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 上海科技大学物质科学与技术学院，上海 201210
聚焦光场强度是超强超短激光与物质相互作用实验中最为核心的技术指标之一。本文提出了10 PW激光系统在真空条件下聚焦光场的参数测量方案，解决了终端物理靶场在真空环境中难以实现激光参数准确测量的难题。该方案通过平场消色差物镜和大口径光学器件优化设计，降低了取样测量系统引入的色差和单色像差。利用理想光源对取样测量系统进行标定，结果显示，该系统引入的波前畸变峰谷值（PV值）为0.106 μm，均方根值（RMS值）为0.016 μm，接近测量仪器的最小极限值，对主激光测量误差的影响可以忽略。同时，取样测量系统实现了终端变形镜与波前探测器的严格物像共轭关系，保证了自适应光学系统波前校正效果最优。通过对比空气条件和真空条件下的波前和焦斑测量结果，验证了取样测量系统的有效性。在真空条件下，利用该取样测量系统对激光脉冲进行波前、焦斑测量和优化，获得了接近衍射极限的聚焦焦斑。2.7 PW激光脉冲经焦距为2000 mm的离轴抛物面镜聚焦后，聚焦光强可达到4×1021 W/cm2，能为物理实验提供极端的物理条件。
激光光学 超快激光 10 PW激光系统 焦场 波前校正 中国激光
2023, 50(19): 1901001
苏州科技大学材料科学与工程学院, 江苏 苏州 215009
三线态-三线态湮灭(TTA)上转换是一种以低功率非相干光泵浦实现大的反斯托克位移的光谱转换技术, 具有激发和发射波长可调的特点, 在提高太阳能利用率方面具有重要应用价值。 经过十几年的发展, 敏化剂分子的研究取得了很大进步, 而发光剂分子的研究相对落后。 以敏化剂多吡啶钌(Ⅱ)配合物[Ru(bpy)2Phen]2+和发光剂2-位取代的蒽衍生物(DTACl和DTACN)作为研究对象, 复配得到两个弱光上转换体系。 通过敏化剂与发光剂的发射和上转换光谱性质, 系统研究了蒽2-位取代基团对发光效率、 三线态-三线态能量传输(TTET)、 TTA等能量传递过程的影响。 研究发现DTACl具有比DTACN高的荧光量子产率、 大的三线态猝灭常数和高的TTA效率, 这些结果最终使得[Ru(bpy)2Phen]2+/DTACl的上转换效率高于[Ru(bpy)2Phen]2+/DTACN。 除此之外, 利用敏化剂、 发光剂的发射光谱, 结合密度泛函理论计算, 进一步从轨道能级的角度, 研究了敏化剂、 发光剂三线态能级差与TTET效率之间的关系, 以及发光剂三线态与单线态能级差与TTA效率之间的关系。 研究结果表明: 降低蒽2-位取代基团的吸电子能力, 能有效提高发光剂的三线态能级水平, 从而减小发光剂与敏化剂的三线态能级差, 增大发光剂的三线态与单线态能级差, 提高发光剂与敏化剂之间的TTET效率、 发光剂的TTA效率, 进而提高体系的TTA上转换效率。 该工作为开发新型、 高效的发光剂分子提供了一种简单、 可行的设计思路。
三线态-三线态湮灭 上转换 蒽 取代基团 构效关系 Triplet-triplet annihilation Upconversion Anthracene Substituent group Structure-perfomance relationship
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
神龙二号注入器是一台感应叠加型强流脉冲电子束源，采用热阴极工作模式，为神龙二号加速器提供间隔可调的三脉冲电子束。该注入器的束流调试采取PIC模拟和实验调试交互验证、互相促进的方式，先是通过束斑测量确定引导线圈磁场的加载范围，然后通过PIC方法逐级梳理阳极段束线各线圈的磁场配置，再通过束斑测量加以确认。通过这种束流调试方法，获得了保持束流脉冲平顶完整通过的三种磁场配置，以适应下游加速段束流传输的不同要求。讨论了影响束流调试效果的因素，认为提升神龙二号注入器性能的关键是进一步改进大面积热阴极发射的均匀性。
