不同气压背景下激光烧蚀Al靶的发射光谱

激光与物质的相互作用除了与激光的特性和材料的性能相关之外,还与背景有着密切的联系.不同的气氛对激光与物质的相互作用过程带来很大的影响.本文采用时间和空间分辨谱技术,对不同气压下激光辐照Al靶的等离子体羽发射过程进行了研究,测量了不同气压下出射粒子的飞行速度,对等离子体羽产生和膨胀的机制进行了讨论.1 实验由Q开关Nd:YAG激光器(Spectra quanta ray DCR-3)发出的1.06μm,10ns的脉冲激光经由3个棱镜组成的延迟光路之后,由石英透镜(f=6.3cm)会聚在真空室中的Al靶表面上,由激光器输出的Q开关同步脉冲信号通过快速脉冲延迟器延迟后,同时触发脉宽为5ns的快速脉冲发生器和光学多道分析仪(PARC OMAⅢ)的数据采集系统,快速脉冲发生器发出了-200V高压脉冲使OMA的光电探头选通5ns的曝光时间,从而可获得高分辨率的光谱信息,调节快速脉冲延迟器的时间延迟,可摄取不同时刻的时间分辨光谱.一组柱面透镜把距靶表面一定距离处的光谱成像在谱仪的狭缝上,经谱仪色散后被探头接收.然后送到OMA的数据采集系统进行数据采集和处理.样品Al经抛光后使用,其纯度为99.999%.     

激光尾波场加速器中反向注入激光脉冲参数对电子注入的影响

通过数值模拟和理论分析, 研究了由两反向传播的激光脉冲在稀薄等离子体中的相互作用造成的向激光尾波场中注入电子的物理过程, 并讨论了两激光脉冲参数对注入电子数目的影响. 通常注入脉冲的强度可以远小于产生尾波场的主脉冲强度. 当注入脉冲为中等强度时, 注入电子数首先随注入脉冲宽度的增加而增加, 直到注入脉冲宽度达到某个临界值后, 注入电子数饱和. 当减小注入脉冲强度时, 为了产生电子注入, 相应的主脉冲强度应该提高. 此时注入脉冲仅能轻微地影响主脉冲的尾波场, 注入电子数随注入脉冲宽度的增加而持续增加, 直到尾波场能够承受的捕获电子数目极限.     

一阶自相关法测量飞秒激光脉冲时间宽度

在飞秒(fs)激光技术研究过程中,激光脉冲时间宽度的测量是不可缺少的.通常用二次谐波自相关法间接测量激光的脉宽,在脉宽为几十飞秒量级时,所用的倍频晶体和聚焦透镜必须非常薄,否则会引起飞秒脉冲的展宽.且当脉宽为几飞秒时,必须使用干涉测量法(如测量6fs),但所使用的倍频晶体KDP的厚度为32μm,这么薄的晶体,其加工的难度可想而知.本文实现了用一阶相关法(即线性相关法)测量飞秒脉冲时间宽度,其中相关仪的控制及实验数据的采集均由计算机完成,其时间分辨率达0.3fs.当被测的激光脉冲中心波长位于那些难以找到信频等非线性光学晶体的光谱区时,一阶相关法就更是必不可少.     

激光等离子体电子密度测量的新方法

等离子体电子密度的测量是激光等离子体诊断中的基本问题,对激光核聚变和X射线激光等研究领域都很重要.特别在X射线激光研究中,由于电子密度的大小对X射线激光增益有很大影响,所以显得尤为重要.已有的测量方法有斯塔克展宽法等.这里,我们提出一种通过谱线强度测量电子密度的新方法.这可以弥补斯塔克展宽法在电子低密度区失效的不足,而且通过选择不同的元素作为测量对象,可以测量不同密度区域的电子密度.     

