高记星 1,2娄智远 1,2杨帆 1,2杨晓骏 1[ ... ]李儒新 1,2,3
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室,上海 201800
2 中国科学院大学材料科学与光电工程中心,北京 100049
3 张江实验室,上海 201210
利用百太瓦级激光系统在氖气(Ne)中得到基于高次谐波产生的极紫外脉冲。通过松聚焦结构在13 nm波段产生单级次单脉冲能量为13.5 nJ(13.1 nm波长)和11.1 nJ(13.5 nm波长)的高次谐波辐射,转换效率为3.6×10-73.0×10-7,谐波发散角的半高全宽为0.32 mrad和0.33 mrad。对含时薛定谔方程进行数值求解,得到单原子偶极发射谱,结合麦克斯韦方程组模拟传播效应,同时考虑气体对谐波的吸收效应,理论模拟得到的信号强度随气压和光强的变化趋势与实验结果基本符合。实现相位匹配的谐波光束质量很好,纵向空间分布为高斯型。结合相位匹配条件和空间分布的分析得到了目前激光参数下的最优相位匹配条件。这种基于高次谐波机制的高能量相干极紫外光源在作为自由电子激光的种子光源以及超快非线性实验和半导体工业检测等方面具有广阔的应用前景。
极紫外 高次谐波 相位匹配 空间分布 
光学学报
2024, 44(2): 0214001
作者单位
摘要
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 光子制造系统与应用研究中心,陕西 西安 710119
2 中国科学院大学 光电学院,北京 100049
通过搭建飞秒时间分辨的泵浦探测阴影成像系统,研究了聚焦的飞秒激光脉冲产生空气等离子体的瞬态演化特性,并对不同聚焦条件下空气等离子体的时间特性进行了数值模拟。实验结果表明:聚焦的飞秒激光电离空气等离子体的电子瞬态密度峰值先升高后缓慢下降;同时得到了高时间分辨下的电离速度变化与电子数密度的空间分布。计算结果显示:更高的单脉冲能量对应更高的饱和电子数密度,高数值孔径聚焦条件下隧穿电离也更早出现,表明飞秒时间分辨的泵浦探测阴影成像可为超快激光微加工的瞬态过程提供观测手段,同时可对超快激光微加工过程中的等离子屏蔽效应提供机理解释与加工工艺的优化参考。
超快激光 等离子体 泵浦探测阴影成像 激光微加工 激光电离 ultrafast lasers plasma pump-probe shadow imaging laser micromachining laser ionization 
红外与激光工程
2023, 52(11): 20230158
作者单位
摘要
1 中国科学院西安光学精密机械研究所光子制造系统与应用研究中心,陕西 西安 710119
2 中国科学院大学,北京 100049
为研究飞秒激光加工硬脆透明材料时存在的“微裂纹”与“诱导条纹”等共性工艺问题,利用飞秒时间分辨泵浦探测阴影成像技术,对飞秒激光多脉冲烧蚀石英玻璃过程中的电子动力学过程进行成像,分析了激光脉冲电离材料初期(700 fs之前)等离子体丝的演化情况。多脉冲诱导微结构的存在使成丝区域分布在微结构的两侧与光脉冲传播的轴线方向,前者主要是由微结构侧壁对光脉冲的折射造成的,而后者则是由微结构底面与侧壁形貌不同导致的光程差引起的。实验结果揭示了多脉冲加工过程中脉冲串诱导微结构对后续光场的重塑效应,该效应影响了等离子体成丝区域与能量沉积的分布,这是共性工艺问题产生的核心机制。
激光技术 飞秒激光微加工 泵浦探测阴影成像 多脉冲烧蚀 等离子体 
中国激光
2023, 50(24): 2402101
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of High Field Laser Physics and CAS Center for Excellence in Ultra-intense Laser Science, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (SIOM), Chinese Academy of Sciences (CAS), Shanghai, China
2 School of Physical Science and Technology, ShanghaiTech University, Shanghai, China
A single-shot measurement of electron emittance was experimentally accomplished using a focused transfer line with a dipole. The betatron phase of electrons based on laser wakefield acceleration (LWFA) is energy dependent owing to the coupling of the longitudinal acceleration field and the transverse focusing (defocusing) field in the bubble. The phase space presents slice information after phase compensation relative to the center energy. Fitting the transverse size of the electron beam at different energy slices in the energy spectrum measured 0.27 mm mrad in the experiment. The diagnosis of slice emittance facilitates local electron quality manipulation, which is important for the development of LWFA-based free electron lasers. The quasi-3D particle-in-cell simulations matched the experimental results and analysis well.
