非相干激光汤姆逊散射诊断只需要假设电子速度满足Maxwell分布, 测量得到的等离子体电子温度与电子密度的数据准确可靠, 是托卡马克和其他磁约束核聚变研究装置上重要的诊断工具, 并朝着高可靠性、 高空间分辨和高重复测量频率的方向发展, 其中高可靠性是前提。 电子的汤姆逊散射截面很小, 其总截面为σT=6.65×10-25 cm2, 通常使用电光调Q的 Nd∶YAG激光器作为散射光源, 激光脉冲宽度约10 ns、 脉冲能量约3 J, 用5~8通道的光谱仪对散射光谱进行测量与分析。 如何对光电探测模块输出的散射脉冲进行数据采集, 是激光散射诊断的关键问题之一。 以前使用电流积分式的数据采集器(Q-ADCs, 如CMC080模块), 在一个确定的时间宽度(如50 ns)将散射脉冲信号积分在采样电容器上, 从而得到散射信号的强度值, 这种方法很难排除电路噪声和外来干扰。 该研究通过使用高速数据采集器(纵向分辨率≥10 bits、 采样频率f≥1 GS·s-1, 如V1742B模块)在包含散射信号在内的时间段(如300~500 ns)进行采集, 获得散射脉冲信号、 等离子体发光的扰动与背景噪声等叠加在一起的数据序列。 利用最小二乘法, 用高斯函数对散射脉冲的波形进行拟合, 然后在50 ns时间宽度对散射波形脉冲进行数值积分, 就得到散射信号的强度值。 结果表明, 高速同步采集技术的使用, 能够用数字滤波技术排除大部分的干扰, 从而提高信噪比, 其幅度可以达到10倍左右。 提取到更加准确可靠的光谱数据后, 以置信水平95%、 误差权重的最小二乘法开展数据处理, 用A.C. Selden散射谱表达式对电子温度进行参数估计, 得到了电子温度的测量值, 其统计误差为3%左右, 优于以前的10%左右。
汤姆逊散射 高温等离子体 Nd∶YAG激光器 散射光谱 电子温度 Thomson Scattering High-temperature plasma Nd∶YAG laser HL-2A tokamak Electron temperature
西北师范大学物理与电子工程学院, 甘肃 兰州 730070
针对高温等离子体对太赫兹波的传输特性,采用单层介质矩阵传输模型的求解方法,研究太赫兹在等离子体电子密度、厚度、外加磁场强度和温度影响下的变化规律。数值分析结果发现,不同条件下高温等离子体对太赫兹波产生的传输特性不同,等离子体电子密度和厚度越大,反射率越大,透射率越小;外加磁场可以改善衰减情况,因此等离子体电子密度越小,厚底越小,温度越高,对穿过电磁波的影响越小,通过调节外加磁场的大小,避开衰减峰值,可以缓解通信“黑障”现象。
表面光学 太赫兹波 高温等离子体 磁化 传输特性 黑障 激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202419
唐山学院 智能与信息工程学院, 河北 唐山 063000
为了对存在于石英玻璃中的非桥氧空穴缺陷的特性进行研究, 采用高频等离子体法对掺Yb3+石英玻璃进行了制备。首先介绍了玻璃样品的制备过程, 然后对所制备的掺Yb3+石英玻璃样品的吸收特性、发射特性以及傅里叶变换红外吸收光谱进行了分析。结果表明, 所制备的玻璃样品具有Yb3+离子典型的吸收特性。位于260 nm波长的吸收峰以及200 nm激发波长下产生的位于630 nm波长的发射峰都表明所制备的玻璃样品中存在非桥氧空穴缺陷。并且不同激发波长所产生的发射峰以及红外吸收光谱都说明玻璃样品中的非桥氧空穴缺陷是由≡Si－O↑和≡Si－O↑…H－O－Si≡两类空穴中心构成, Yb3+离子对合作发光与非桥氧空穴缺陷间存在能量转移过程。
稀土掺杂材料 掺Yb3+石英玻璃 高频等离子体 非桥氧空穴缺陷 rare earth doped materials Yb3+-doped silica glass high frequency plasma NBOHC defects
Author Affiliations
Abstract
It is important to diagnose electron density of a plasma irradiated by lasers for inertial confinement fusion, in high energy density physics and related fields, especially for measuring high-Z plasma near the interface. Use of soft X-ray laser as a probe is an important method in diagnosis of plasma electron density distribution. However, it is difficult to carry out the research in high-Z laser plasma, because of the problem of excessive plasma spontaneous radiation. In view of the characteristics of soft X-ray laser, several specific experimental techniques have been developed. By using these techniques, which can greatly suppress effects of spontaneous radiation, diagnosis of high-Z plasma with soft X-ray laser probe method becomes possible. As a typical example, an experiment of diagnosing gold plasma is performed and clear images are obtained, indicating that the techniques are effective and feasible.
等离子体诊断 激光探针技术 软X 射线激光 高Z 材料等离子体 diagnoses of plasma laser probe technique soft X-ray laser high-Z plasma Collection Of theses on high power laser and plasma physics
2014, 12(1): 215203
1 燕山大学信息科学与工程学院, 河北 秦皇岛 066004
2 燕山大学河北省特种光纤与光纤传感重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
3 燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
4 华南师范大学微纳光子功能材料与器件重点实验室, 广东 广州 510006
利用高频等离子体粉末熔融技术成功制备出镱铝共掺石英玻璃，并对其相关机理和工艺进行研究,解决了镱铝共掺石英玻璃熔点高、难以制备的难题。该技术为拉制大尺寸和多芯掺杂光子晶体光纤提供可能，并可实现多种稀土离子单掺或共掺。通过采用辅助加热和在氧气气氛下熔融，实现了镱铝共掺石英玻璃内气泡的排除，抑制了镱离子的还原。以此玻璃为纤芯利用堆积拉丝技术拉制的镱铝共掺光子晶体光纤在1200 nm波长处的背景损耗值小于0.25 dB/m，并且以此光纤为增益介质搭建的激光系统得到了激光输出。测试结果表明该技术制备的镱铝共掺石英玻璃具有非常好的光学特性。
材料 稀土掺杂材料 镱铝共掺石英玻璃 高频等离子体 粉末熔融技术
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沈百飞
2 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方宗豹
3 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张晓梅
4 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李雪梅
5 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王凤超
6 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
在考虑相对论和有质动力非线性以及全局电量守衡的前提下,分析了强激光在冷等离子体窄通道中稳定传播的情况。采用较为简化的二维理论模型,给出了描述激光和通道横向结构的解,对不同通道宽度、通道密度、激光强度和电磁模式等进行了讨论,分析了其对激光在等离子体通道中传播的影响。分析发现,在存在预通道的情况下,当等离子体通道的密度大于临界密度很多时(例如20倍临界密度),即使是在激光波长量级的通道中,激光仍然可以传播。通道越宽,等离子体密度越小；激光强度越大越容易传播。在同样的通道和传输情况下,TE0模传输所需要的激光强度比TE1模要小。
超快光学 强激光 高密度等离子体 窄等离子体预通道