激光等离子体尾波场加速器中光学注入方法研究进展

激光等离子体尾波场加速器(LWFA, laser wake-field accelerator)作为一种新兴的台面型电子加速器, 在越来越受到广泛关注的同时, 也遇到了注入电子束团的来源、电子束团的俘获、加速电子束团的控制等问题, 因此迫切需要寻找满足飞秒精度且易于实现的电子注入方法. 光学注入法作为一种可控的内注入法, 充分利用超短超快激光脉冲间相互碰撞后能预加速电子的特点, 以等离子体中的背景电子为电子源, 在等离子体尾波场中实现了对电子束团的有效注入、俘获、加速, 得到了低能散、小发散度、短脉宽的高质量电子束团. 该文简单阐述了LWFA中电子注入所面临的困难和现有的主要注入方法, 综述了光学注入法的整个发展过程及最新研究进展, 并以CPI(colliding pulse injection)为例讨论了如何用哈密顿量来研究LWFA中电子的注入俘获问题, 希望能对该领域的研究提供一些新的思路.     

激光等离子体软X光发射和空间均匀性的时间分辨研究

短脉冲激光(～fs—～ns)产生的激光等离子体是一种高亮度软X光光源,它在X光激光研究和物质结构分析等方面具有重要应用。软X光发射的测量,也成为研究激光等离子体这一高温、高密度复杂现象的有效手段。由于激光等离子体是在fs—ps时间尺度下产生     

大雷诺数平稳湍流中悬浮颗粒的运动

湍流中悬浮颗粒运动规律的研究,对于激光测速、空气污染、云雨形成及泥砂沉积等问题,具有重要的实际意义。湍流脉动对悬浮颗粒的带动程度是其中的关键问题。湍流脉动的激光测量技术,迫切要求获得“完全带动”的统计判据,因为只有在“完全带动”的条件下,才有可能用激光技术测量湍流脉动速度。所谓“带动程度”问题,就是由已知的湍流脉动速度,求出悬浮颗粒的运动速度。文献[2]     

天文望远镜反射镜面的飞秒激光清洁

金属镜面反射镜是反射式天文望远镜中成像系统的核心部件,反射镜定期清洗是天文望远镜维护中的一项重要工作.目前采用的干冰人工清洗方法工序繁杂,成本较高,还需要定期使用清洁剂和清洁布擦拭的方法去除难以清洗的污染物,容易损伤镜面.针对以上缺点,本文利用放大级飞秒脉冲激光器,对天文望远镜中反射表面上黏附的微米级灰尘颗粒进行了清洁研究.首先研究了飞秒激光与反射铝镜的作用规律,通过调节激光能量密度,对清洗后的铝镜表面形貌进行观测,得出实验用铝镜的飞秒激光损伤阈值为60 m J/cm2.通过改变激光能量等扫描参数,对清洁前后的铝镜镜面附着物进行分析,得到最优的清洁参数.结果表明,当激光能量密度为30~55m J/cm2时,飞秒激光对微米级灰尘颗粒有良好的清洁效果.在可见光范围内,清洁后的反射镜镜面反射率获得了明显的提升.最后,通过对灰尘颗粒及铝镜基底的能谱分析,对飞秒激光的清洁机理进行了讨论,在灰尘颗粒的激光清洁中热膨胀因素占据主导作用.飞秒激光清洁在天文望远镜的清洁领域有着良好的应用前景.     

优化多色激光场产生单个阿秒脉冲的理论模拟

多色组合激光场是一种产生超短孤立阿秒脉冲的可能选通方案.以800 nm飞秒激光作为基频场,利用遗传算法优化双色和三色激光场参数,根据超快光场相干合成技术得到了亚周期激光场.利用优化激光脉冲驱动氖原子即可产生超连续高次谐波并获得单个阿秒脉冲.在考虑宏观传播效应并采取合理参数(激光强度、气体压强、气体靶长度和位置)的情况下...     

光敏剂AIPCS对新城疫病毒光动力学失活的初步研究

光电薄膜在激光作用下表现为多光子光电发射效应,前苏联列别杰夫研究所Schelev曾介绍用Ag-O-Cs光电阴极PV-001管检测2.94μm的光脉冲,其阈值灵敏度为10~8W/cm~2,他们认为可以用三光子、四光子甚至五光子效应来描述激光作用下的光电发射.     

