共振谐波辐射的相位突变研究
陈春娟, 赵媛媛, 赵迪, 蒋臣威, 方爱平, 高韶燕, 李福利
2020, 32: 011016.   doi:
[摘要](46) [HTML全文](20) [PDF 759KB](3)
摘要:
本文从理论上研究了在双色频率梳激光场驱动下多光子谐波辐射光谱中的相位突变现象。我们利用Floquet理论非微扰地模拟了频率梳激光场与原子分子等量子系统的相互作用过程。谐波辐射信号是多光子偶极跃迁相干叠加的结果,通过调节频率梳激光场间的相对相位,可以相干地控制谐波辐射信号的强度。通过对谐波信号进行傅里叶变换,可以提取不同跃迁路径的相对相位信息。我们通过改变频率梳组激光场的强度和频率组分实现多光子跃迁频率,让其跨越共振跃迁频率时,谐波相位会发生突变。从而可以观测超强激光场驱动下量子系统共振跃迁频率的斯塔克能移。
基于混合锁模的耗散孤子掺铒光纤激光器
丰兴理, 赵磊, 张昊宇, 邓国亮, 汪莎, 冯国英, 周寿桓, 马裕宽
2020, 32: 011017.   doi:
[摘要](47) [HTML全文](19) [PDF 1336KB](2)
摘要:
从一种简单、全光纤结构的混合被动锁模掺铒光纤激光器中,得到了高稳定性、宽光谱的耗散孤子。激光器结合了半导体可饱和吸收体和非线性偏振旋转两种锁模机制,并运行在正常色散区内;通过色散管理,激光器能产生光谱宽度39.1 nm和时域宽度178 fs的孤子脉冲序列。激光输出的中心波长为1.55 μm,重复频率约为34.3 MHz,单脉冲能量在0.33 nJ左右。与此同时,激光器的斜效率也约等于15.5%;室温工作下,激光器能实现自启动锁模,且运行在稳定单脉冲输出状态的时长在15 h以上。
激光驱动高速金属颗粒与气体相互作用
韩雪, 张黎, 张永强, 吴冀川, 谭福利
2020, 32: 011018.   doi:
[摘要](238) [HTML全文](96) [PDF 1151KB](7)
摘要:
采用激光驱动技术模拟高速运动金属颗粒与气体相互作用过程,研究高速气固两相流输运过程。采用驱动靶优化设计、激光参数调节等方法对颗粒加速过程进行控制,利用高时空分辨率、高精度瞬态实验诊断技术获取高速颗粒瞬态物理图像。通过求解三维雷诺平均Navier-Stokes方程和刚体飞行六自由度动力学方程数值模拟高速单颗粒与气体混合过程,方程采用高斯−赛德尔隐式方法进行时间推进求解。研究表明,激光驱动方法能够有效地发射金属颗粒,阴影照相技术能够有效获取高速颗粒物理图像。数值模拟给出了高速颗粒与气体作用的流场参数。
泵浦匀化对Innoslab激光放大器光束质量的改善
何涛, 陈小明, 鲁燕华, 张彬, 徐浏, 叶先林, 许夏飞
2020, 32: 011019.   doi:
[摘要](131) [HTML全文](78) [PDF 1164KB](3)
摘要:
针对结构紧凑的部分端面泵浦混合腔板条激光放大器,研究了泵浦匀化对其输出激光光束质量的改善作用。基于ZEMAX仿真软件,设计并对比分析了直接成像和波导匀化后再成像两种泵浦耦合方式对激光二极管阵列慢轴(晶体宽度)方向光强分布均匀性的影响,发现波导匀化后泵浦均匀性得到明显提升且激光二极管阵列发光坏点对泵浦成像的影响得以弱化。进一步实验验证了泵浦匀化对Innoslab激光放大器性能的改善作用:波导匀化后慢轴方向泵浦均匀度从90.6%提高到95.4%,进而使3通放大后输出激光光束质量因子M2从2.41提升到1.55,并且有效抑制了多通放大腔内的自激振荡。
高功率激光装置主放大系统结构表面粗糙对自激振荡的影响
廖予祯, 王德恩, 邓学伟, 张鑫, 杨英, 郭雨源, 郑胜亨, 袁强, 胡东霞
2020, 32: 011020.   doi:
[摘要](218) [HTML全文](179) [PDF 1298KB](2)
摘要:
对于采用离轴多程放大技术的高功率激光装置,抑制其自激振荡的技术具有重大研究价值。针对工程中发现的主放大系统小孔板附近结构表面比较光亮,当腔内放大器工作时,在增益足够条件下,光亮结构面和腔镜间形成谐振腔而产生自激振荡,烧蚀腔内器件的问题,基于蒙特卡洛方法模拟结构表面,依据几何光学原理推导了激光光束在结构表面反射模型,采用该模型代入工程中光路部分参数计算了主放大系统结构表面粗糙处理工艺和反射进入放大器内份额的关系,并将该表面处理工艺应用于工程中,通过增大结构表面粗糙度,使形成的谐振腔损耗大于增益,为抑制高功率激光装置主放大系统自激振荡提供了依据。
基于PANDA平台的光机部件随机振动响应分析
王柯颖, 范宣华, 陈学前, 牛红攀
2020, 32: 011021.   doi:
[摘要](238) [HTML全文](85) [PDF 1659KB](4)
摘要:
基于PANDA自主并行计算平台,采用模态叠加法开展了多点基础激励作用下的随机振动响应分析算法设计和并行实现研究,构建了相应的并行求解模块。针对光机装置打靶样机中的六自由度平台结构,基于自主研发的软件模块,分析了该结构的模态特性及结构在地脉动载荷下的微振动响应,并与试验结果及商业软件分析结果进行了比对,在模态频率、振型和位移响应方面,都具有较好的一致性,验证了相关软件模块的正确性和PANDA平台在实际工程结构分析中的可用性。
基于空间啁啾的宽带激光倍频技术
陶昱东, 胡东霞, 韩伟
2020, 32: 011022.   doi:
[摘要](753) [HTML全文](53) [PDF 775KB](5)
摘要:
提出一种新型的宽带倍频方案,利用时空耦合效应将宽带的时间啁啾光转换成空间啁啾光,采用多块晶体并联、各晶体独立调谐的技术途径对空间啁啾光进行谐波转换,因此倍频效率与窄带激光倍频相当。理论研究表明,采用KDP晶体I类位相匹配,对中心波长为1 053 nm的宽带基频光实现了带宽约30 nm、转换效率大于60%的高效率宽带二倍频。而且倍频光仍为线性啁啾宽带光,具备可压缩性。