beam diagnostic emittance laser wakefield acceleration 
High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(3): 03000e36
Author Affiliations
Abstract
State Key Laboratory of High Field Laser Physics and CAS Center for Excellence in Ultra-intense Laser Science, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, China
We report dispersion management based on a mismatched-grating compressor for a 100 PW level laser, which utilizes optical parametric chirped pulse amplification and also features large chirped pulse duration and an ultra-broadband spectrum. The numerical calculation indicates that amplified pulses with 4 ns chirped pulse duration and 210 nm spectral bandwidth can be directly compressed to sub-13 fs, which is close to the Fourier-transform limit (FTL). More importantly, the tolerances of the mismatched-grating compressor to the misalignment of the stretcher, the error of the desired grating groove density and the variation of material dispersion are comprehensively analyzed, which is crucially important for its practical application. The results demonstrate that good tolerances and near-FTL compressed pulses can be achieved simultaneously, just by keeping a balance between the residual second-, third- and fourth-order dispersions in the laser system. This work can offer a meaningful guideline for the design and construction of 100 PW level lasers.
100 PW level laser dispersion management mismatched-grating compressor 
High Power Laser Science and Engineering
2022, 10(6): 06000e38
王珊 1,2赵卫 1赵华龙 1,*周峰 3[ ... ]杨小君 4,**
作者单位
摘要
1 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室,陕西 西安 710119
2 中国科学院大学,北京 100049
3 中国一汽无锡油泵油嘴研究所,江苏 无锡 214063
4 西安中科微精光子制造科技有限公司,陕西 西安 710119
飞秒光纤激光器具有脉宽极短,瞬时功率高,对加工材料无选择性等特点,被广泛应用于精密微孔制造领域。为此,提出了一种高精度轨迹可调光束扫描系统,利用电机控制偏转光楔组和平行平板组相对于激光光轴的角度,再通过聚焦透镜缩小光斑,实现精准控制下飞秒激光的旋转扫描,解决了目前高深径比、倒锥孔加工困难的问题。将该系统应用于汽车喷油嘴油孔加工,实现了加工孔径的孔径为25~800 μm,孔径误差≤±2 μm;在锥度孔加工中可实现微孔锥度-5°~+5°;实现了深径比为20∶1的微孔加工。
光学设计 飞秒激光加工 倒锥孔 高深径比 喷油嘴 
激光与光电子学进展
2022, 59(11): 1122002
作者单位
摘要
1 广东工业大学信息工程学院,广东 广州 510006
2 中国人民解放军火箭军工程大学,陕西 西安 710025
3 中国人民解放军96962部队,北京 102206
大规模高光谱图像聚类算法广泛应用于遥感领域,主要包括K均值(K-means)聚类、谱聚类算法等。然而谱聚类算法仍然有局限性,由于其计算复杂性高所以不适用于大规模问题。基于锚图的谱聚类算法在一定程度上能够减少计算的成本,然而在处理大规模高光谱图像数据时,锚点需要足够密集,否则无法获得合理的精度,这使得该聚类算法的计算成本急剧增加。为了克服这些问题,提出了一种新的基于多层二部图的高光谱快速谱聚类算法。该算法首先使用二叉树选点方式选取锚点,然后选择多层锚点构建多层锚点图,接着构造一个多层二部图,最后对该图进行谱分析。实验证明了提出算法的高效性。
图像处理 高光谱图像 多层图 二叉树 二部图 谱聚类 