双光束激光干涉制备布基石墨烯仿生表面

提出一种利用双光束激光干涉系统制备多级石墨烯仿生表面的方法.利用Nd:YAG激光的双光束干涉系统在不同织物基底上对石墨烯氧化物薄膜进行干涉烧蚀,激光脱氧还原的同时产生石墨烯微纳结构.基底织物表面粗糙结构增大了石墨烯仿生薄膜表面粗糙度.布基的粗糙基底、激光烧蚀石墨烯微纳结构的双重作用形成多级结构的石墨烯仿生表面.这种石墨烯仿生表面不仅具有超疏水润湿性,还由于石墨烯微纳结构周期性而展现一定彩虹结构色.     

利用紫外激光以及H_2O_2和HF的混合溶液对硅片进行光化学蚀刻

讨论了一种在硅片上进行无抗蚀膜光化学蚀刻的方法,使用过氧化氢和氟化氢混合水溶液作为化学媒质,分别使用１９３ｎｍ准分子激光和２６６ｎｍ四倍频固体Ｎｄ︰ＹＡＧ激光作为光源．实验结果显示,可以不需要任何抗蚀膜,直接在硅表面进行图案蚀刻．对于１９３ｎｍ波长,在Ｈ２Ｏ２／ＨＦ质量比为１．３时,得到最佳蚀刻深度．在２９ｍＪ·ｃｍ～（－２）能量密度和１００００个脉冲照射下,得到２１０ｎｍ的蚀刻深度．在相同条件下,使用Ｈ２Ｏ２与ＨＦ混合液时的蚀刻深度大约是使用Ｈ２Ｏ与ＨＦ混合液时的４倍．对于２６６ｎｍ波长,在Ｈ２Ｏ２／ＨＦ　质量比为２时,　得到最佳蚀刻深度．　在１２ｍＪ·ｃｍ～（－２）能量密度和３００００个脉冲照射下,得到４２０ｎｍ的蚀刻深度．     

产生和测量阿秒及飞秒软X-射线脉冲方法

报告了产生和测量阿秒及飞秒软X-射线脉冲的方法, 研究了高次谐波产生与激光相位之间的关系, 得到了时域内两个不同的辐射能量分布曲线. 这些结果有助于理解高次谐波产生的动力学过程. 可用脉冲光子能量的带宽值和两个参数化公式, 计算能量分布曲线的时间宽度. 为了更好地研究和模拟脉冲的传输及与介质的相互作用, 往往需要指定脉冲的光子能量和带宽等参数. 这两个公式在实验上可用于分析所选择脉冲的能量带宽值和时间宽度之间的关系. 所提出的变换方程和相关的光电子激光相位确定法, 能用来直接从光电子能谱得到阿秒及飞秒软X-射线脉冲的时间结构, 而不需要预先假设脉冲的频率分布和强度分布形状, 也不需要与实验测量数据进行拟合计算. 这些方程和方法是超快速测量的基础, 能用于评估超短X-射线脉冲光源的技术参数, 推动新一代光源技术和应用研究的进一步发展. 它们具有很宽的时间测量范围和极高的时间分辨率, 将使超快速测量以及飞秒和阿秒定时技术达到计量学的精度, 并使之发展成为标准化的测量方法, 进一步促成物理、化学及生物学新的研究高潮. 同时, 对阿秒和飞秒X-射线脉冲的应用及测量方面的理论和技术难题作了简要的讨论.     

采用单相机实现三维流场测速的新技术

实现空间测量区域内完整三维速度场的粒子图像测速(通常被称为三维体视粒子图像测速,volumetric particle image velocimetry)一直是流体力学实验技术研发的重要方向.2006年,一种层析粒子图像测速技术(tomographic PIV,     

用激光测速避免空难

每次长途旅行乘坐飞机时，心里或多或少都有些担心。科学家和工程师们也正在想办法制造更安全的飞机，或是为飞机增加一些进行安全自检的部件。最近，澳大利亚研究人员开发出一种新型激光传感器，可以自动测量飞机的速度，以此预防空难惨剧的发生。     

相对论自聚焦对激光脉宽的要求

短脉冲强激光在等离子体中的稳定传播与许多现象,如:激光等离子体加速器、相干短波长辐射源以及ICF中的快点火等许多问题,都有着直接的联系.如何使短脉冲强激光在等离子体中稳定传播及提高其传播长度成为人们关注的焦点问题之一.实现短脉冲强激光在等离子体中传播时形成光波导的方式主要有两种,即相对论自聚焦和等离子体通道口.相对论自聚焦的机理在于,强激光驱动下的等离子体中的电子做相     

