罗亦杨 1,*†吴壮 1†刘雨松 2姚珧 1[ ... ]沈平 3
作者单位
摘要
1 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室,重庆 400044
2 华中科技大学光学与电子信息学院,湖北 武汉 430074
3 南方科技大学电子与电气工程系,广东 深圳 518055
随着超快激光应用需求的不断增长,激光控制技术正面临越来越多的挑战,超短脉冲操控研究亟待取得进一步的突破与发展。在激光器谐振腔增益、色散、损耗、非线性等效应共同作用下,多脉冲展现出比单脉冲更为丰富的动力学现象。研究表明其内部脉冲间距、相对相位、脉冲个数等参量具有高度可控性,为提升多脉冲的操控维度提供了新思路。本文从超快激光多脉冲的操控机理出发,介绍了多脉冲动力学、实时观测技术及激光器控制方法,重点综述了基于增益调制、偏振控制、色散调控、光机械效应等多脉冲操控方案,分析了各方案的性能,并展望了多脉冲操控技术的发展前景。
超快激光 超短脉冲 多脉冲束缚态 脉冲操控 锁模激光器 
激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0314002
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 Intense Laser Irradiation Laboratory, INO-CNR, Pisa, Italy
2 ELI-NP, Magurele, Ilfov, Romania
3 Maison de la Simulation, CEA, USR 3441, Gif-sur-Yvette, France
4 INFN, Sect. of Pisa, Pisa, Italy
After the introduction of the ionization-injection scheme in laser wake field acceleration and of related high-quality electron beam generation methods, such as two-color and resonant multi-pulse ionization injection (ReMPI), the theory of thermal emittance has been used to predict the beam normalized emittance obtainable with those schemes. We recast and extend such a theory, including both higher order terms in the polynomial laser field expansion and non-polynomial corrections due to the onset of saturation effects on a single cycle. Also, a very accurate model for predicting the cycle-averaged distribution of the extracted electrons, including saturation and multi-process events, is proposed and tested. We show that our theory is very accurate for the selected processes of ${\mathrm{Kr}}^{8^{+}\to {10}^{+}}$ and ${\mathrm{Ar}}^{8^{+}\to {10}^{+}}$ , resulting in a maximum error below 1%, even in a deep-saturation regime. The accurate prediction of the beam phase-space can be implemented, for example, in laser-envelope or hybrid particle-in-cell (PIC)/fluid codes, to correctly mimic the cycle-averaged momentum distribution without the need for resolving the intra-cycle dynamics. We introduce further spatial averaging, obtaining expressions for the whole-beam emittance fitting with simulations in a saturated regime, too. Finally, a PIC simulation for a laser wakefield acceleration injector in the ReMPI configuration is discussed.
