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2011年  4卷  第1期

综述
放电脉冲重频准分子激光器在不同应用领域的发展现状
LOSEV V F, PANCHENKO Yu N, DUDAREV V V, IVANOV N G, KONOVALOV I N, PAVLINSKY A V, PUCHIKIN A V
2011, 4(1): 1-8.
摘要:
研究了脉冲宽度为25~40 ns的放电脉冲XeCl准分子激光器的工作参数。 结果显示,激光器产生的脉冲能量为0.2~0.7 J,重复频率为100 Hz,表明在泵浦功率为2.8~3.3 MW/cm3时,激光器实现了2.6%的激光效率和3.8%的本征效率。
激光技术
稳态力输出的实验与理论研究
APOLLONOV V V
2011, 4(1): 9-20.
摘要:
对低频共振情况下激光引擎的基本特性与其理论预测值做了比较,并研究了实现这些技术的重要步骤,认为基于不同学科与工业组织之间的合作,不久的将来会实现利用累计势能来驱动微型汽车。
HF激光脉冲与水柱表面相互作用产生电信号
ANDREEV S N, FIRSOV K N, KAZANTSEV S Yu, KONONOV I G, PASHININ P P, 张来明, 阮鹏
2011, 4(1): 21-25.
摘要:
研究了脉冲HF激光与水柱表面相互作用下电信号的产生过程。电信号显示了与激光能量线性相关的峰值间有时间间隔的两峰结构,且第二个尖峰在水柱底部的蒸汽腔塌缩后出现。实验还显示电信号的幅值和激光脉冲照射过程中是否存在膨胀和挤压的薄水层密切相关。如果在电池上边缘和石英平板(石英板紧邻电池,并与水柱上表面相接)之间存在一薄水层,电信号强度会增加10倍。
高功率重频电化学HF激光器
BULAEV V D, GUSEV V S, FIRSOV K N, KAZANTSEV S Yu, KONONOV I G, LYSENKO S L, MOROSOV Yu B, POZNYSHEV A N
2011, 4(1): 26-30.
摘要:
研制了高功率、高重频非链式HF激光器,并研究了脉冲模式和重频模式下在SF6的混合气中增加电极边缘电场强度而不使用其它措施即可实现自持体引发放电的可能性,得到了重复频率为20 Hz,脉冲能量为67 J,转换效率为3%的激光输出。
非链式化学HF(DF)激光器工作气体中电子分离的非稳定性和气体放电等离子体的自组织现象
BELEVTSEV A A, FIRSOV K N, KAZANTSEV S Yu, KONONOV I G, 张来明
2011, 4(1): 31-40.
摘要:
报道了放电引发的非链式HF(DF)激光器中的激活介质由电子碰撞负离子分离引起的电离非稳定性。这种非稳性出现在电极空间分离、脉冲CO2激光加热的基于SF6的混合气体的大体积放电中。实验研究了自引发体放电过程中由激光加热引起的放电等离子体的自组织现象以及由此在放电间隙的大部分区域形成的准周期等离子体结构。重点分析了等离子体结构随气体温度和注入能量的变化,讨论了等离子体自组织对电子碰撞分离不稳定性所产生的影响,解释了混合气体中由于电子碰撞使负离子消失导致的单等离子体通道移动的产生机理。
封闭空间中易燃混合气体在HF和CO2激光作用下的燃烧引发
FIRSOV K N, KAZANTSEV S Yu, KONONOV I G, KOSSYI I A, TARASOVA N M, 张来明, 谢冀江
2011, 4(1): 41-45.
摘要:
研究了封闭圆柱石英腔中化学计量CH4∶ O2混合气的燃烧试验。使用了非定域脉冲HF激光触发和直接使用脉冲CO2激光器助燃两种引燃方法。第二种引燃方法是使用小剂量的可以强烈吸收脉冲CO2激光辐射的SF6来加热易燃混合气。研究了燃烧过程,并确定了燃烧辉光的谱线特征。试验表明,即使在小体积反应器中,固定数量反应气的快速激光加热也能够极大地加速燃烧进程并达到混合气燃烧的爆炸模式。得到了阈值情况下沿腔轴的初始温度分布。
纳秒激光烧蚀下液态金属表面微结构的形成
TARASENKO V F, PANCHENKO A N, BULGAKOVA N M, SHULEPOV M A, TEL'MINOV A E, 李殿军, 张来明, 姜可, 谢冀江
2011, 4(1): 46-52.
摘要:
首次发现了在不同保护气体及多脉冲UV-IR激光的照射下,液态金属的微型突起和微结构的形成。测量表明,针对不同的金属和保护气,这种结构的单脉冲生成速率可达(5~20) m/pulse,形成了长度为1~2 mm,直径约为焦点两倍的单个微型突起。最后,介绍了控制微结构形状的可能性,并讨论了它们的应用潜力。
均匀球扭矩德拜级数分析
李仁先, 韩香娥, 帕尔哈提江·吐尔孙
2011, 4(1): 53-59.
摘要:
基于会聚光束所产生的扭矩来实现对小粒子的操纵已在物理学、生物学等领域得到了广泛的应用。为了分离出单个散射过程对扭矩的贡献,给出扭矩物理机理的解释,本文引入德拜级数分析了高斯波束对均匀球粒子所产生的扭矩。计算表明,当德拜项p从1取到一个足够大的值后,德拜级数计算结果与广义米氏理论结果吻合。文中重点分析了单阶p散射过程对横向扭矩的贡献,结果表明:当线极化光束入射时,p=1~5散射过程都可以产生横向扭矩,但扭矩的方向不同;当圆极化光束入射时,p=-1和0对应的扭矩远大于p=1~4对应的扭矩,且p=0过程产生与其他p过程相反方向的扭矩。
整形高功率激光装置的任意电脉冲发生器设计
刘辉, 刘百玉, 白永林, 欧阳娴, 缑永胜, 郑锦坤
2011, 4(1): 60-65.