激光与光电子学进展
2022, 59(12): 1210009
段雨飞 1,2李峰 1,*杨直 1李强龙 1[ ... ]杨小君 1,**
作者单位
摘要
1 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
飞秒光纤激光器具有良好的光束质量与稳定性,被广泛应用于精细材料加工行业。目前工业化光纤飞秒激光器主要是通过啁啾脉冲放大系统的多级放大来实现其高功率,可是多级放大过程会导致严重的增益窄化效应,限制最终的压缩脉冲宽度。为了解决增益窄化问题,缩短脉冲宽度,提高峰值功率,达到更好的“冷”加工效果,提出一种基于空间光调制器的光谱整形系统,通过加载到空间光调制器上的灰度图,产生中心凹陷、平顶等特殊光谱形状,放大后的光谱宽度与初始的种子源保持一致。与未加光谱调制相比,光谱调制后的光谱宽度从7 nm提高到9.5 nm,对应的极限脉宽从222 fs减少到164 fs左右。最后通过透射式光栅对压缩,得到了平均功率为1.3 W的飞秒激光输出,采用高斯拟合的方式测量脉冲,脉冲宽度为170 fs,接近转换极限脉冲。
激光器 液晶空间光调制器 光纤飞秒激光器 光谱调制 增益窄化 啁啾脉冲放大系统 
中国激光
2021, 48(11): 1101001
作者单位
摘要
1 广东工业大学信息工程学院, 广东 广州 510006
2 中国人民解放军96630部队, 北京 102206
高光谱图像聚类问题一直是图像处理领域的研究热点。谱聚类算法是最流行的聚类算法之一,但其计算复杂度较大,难以处理大规模的高光谱图像数据。由于二叉树能够较快地选取锚点,因此基于二叉树锚点图,充分利用高光谱图像的光谱和空间特性,可保证聚类性能并降低计算复杂度。然而,该聚类算法一般采用有核的聚类方法,因此不可避免地引入了参数调节。在二叉树锚点选取的基础上,提出了一种基于二叉树锚点的高光谱快速聚类算法,该算法创新性地将二叉树锚点选取和无核聚类方法应用于高光谱图像中。首先,利用二叉树从高光谱数据中选取一些具有代表性的锚点;紧接着构造基于锚点的无核相似图,有效避免了通过人为调节热核参数来构造相似图;然后进行谱聚类分析获得聚类结果;最后,将该算法应用到高光谱图像聚类中。该算法不仅提高了聚类速度,还减少了原有热核参数调节。实验结果表明,与传统的聚类算法相比,所提算法能够在较短的时间内获得更佳的聚类精度。
图像处理 高光谱图像 谱聚类 二叉树 锚点 
激光与光电子学进展
2021, 58(2): 0210021
Author Affiliations
Abstract
1 School of Physical Science and Technology, Inner Mongolia Key Laboratory of Nanoscience and Nanotechnology, Inner Mongolia University, Hohhot 010021, China
2 State Key Laboratory of Transient Optics and Photonics, Xi’an Institute of Optics and Precision Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710119, China
In this paper, we innovatively conduct a Porro prism-based beam pointing stability promotion technique research and realize a high-performance rod-type photonic crystal fiber-based chirped pulse amplification (CPA) system, mainly including a frequency-reduced all-fiber pre-amplification stage, photonic crystal rod-based main amplification stage, and 1600 lines/mm transmission grating-pair compressor. Laser output with average power of 50 W, repetition rates of 500 kHz, pulse energy of 100 μJ, pulse duration of 830 fs, beam quality of M2<1.3, power fluctuation of 0.55% root mean square, and beam pointing drift of 19 μrad/°C over 8 h is realized. The high-performance laser system has an enormous application potential in fundamental research and precision manufacturing fields.
chirped pulse amplification ultrashort pulses high performance laser system 
High Power Laser Science and Engineering
2020, 8(4): 04000e40

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