1 成都理工大学 核技术与自动化工程学院成都 610059
2 东华理工大学 核技术应用教育部工程研究中心南昌 330013
3 东华理工大学 机械与电子工程学院南昌 330013
高斯信号具有对称性和完备性，因此高斯滤波方法在核信号处理以及辐射能谱分析时得到大量使用。目前构造实时处理核脉冲信号的真高斯成形滤波器尚有难度，实际常用数字类高斯成形算法主要是基于模拟核电子学中Sallen-Key滤波器和CR-（RC）n滤波器的电路微分方程推导而得到，其输出的类高斯脉冲信号对称性较差、单级使用时存在下冲等问题。本文提出一种卷积型类高斯成形滤波算法，它以梯形脉冲信号为基础，经过第一次卷积实现双极性脉冲成形，再次卷积进行累加求和从而得到左右对称的类高斯脉冲，利用Z变换方法推导出该算法的数字递推公式。通过仿真模拟研究了算法的有效性和成形参数对幅频特性的影响规律，成形参数na和nc取值增大时，滤波器通频带减小，低频成分幅度相对增加，高频噪声抑制作用增强，但也导致成形脉冲变宽，增加了脉冲堆积概率。最后，利用搭建的X射线荧光测量系统实验平台获取实测核脉冲数据，分别应用类高斯成形算法和梯形成形算法进行离线处理，实验结果表明：该类高斯成形算法具有更好的堆积脉冲分离能力，在相同的X光管管压和管流条件下，设置相同的达峰时间，两者所得能谱的能量分辨率基本相当，但是类高斯成形的能谱具有更高的特征峰面积和总计数。
数字脉冲处理 类高斯成形 梯形成形 能量分辨率 Digital pulse processing Quasi-Gaussian pulse shaping Trapezoidal pulse shaping Energy resolution
成都理工大学 核技术与自动化工程学院成都 610059
高斯脉冲具有信噪比高、弹道亏损小的优点，因此，在核辐射测量系统中常将核辐射探测器输出信号成形为高斯波形。核辐射探测器实际输出的核脉冲信号更接近于双指数信号，因此在小波变换的基础上，利用卷积运算的微分特性，提出了双指数信号高斯脉冲成形算法，并建立了成形系统的冲激响应。采用模拟核脉冲信号，从时域和频域两方面研究了成形参数对成形脉冲形状、滤波特性的影响规律；采用FAST硅漂移探测器（Silicon Drift Detector，SDD）测量标准Mn样品获得实测核脉冲信号，分别进行高斯脉冲成形算法和梯形脉冲成形算法处理，并生成能谱；通过对比5.89 keV特征峰峰面积、能量分辨率，研究两种成形算法在能量分辨率和堆积脉冲分离方面的性能。结果表明：当达峰时间为3.2~6.4 μs时，两种成形算法所得能谱的能量分辨率最佳，此时，两者之差小于5 eV；在相同达峰时间条件下，高斯脉冲成形算法的堆积脉冲分离能力优于梯形脉冲成形算法。
小波变换 高斯脉冲成形 能量分辨率 堆积脉冲 Wavelet transform Gaussian pulse shaping Energy resolution Pile-up pulse
南京航空航天大学机电学院, 江苏 南京 210016
构建了高斯脉冲激光线刻蚀能量密度分布模型,研究了激光功率和脉冲数对化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)金刚石表面上的点/线尺寸的影响规律,得到了能量在材料表面的扩散机理及刻蚀面组分,并在此基础上进行了激光面刻蚀。结果表明:高斯单脉冲激光作用下刻蚀轮廓近似为高斯曲面,间接证明了激光束在材料表面作用的能量呈高斯分布,且刻蚀面由金刚石、石墨和杂化物质构成,CVD金刚石表面的脉冲点刻蚀深度和宽度都随着激光功率和脉冲数的增大而增大。激光功率对CVD金刚石表面线刻蚀程度的影响较大,当功率值增大12W时,刻蚀宽度和侧面扫入深度分别增大23.32μm和346.04μm;激光扫描速度则对CVD金刚石表面线刻蚀程度的影响相对较小,当扫描速度增大49.8mm/s时,刻蚀宽度和侧面扫入深度分别减小了6.35μm和70μm。在功率为3W、扫描速度为50mm/s和扫描间距为2μm的条件下进行了激光面刻蚀,刻蚀深度为9.71μm,表面粗糙度为1.10μm。
激光技术 纳秒激光加工 金刚石 高斯脉冲 点/线刻蚀 中国激光
2020, 47(12): 1202007
广东工业大学 机电工程学院 精密微电子制造技术重点实验室, 广州 510006
为了研究超高斯脉冲在具有不同陡峭程度的超高斯型色散渐减光纤中的传输特性, 采用了非线性薛定谔方程和分步傅里叶变换的方法, 数值模拟了超高斯脉冲在超高斯型色散渐减光纤中的演化规律。在反常色散区考虑色散和非线性效应的情况下, 对超高斯脉冲的阐述特性进行了时域和频域上的理论分析与实验验证。结果表明, 陡峭程度m=4时,超高斯型色散渐减光纤的传输特性最好。此研究对超高斯型色散渐减光纤中脉冲的传输特性分析是有帮助的。
光纤光学 超高斯型色散渐减光纤 超高斯脉冲 非线性薛定谔方程 陡峭程度 反常色散区 fiber optics super-Gaussian dispersion-decreasing fiber super-Gaussian pulse nonlinear Schrdinger equation steepness anomalous dispersion region