摘要:
基于GaAs场效应管电压控制电流和开关的特性,设计了一种任意电脉冲发生器,并成功应用于激光脉冲整形装置。该电脉冲发生器利用超宽带窄脉冲触发多个GaAs场效应管,产生多路负脉冲,通过模拟延时线依次将各路负脉冲延迟一定时间后经微带线耦合输出多路负脉冲叠加的波形;通过多路不同幅度的脉冲堆积效应来获得形状任意可调的整形电脉冲。为了满足惯性约束聚变(ICF)实验中对电脉冲幅度不能过小的要求,在电路的输出端接入增益可调的超宽带电压放大器,使脉冲幅度达到实验要求。利用设计的任意电脉冲发生器实现了脉冲幅度0~5 V可调、脉宽0~10 ns可调、时域调节精度为330 ps,整形方波脉冲下降沿为330 ps、上升沿为240 ps。实验结果表明,将产生的电脉冲注入光波导调制器,可获得理想形状的整形激光脉冲,提高激光脉冲的输出能量。
高功率准分子激光主振荡功率放大系统光学元件的稳定性
沈炎龙, 黄珂, 马连英, 郑国鑫, 王大辉
2011, 4(1): 66-71.
摘要:
为了分析高功率准分子激光主振荡功率放大(MOPA)系统中各光学元件稳定性对靶面光斑定位精度的影响,建立了分析模型,利用分析结果指导高稳定性镜架设计以满足系统实验需求。根据高功率准分子激光MOPA系统特点,有效地简化了系统光路,建立了系统光路模型;按照系统打靶精度要求,利用三维坐标变换和光线追迹法,计算得到了系统单个光学元件稳定性对靶面光斑定位精度的影响规律;最后,对自行设计的镜架进行了稳定性测量。计算结果表明,反射镜的旋转变化和透镜垂直光轴的平移变化是影响靶面光斑定位精度的主要因素,且主放大光路中反射镜在X方向和Y方向上最大的变化范围分别不能超过0.8和1.6 rad。实际测量结果表明,设计的镜架在X方向和Y方向最大的变化范围分别为0.6和0.81 rad,满足系统实验要求。
采用飞秒激光诱导制备彩色金属
李国强, 李晓红, 杨宏道, 邱荣, 黄文浩
2011, 4(1): 72-76.
摘要:
采用脉宽为35~65 fs,中心波长为800 nm的飞秒脉冲激光对经抛光的镍片进行表面扫描处理,并在金属表面上制备了彩色镍图案;设置不同的激光扫描速度和能量密度扫描处理不锈钢表面,亦制备了彩色图案。介绍了实验过程,分析了实验结果,扫描电子显微镜(SEM)形貌分析显示,经过飞秒激光扫描处理的金属表面出现了纳米量级的激光诱导周期表面结构(NC-LIPSS),在镍上形成的结构周期约为480~510 nm,在不锈钢上形成的结构周期约为480~540 nm。
切向气流作用下激光对典型金属靶的辐照效应
焦路光, 赵国民, 江厚满
2011, 4(1): 77-81.
摘要:
总结了亚音速切向气流在激光辐照典型金属靶过程中所起的作用,提出气流效应主要包括增大靶与外界环境的对流换热强度;移除靶表面的熔化层,加快烧蚀速率;促进靶的氧化反应,有利于靶的烧蚀;空气动力学效应导致靶在熔化之前就可发生破裂等几个方面。对上述气流效应进行了详尽的分析,同时指出应对氧化反应及热力联合效应进行更广泛的实验研究,获得更明确的规律性认识,以便建立统一的物理数学模型,从而为实际的工程应用提供参考。
皮秒激光透射率法表征高分子薄膜双光子吸收截面
苏少昌, 王希军
2011, 4(1): 82-85.
摘要:
为了有效地测量有机薄膜的双光子吸收截面,针对较薄有机薄膜(约60 m)和有限激发光源功率,提出了基于非线性透过率测量法的皮秒激光脉冲激发等效多层膜非线性透过率法来实现双光子吸收截面的测量。首先在PC材料基板上旋涂偶氮染料薄膜,将带有偶氮薄膜的PC基板剪切成小块(20 mm 20 mm),并将5块叠加起来作为测量样品,然后采用LD泵浦的Nd∶ YVO4皮秒锁模激光器(脉冲宽度为20 ps、重复频率为56.8 MHz、输出波长为1 064 nm)激发样品。 在实验中,通过测量样品的非线性透过率,拟合偶氮样品的透过率曲线,最终得到了双光子吸收截面(634.2 GM)。与其他测量方法相比,此方法简单、有效。
不同气体环境下532 nm激光诱导硅表面形貌的研究
杨宏道, 李晓红, 李国强, 袁春华, 邱荣
2011, 4(1): 86-92.
摘要:
研究了在不同气体环境下,利用532 nm Nd∶ YAG纳秒脉冲激光累积辐照单晶硅表面形成的微结构,结果表明,在其他条件相同,背景气体不同的情况下,背景气体对硅表面形貌的形成起着重要的作用。具体分析了真空、N2和SF6 3种环境气氛下形成的微结构,结果显示,在SF6中形成的锥形微结构的数密度比在N2和真空中的大,并且锥形具有更大的纵横比;在N2、真空和SF6中形成的微结构尺寸依次减小。SF6气氛下,激光辅助化学刻蚀的效率比在真空和N2气氛中的高。另外,辐照区域边缘有波纹微结构形成,分析认为,该微结构的形成是由表面张力波的冷却导致的。
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