注入器 热阴极 束流调试 PIC模拟 injector thermal cathode beam tuning PIC simulation 强激光与粒子束
2018, 30(7): 075102
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 中国工程物理研究院 脉冲功率科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
在多脉冲强流直线感应加速器(LIA)的测控和诊断系统中，电子束的在线测试数据处理是重要的组成部分。多脉冲强流电子束在线测试数据处理系统是集测试仪器、计算机和工作站等组成的工业以太网，以及实现测试网络配置、测试仪器的通信及控制、数据采集、束流强度和束质心位置计算、显示以及存储等功能为一体的专用软件。多脉冲强流电子束采用基于电阻环束流位置检测器(BPM)的束流测试线路，根据束线上每个BPM测试得到的四个象限点的原始电压信号波形，以及测试线路的结构参数，计算束线上每个PBM位置的束流强度以及束质心位置随时间变化的波形，根据随时间变化的波形数据计算每个BPM位置多个脉冲束流的强度以及束质心位置的统计数据。数据的存储采用SQL和文件系统相结合的方式。这套多脉冲强流电子束在线数据处理系统在多脉冲强流LIA的调试实验中稳定可靠运行，为实验提供有效可靠的数据。
直线感应加速器 束流 束流位置检测器 linear induction accelerator beam beam position monitor LabVIEW LabVIEW 强激光与粒子束
2013, 25(11): 3009
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621999
多脉冲强流直线感应加速器(LIA)测控系统中仪器设备数量大、种类多、总线类型复杂, 其通信和控制直接影响装置运行的可靠性。在硬件上将众多仪器根据功能划分成不同的子系统, 每个子系统仪器设备通过必要协议转换后和相应的前端设备服务器连接, 然后接入测控系统网络; 仪器设备的通信控制软件采用LabVIEW平台进行开发, 前端设备服务器中的本地控制程序通过VISA或UDP协议与仪器通信, 远程通信采用DataSocket技术; 为了应对强烈的电磁干扰和高压冲击, 对仪器供电系统以及Marx充电线路进行了多处隔离, 同时采取优化网络结构和数据流向、采用UDP协议以及主从模式总线仲裁等措施提高软件的可靠性。这套系统目前应用于多脉冲强流LIA装置的调试试验中, 运行稳定可靠, 完全满足实验要求。
直线感应加速器 以太网 linear induction accelerator LabVIEW LabVIEW Ethernet virtual instrumentation software architecture VISA
1 黑龙江大学化学化工与材料学院, 黑龙江 哈尔滨150080
2 农业部谷物及制品质量监督检验测试中心（哈尔滨）, 黑龙江 哈尔滨150086
采用水热法合成单斜相纺锤形纳米二氧化锆（ZrO2）, 建立单斜相纺锤形纳米ZrO2富集分离电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）测定水中痕量Ba(Ⅱ)的方法。 对Ba(Ⅱ)的检出限为0.007 ng·mL-1, 相对标准偏差为0.13%（n=11）; 系统的研究纳米ZrO2对Ba(Ⅱ)的最佳富集分离条件, 在pH 10.0时, 纳米ZrO2对Ba(Ⅱ)的吸附率可达99%以上, 以2 mL 0.5 mol·L-1的HCl为洗脱剂, 可定量洗脱纳米ZrO2上吸附的Ba(Ⅱ), 洗脱率达98%以上; 考察了纳米ZrO2对Ba(Ⅱ)的静态吸附容量为196.6 μg·g-1、 富集倍数可达250倍; 通过再生实验、 共存离子的影响以及与普通ZrO2的对比实验探讨了纳米ZrO2的性能, 并将纳米ZrO2的富集分离性能应用于实际样品中Ba(Ⅱ)的分析, 使用ICP-MS进行测定, 结果满意。