陕西师范大学物理学与信息技术学院，陕西 西安 710119
本文研究了余弦-超高斯(CSG)脉冲在光纤中的演化特性并对CSG 脉冲在光纤中的传输过程进行了数值研究。得到了脉冲的初始相位φ0 和脉冲阶数m 对脉冲传输过程及其演化规律的影响。结果表明，增大φ0 值到80 rad 时的一阶余弦-超高斯脉冲可以在相对较长的光纤中实现脉冲压缩；而高阶余弦-超高斯脉冲在经历较短的脉冲压缩后，随即展宽。脉冲阶数越高，其脉冲压缩所经历光纤长度越短。本文还将余弦-超高斯脉冲、简单高斯脉冲和双曲正割脉冲进行对比，对比结果表明双曲正割脉冲展宽速度最快，简单高斯脉冲次之，而余弦-超高斯脉冲的展宽速度最慢。所提出的余弦-超高斯脉冲对光纤色散不敏感，该研究对于实际中要得到大容量，长距离通讯用的特殊脉冲的研究提供了一定的理论依据。
光纤 余弦-超高斯脉冲 光纤色散 演化 fiber cosine-super Gaussian pulse fiber dispersion evolution CSG CSG
湖北师范大学物理与电子科学学院, 湖北 黄石 435000
采用变分法求解含有三阶、五阶非线性项以及Kerr色散项的非线性薛定谔方程(NLSE)。 推导出不同参数下高斯脉冲参量随传播距离的演化方程。结果表明特定条件下,脉冲在一定距离内以呼 吸子的形式稳定传播。在较强的Kerr色散效应下,孤子的强度变化会增大,传播过程中波峰变尖。
非线性光学 非线性薛定谔方程 高斯脉冲 变分法 Kerr色散 nonlinear optics nonlinear Schrodinger equation Gaussian pulse variational method Kerr dispersion
湖北师范大学物理与电子科学学院, 湖北 黄石 435000
采用变分法求解了包含由Kerr色散项、脉冲内Raman散射引起的自频移(SFS)项的高阶非线性薛定谔方程。 推导了不同参数下高斯脉冲参量随传输距离的演化方程,得到了脉宽与振幅、脉宽与啁啾之间的约束关系。 结果表明在合适的参数设定下孤子中心频率不变,不产生抖动； 特定条件下自频移项和Kerr色散效应相互抵消,脉冲在一定距离内以呼吸子的形式稳定传播。
非线性光学 非线性薛定谔方程 高斯脉冲 变分法 自频移 Kerr色散 nonlinear optics nonlinear Schro ¨dinger equation Gaussian pulse variational method self-frequency shift Kerr dispersion
1 山西大学理论物理研究所, 山西 太原 030006
2 山西医科大学物理教研室, 山西 太原 030001
针对具有非线性负啁啾的超高斯脉冲, 提出了一种双余弦相位调制方法, 采用该方法对高非线性光纤中超高斯脉冲的频谱压缩进行优化。结果表明：由于初始超高斯脉冲的非线性负啁啾与非线性光纤中自相位调制引起的正啁啾失配导致时间相位不平坦, 频谱出现分裂和旁瓣, 压缩质量受限。通过对超高斯脉冲进行外部的两个余弦相位补偿调制可以减少频谱旁瓣的产生, 延长频谱压缩距离, 提高频谱压缩质量；其中这两个余弦相位调制的振幅和频率来自于对超高斯脉冲的非线性相移分析；在大范围展宽因子下, 超高斯脉冲的频谱压缩质量也可以优化。
非线性光学 非线性薛定谔方程 超高斯脉冲 克尔非线性 频谱压缩 相位调制
所有的光电探测器在受到激光辐照时都可能被损坏，对探测器的性能产生不利的影响。为了研究脉冲串激光辐照对光电二极管造成的损伤，建立了脉冲串激光辐照光电二极管的二维轴对称模型及热源模型，采用有限元软件COMSOL Multiphysics模拟了1064 nm毫秒级脉冲串激光辐照光电二极管的温度场分布。研究结果表明脉冲个数N为1,3,5,10,30的脉冲激光辐照下，达到光电二极管的熔融损伤阈值所需的脉冲能量密度范围为19.1~76.4 J/cm2。研究结果对毫秒级脉冲串激光在激光加工以及激光防护的应用方面具有指导意义。
探测器 高斯脉冲 毫秒激光 光电二极管 损伤阈值 激光与光电子学进展
2017, 54(4): 040401
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
采用蒙特卡罗法建立了各向异性散射介质中高斯脉冲激光的全链路瞬态辐射传输模型，构造并推导了散射方向概率模型及其坐标系变换过程。在此基础上，计算分析了高斯脉冲激光回波特性的时域分布及差异。研究结果表明: 时域回波信号的脉冲增减来自于其他类别信号的转化和自身信号的超前或滞后；随着前向散射的增强，目标回波信号强度增大、峰值时刻前移、时间展宽减弱，散射回波信号响应与其相反且影响程度减弱；目标回波特性与[0°,90°]前向散射区域直接关联，散射回波特性与[90°,180°]后向散射区域直接关联。研究结论可为脉冲激光主动探测系统的性能提升及地物目标的反探测隐身提供理论指导。
激光光学 回波特性 各向异性散射 高斯脉冲激光 蒙特卡罗法 瞬态辐射传输