耗散孤子光纤激光器的研究进展和应用

光纤激光器以高光束质量、高效率、高集成、高可靠性等特点给科学研究和技术应用带来了巨大的影响.超短高能量脉冲光纤激光器在通信、传感、精密机械加工、材料处理、超快诊断、生物医学和国防军事等领域均有重要的应用.如何提高激光脉冲的功率和能量,掌握和利用超短脉冲光纤激光的复杂非线性,开展大功率、高能量、超宽带全光纤超短脉冲激光应用的关键技术研究,成为光纤脉冲激光新现象、新方法和实现技术体系突破的重大科学问题.本文简要总结了近年来国内外关于锁模光纤激光器研究的一些关键技术和重要成果,分析了各类激光器及所产生脉冲的优缺点,并介绍了过去几年中我们对如何提高光纤脉冲激光器性能和实现新型脉冲的研究成果.重点讨论了不同色散区内光纤激光器的典型行为特征,从理论与实验两方面揭示了传统孤子和多种耗散孤子的产生机理、输出特性及其演化规律.此外,还介绍了几种新型的高能量无波分裂脉冲.本文的成果可为进一步研究新型高能量脉冲提供有益的理论及实验基础.通过这些介绍和讨论,期望同行能够共同研究和探索基于新型锁模技术超短超强脉冲的新现象和新机理,并且在超短高能量脉冲的极端非线性科学问题上获得新认识.     

微激光的量子模式理论

在激光发展中开腔模式理论起了很重要的作用。激光开腔模式理论是一种半经典理论,激活介质中的原子用量子力学描述,而辐射场则服从经典的Maxwell方程,场的量子化已被忽略了。故开腔模式理论也未能给出激光模式中光子的统计分布。只是后来的全量子激光理论才证明了,由于原子的自发辐射,腔的损耗,以及作为光泵的激活原子的无规注入,在阈值上的单模激光光子服从Poisson分布,其量子噪音满足     

燃油溶气喷雾速度和粒度的PDA测试研究

燃油溶气喷雾燃烧可以同时降低柴油机的氮氧化物和碳烟排放. 为了深入了解燃油溶气喷雾的雾化特性, 利用激光Doppler技术对溶有二氧化碳燃油喷雾速度和粒度特性进行了测量. 实验采用单孔柴油机喷嘴, 研究了4种不同燃油溶气浓度在大气环境下的稳态喷雾特性. 实验表明, 燃油溶气量对燃油溶气喷雾有重要的影响, 当燃油溶气量超过临界值时, 由于气爆雾化作用, 雾化质量得到改善. 喷雾的裂化长度变短, 粒径分布更均匀. 在喷嘴附近, 微爆雾化喷雾的径向速度和轴向速度均要大于未发生微爆雾化的喷雾. 在喷雾轴线上, 微爆雾化喷雾的轴向速度下降较快. 该方法是一种有发展前途燃油雾化与发动机燃烧的新技术.     

从啁啾脉冲放大到强场激光物理——2018年诺贝尔物理学奖解读

1985年,Donna Strickland和Gérard Mourou等提出了啁啾脉冲放大(chirped pulse amplification,CPA)技术的概念,这是超高峰值功率超短脉冲激光技术发展的一个重要里程碑,直接推动了超强超短激光和强场激光物理等研究领域的诞生。目前,利用CPA技术已经可以获得峰值功率达到10拍瓦(PW,1 PW =10¹⁵ W)量级的激光脉冲,被认为是“将影响从聚变到天体物理的每一项研究”的成果。也正因此,发明啁啾脉冲放大(CPA)技术的法国科学家Gérard Mourou和加拿大科学家Donna Strickland,获得了2018年诺贝尔物理学奖。首先,初步介绍了Strickland和Mourou提出的啁啾脉冲放大(CPA)技术;然后,结合上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点室在超强超短激光技术和强场激光物理研究等方面的成果,以及承担的国家重大科技基础设施项目“上海超强超短激光实验装置”,简单介绍了Gérard Mourou和Donna Strickland 获奖的意义;最后,对相关领域未来发展进行了初步的展望。