field theory ionization high-quality electron beams ionization injection laser wakefield acceleration laser–plasma acceleration resonant multi-pulse ionization injection tunnel ionization two-color ionization ultraintense laser pulses 
High Power Laser Science and Engineering
2022, 10(2): 02000e15
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室,上海 201800
2 中国科学院大学,北京 100049
针对相干激光雷达在低空、远距离、高动态目标探测等应用场景中存在的弱信号探测问题,基于调频连续波相干激光雷达,采用多脉冲频域相干累积方法提高激光雷达弱回波信号的信噪比。结合调频连续波理论,分析了信号幅度起伏和相位起伏对多脉冲频域相干累积信噪比效果的影响,实验结果表明,经过M脉冲周期的频域相干累积,微弱回波信号对数信噪比可提升10lg M dB,并且信号幅度起伏、相位起伏可导致多脉冲相干累积信噪比低于理想相干累积信噪比,对于均值分别为2.25×10-4、1.65×10-4和相对起伏幅度分别为0.69、0.93的回波信号而言,相位补偿后的回波信号在50脉冲周期内相干累积信噪比的误差因子最大为0.57%、0.3%,该多脉冲频域相干累积方法对相干激光雷达在远距离目标探测、微弱信号接收方面的应用具有重要意义。
遥感 调频连续波 多脉冲频域相干累积 动态目标 弱信号探测 相干激光雷达 幅度相位起伏 
中国激光
2022, 49(3): 0310003
洪捐 1,2蒯源 1程鹍 1张泽新 1[ ... ]沈鸿烈 2
作者单位
摘要
1 盐城工学院 机械工程学院,江苏 盐城 224051
2 南京航空航天大学 材料科学与技术学院,江苏 南京 221110
3 深圳市大族光伏装备有限公司,广东 深圳 518103
4 江苏润阳悦达光伏科技有限公司,江苏 盐城 224000
为研究多脉冲激光的热累积效应对硼掺杂纳米硅薄膜熔覆过程的影响,采用单温模型,利用三维有限元方法对激光与硅薄膜的相互作用过程中温度场的分布进行了数值模拟,得到了多脉冲激光耦合情况下的温度场变化规律。仿真结果表明:与单脉冲相比,在多脉冲激光作用下,峰值温度增加了3.2%,熔池尺寸扩大了18.75%,同时热影响区范围也明显增加;激光辐照后,熔覆层表面温度下降,但基体温度仍会继续上升,多脉冲热累积效应为纳米硅薄膜中硼元素扩散提供了有利条件。最后,通过单脉冲及多脉冲激光熔覆实验,分析了熔覆硅薄膜后的熔覆层表面状况的差异,并获得了激光熔覆辅助硼元素扩散的一般规律,为硼掺杂纳米硅薄膜的激光辅助扩散技术在半导体器件中的应用提供了条件。
硼掺杂纳米硅薄膜 激光熔覆 多脉冲激光 温度场 硼扩散 B doped Si nano-film laser cladding multi-pulse laser temperature field B diffusion 
红外与激光工程
2021, 50(10): 20210023
作者单位
摘要
南方电网超高压输电公司 昆明局,昆明 650217
由于提高光时域反射仪(OTDR)的发射脉冲宽度可能会导致OTDR探测电路的雪崩光电二极管(APD)产生饱和效应,从而使测量到的曲线发生平顶效应,这种平顶效应会淹没近距离的事件结果。为解决这一问题,提出了一种多脉宽组合测量的方法,将测量结果进行软件拼接,在硬件配置不变的情况下既能获得更远的测量距离,又不会因为饱和平顶效应导致近距离事件被平顶淹没,提高了OTDR的测量动态范围。
动态范围 曲线分段拼接 多脉冲组合测量 dynamic range curve segment splicing multi-pulse combined measurement 
光通信技术
2021, 47(6): 15
作者单位
摘要
1 郑州航空工业管理学院 智能工程学院,河南 郑州 450015
2 北京理工大学 信息与电子学院,北京 100081
3 中国航空研究院,北京 122000
针对远距离飞机目标,机载多脉冲激光测距机通常采用数字化处理体制,影响其测距精度的因素包括发射激光脉冲宽度的距离分辨率、大气传播及目标反射特性造成的波形展宽、回波信号接收处理通道的非线性相频特性等。数字化采样率、回波信号降噪、目标峰值点位置估计等数字化处理过程引起较大的目标距离定位误差。提出了基于经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)和重构的回波降噪方法,首先对脉冲激光目标回波波形进行建模,然后分析了现有数字化回波降噪算法的性能及其对定位精度的影响。实验结果表明,所提方法可以准确提取目标峰值点位置,改善激光测距机的目标定位精度。
多脉冲激光测距 数字化回波降噪 经验模态分解 目标定位精度 multi pulse laser ranging digital echo denoising Empirical Mode Decomposition(EMD) target positioning accuracy 