纳米二氧化锆 富集 分离 钡 Nanometer-sized ZrO2 Enrichment Separation ICP-MS ICP-MS Barium 光谱学与光谱分析
2012, 32(11): 3129
1 中国科技大学光学与光学工程系， 安徽 合肥 230026
2 中国科技大学国家同步辐射实验室， 安徽 合肥 230026
3 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室， 上海 201800
通过对分布式相位板和光谱色散匀滑技术联用的模拟计算，分析了联用实验中焦斑的变化，论证了非设计采样点光强的不可控性对焦斑匀滑质量的损害。模拟结果证实了光谱色散匀滑技术对色散方向上的焦斑均匀性的改善，焦斑不均匀性由58.30%降为19.50%。通过分析焦斑不均匀性与光谱色散匀滑积分时间的关系，发现5~6个光谱色散匀滑调制周期时得到最优匀滑效果。对焦斑频谱的分析显示，光谱色散匀滑技术可以有效抑制由非设计采样点光强引入的高频成分，26.3 μm内的光强调制被平滑，同时很好地保持了由分布式相位板决定的焦斑低频包络，在实验与模拟中均得到很好验证。为进一步的分布式相位板与光谱色散匀滑技术联用设计提供了理论依据。
衍射 分布式相位板 光谱色散匀滑 激光辐照均匀性 焦斑频谱分析 中国激光
2011, 38(10): 1002006
1 中国科学技术大学 物理系,安徽 合肥 230026
2 中国科学技术大学 国家同步辐射实验室,安徽 合肥 230026
3 安徽省光电子科学与技术重点实验室,安徽 合肥 230026
提出了一种基于双透镜系统的衍射光学元件(DOE)设计方法。在双透镜系统中,光束的传输和聚焦需要用两次菲涅耳衍射来表示,为了加快计算速度,将菲涅耳公式转化为包含快速傅里叶变换的形式来使传统的迭代算法满足不同的设计环境需求。用此设计方法,在理论上得到了超过90%的衍射效率,并对由此方法设计出的元件进行了加工制作和实验测试,测试结果显示,达到了预期的光束整形效果,对于更加复杂系统的DOE设计有一定的参考价值,对高功率激光系统可能存在潜在功用。
光学制造 衍射光学元件 光束整形 双透镜系统 迭代算法
1 中国科学技术大学物理系, 安徽 合肥 230026
2 中国科学技术大学国家同步辐射实验室, 安徽 合肥 230027
3 中国科学院量子信息重点实验室, 安徽 合肥 230026
通过对多台阶衍射光学元件(MDOE)刻蚀工艺中的误差分析,提出了一个反映整体刻蚀误差的参数——误差偏度。重点研究了误差偏度的变化对多台阶衍射光学元件光束整形效果的影响,发现在误差偏度曲线中存在一个能使刻蚀误差影响减弱的平坦区间。提出了在刻蚀工艺上以控制刻蚀深度来改善多台阶衍射光学元件器件实际照明效果的一种方法。实验结果表明,经过工艺优化后的MDOE的光场参数峰值(PV)下降了近30%。
衍射 离子束刻蚀 误差偏度 光束整形
1 中国科学技术大学,物理系,安徽,合肥,230026
2 中国科学技术大学,国家同步辐射实验室,安徽,合肥,230027
3 中国科学院量子信息重点实验室,安徽,合肥,230026
针对衍射光学元件(DOE)的离子束刻蚀工艺,结合掩模套刻过程实例,本文提出了刻蚀误差面形分布的概念.在标量衍射的夫琅和费原理上,进行了误差数值模拟分析及讨论.模拟分析和实验数据结果表明,误差的面形分布在DOE器件的衍射焦斑中心会产生一个明显的光强畸变毛刺亮点,严重破坏了靶场照明的均匀性.
衍射光学元件 误差面形 掩模套刻 离子束刻蚀