红外与激光工程
2021, 50(6): 20210005
作者单位
摘要
1 成都大学电子信息与电气工程学院, 四川 成都 610106
2 数学地质四川省重点实验室(成都理工大学), 四川 成都 610059
3 成都大学计算机学院, 四川 成都 610106
4 成都大学科研处, 四川 成都 610106
在低计数率背景下X射线谱的高精度测量受X射线流的统计涨落影响, 统计涨落决定了给定探测器能量分辨率的理论极限, 而其他因素的影响则可以通过适当的噪声滤除和电子技术来降低。 以往关于能量分辨率的研究大多利用谱反卷积对获取到的能谱进行后处理, 从而降低特征峰的半高宽(FWHM)。 这些后处理方法是基于将获取到的能谱建模为输入能谱和探测器响应函数这两个随机变量的函数, 往往计算量极大, 执行效率低。 针对上述问题, 提出一种多脉冲局部平均(MPLA)算法对X射线光谱数据处理平台进行优化, MPLA算法是一种在线实时处理的谱获取方法, 该方法在动态窗口内对脉冲幅度值进行了平均。 MPLA算法涉及两项可变参数, 一是平均窗口的大小r, 另一项参数则是每一次平均的脉冲幅度数量n。 该算法的执行流程包含以下几个步骤, 首先读取第一个脉冲幅度并定位一个平均窗口, 读取成功后更新当前平均窗口的脉冲幅度和脉冲个数; 第二步, 读取下一个脉冲幅度, 每次更新后即对平均窗口内的脉冲个数进行判断, 当其小于预设的参数n时继续执行第三步, 反之则执行第四步; 第三步, 继续读取下一个脉冲幅度; 第四步, 对相应平均窗口内的脉冲幅度进行平均, 得出的平均数即为需要更新计数的道址, 然后再对取平均值的窗口内脉冲幅度和脉冲个数进行清零。 本文在理论推导部分研究了应用MPLA过程时原始概率密度函数(PDF)的转换, 推导了应用MPLA后得到的概率密度函数的解析表达式, 证明了MPLA概率密度转换后具有以下特征: (1)对称分布, MPLA保留了均值和对称性。 (2)对于单峰对称分布, MPLA减少方差, 锐化分布峰。 在实验环节中, 以铁矿样品为测量对象, 将采用MPLA算法处理后的结果与传统的成谱方法得到的结果进行对比, 结果表明在具有正态分布PDF的频谱峰值的典型情况下, 即使仅对两个脉冲高度进行平均, 变换后峰的FWHM也变窄。
多脉冲局部平均 X射线光谱 半高宽 高性能硅漂移探测器 Multi-pulse local average X-ray spectroscopy FWHM FAST-SDD 
光谱学与光谱分析
2021, 41(3): 763
作者单位
摘要
中国船舶重工集团公司 第七二四研究所,江苏 南京 211106
分布式相参雷达(DCAR)是目前国内外雷达领域的重要研究方向,精确的参数估计是实现其良好相参性能的前提和核心。基于动目标模型,提出一种基于多脉冲积累的相参参数估计方法。该方法通过对多脉冲信号进行快、慢时间匹配滤波处理,实现多脉冲相参积累;再利用互相关法进行相参参数估计。仿真分析对比了不同脉冲个数和不同输入信噪比下的参数估计性能和相参性能,仿真结果表明,该方法具有可行性,且可以有效提高低信噪比情况下的参数估计性能和相参性能。
分布式相参 参数估计 动目标 多脉冲积累 distributed coherence parameter estimation moving target multi-pulse accumulation 
太赫兹科学与电子信息学报
2020, 18(6): 1003
作者单位
摘要
北京工业大学 激光工程研究院,北京 100124
报道了多脉冲机制泵浦KGW晶体的皮秒红外多波长拉曼激光器。建立数学模型研究了多脉冲泵浦机制对拉曼活性分子振动模式的影响,模拟结果显示了拉曼活性分子对多脉冲泵浦机制的响应相比于传统的单脉冲泵浦机制更加活跃与持久,从而促进衰减的分子振荡多次回到本征振动频率。多脉冲的增强效果有利于改善拉曼增益,降低拉曼阈值,提高拉曼转换效率。设计了皮秒多脉冲泵浦KGW拉曼晶体实验,结果表明,三脉冲泵浦机制将拉曼增益改善了2倍以上,拉曼阈值降低了50%以上,768 cm–1和901 cm–1拉曼模式的转换效率分别提高了16%和22%以上。基于三脉冲泵浦机制,设计了1 kHz毫焦级皮秒多脉冲泵浦KGW晶体红外多波长拉曼激光器,对于768 cm–1和901 cm–1两个振动模式,获得脉冲能量分别为1.39 mJ和1.38 mJ,最大拉曼转换效率分别为29.6%和25.7%。此外,对于两种拉曼模式,此拉曼激光器都可以同时输出多达8条红外拉曼光谱,涵盖范围800~1 700 nm。
非线性光学 皮秒红外拉曼激光器 多脉冲泵浦机制 KGW拉曼晶体 受激拉曼散射 nonlinear optics picosecond infrared Raman laser multi-pulse burst pumping regime KGW Raman crystal stimulated Raman scattering 
红外与激光工程
2020, 49(11): 20200044

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