1 安徽大学 物质科学与信息技术研究院，安徽 合肥 230601
2 中国科学院合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所，安徽 合肥 230031
3 深圳盛方科技有限公司， 广东 深圳 518100
针对医疗用308 nm准分子激光器长脉宽的实际需求，提出Simulink仿真模型指导延长激光脉宽的方案，并进行实验研究。首先建立并验证了典型准分子激光器放电激励回路仿真模型的有效性，其次基于脉冲形成网络原理建立4级LC峰化回路的放电激励模型，并进行了具体的激光器结构设计和参数选择。对一台储能电容为60 nF，工作电压范围在20~29 kV的308 nm准分子激光器进行实验，通过改变激励回路的结构和参数，激光脉宽由30 ns延长到60 ns，且当储能电容电压值为28 kV时，输出能量达407 mJ，激光脉冲能量的转移效率由典型结构的1.531%提高至1.73%，实现了放电激励308 nm准分子激光长脉冲输出条件下的高能量转移率，验证了Simulink仿真模型的有效性和指导意义，为实用化长脉宽准分子激光的设计和应用提供基础。
准分子激光 Simulink仿真 长脉宽 转移效率 excimer laser Simulink simulation long pulse width transfer efficiency 红外与激光工程
2021, 50(11): 20210022
激光诱导击穿光谱（LIBS）因具有实时快速、 多元素分析、 样品损伤性小等优势, 已成为检测未知物质元素组分以及相应元素含量的重要手段。 近期的一些研究表明, 百纳秒级别激光脉冲由于在确保有效击穿阈值的条件下延长了激光与样品作用时间, 使得其LIBS光谱质量相对于传统10 ns级激光脉冲得到了提高; 适度降低环境气压（至104 Pa量级）, LIBS光谱强度和信背比均得到明显提高。 为探究低气压对长脉宽（百纳秒级）激光诱导铜合金等离子体光谱特性的影响, 采用自主研发80 ns脉宽Nd∶YAG激光器（波长1 064 nm, 单脉冲能量20~200 mJ）作为激发光源, 样品为BYG19431的锡青铜（基体元素Cu质量百分数为92.9%, 低含量元素Fe质量百分数为0.007 8%）, 通过样品气氛控制系统改变环境气压, 分别研究了低环境压力（1.01×105, 9.6×104, 9.2×104, 8.8×104和8.4×104 Pa）下铜合金基体元素Cu与低含量元素Fe光谱特性。 实验中, 激光脉冲重复频率为1 Hz, 每次打击均为新鲜表面（通过真空腔内的可控旋转平台更换样品位置）, 每个能量和气压下分别选取5个脉冲能量较稳定的光谱, 取平均值作为当前实验条件的最终实验结果, 激光脉冲能量的实时监测由透反比1∶1分束镜及能量计完成。 研究发现, 基体元素谱线（Cu Ⅰ 324.75 nm）, 常压下低能量（20 mJ, 40 mJ）时均存在较严重的自吸收现象。 在60 mJ时, 虽自吸收效应得到改善, 但谱线背景强度升高, 且激光对样品的损伤加大。 为在低光谱背景, 微样品损伤的条件下实现光谱质量的进一步提升, 实验激光能量为20 mJ。 结果表明, 随着环境气压降低, 基体元素Cu自吸收程度大幅度降低, 样品中低含量Fe元素谱线信背比增加, 等离子温度升高, 谱线展宽变窄。 气压为8.4×104 Pa时, 与常压相比基体元素铜（Cu Ⅰ 324.75 nm）与微量元素铁（Fe Ⅰ 330.82 nm）谱线信背比分别增强5.31和2.43倍; 等离子体温度提升了21.6%; Fe Ⅰ 330.82 nm谱线展宽由0.29 nm降到0.21 nm, 在一定程度提高了LIBS元素谱线的分辨率。
80 ns 长脉宽 低气压 自吸收 信背比 等离子体温度 80 ns long-pulse-width Low-pressure Self-absorption SBR Plasma temperature 光谱学与光谱分析
2020, 40(9): 2891
南京理工大学 机械工程学院, 江苏 南京 210094
为了实现智能**电源管理, 针对正常发射和勤务跌落两种典型的加速度信号, 提出了一种高阈值长脉宽响应的微流体惯性开关。该开关主要由环形微通道和三级毛细阀组成, 具有识别两种典型加速度的能力, 并在正常发射后坐加速度的作用下实现可靠接通。首先, 介绍了开关的设计概念及工作原理。然后, 采用湿法刻蚀和磁控溅射金属技术制作了样机。最后, 结合有限元仿真和样机实验验证了开关的功能。有限元仿真分析表明: 该开关在幅值为12 000g, 脉宽为300 μs的勤务跌落载荷下保持断开, 在幅值为20 000g, 脉宽为4 ms的后坐载荷下可靠接通, 开关阈值为3 300g。实验结果表明: 该开关在幅值为12 800g, 脉宽为219 μs的勤务跌落载荷下保持断开, 开关的静态阈值为3 257.2g~3 317.3g,开关的理论阈值为3 590.9g, 理论公式能较好地预测开关的阈值。
微流体惯性开关 毛细阀 高阈值 长脉宽 microfluidic inertial switch capillary valve high threshold long pulse-width
采用长脉宽激光(500 μs)作为激发光源, 研究了长脉宽激光在低能量密度条件下诱导击穿土壤等离子体的光谱特性。 实验发现, 在长脉宽激光的激发下等离子体光谱特性与纳秒及超短脉宽激光相比存在较大的差异, 在402~409 nm波段和420~436 nm波段, 土壤等离子体光谱均没有出现强烈的连续背景辐射阶段, 所激发产生的等离子体发光寿命可持续220~270 μs。 特征谱线PbⅠ405.78 nm和CrⅠ425.43 nm分别在210和190 μs时出现, 且谱线强度均随时间延长而逐渐增加, 分别在延时320和350 μs时达到最大值。 研究结果表明, 采用长脉宽激光作为激发光源, 增加了激光与物质相互作用的时间, 有助于激发形成发光时间较长的“准稳态等离子体”; 应用内标法建立了Pb和Cr元素校准曲线, 8次重复实验得到分析线与内标线净信号强度比值的相对标准偏差为2.21~6.35%, 长脉宽激光激发产生的等离子体发光稳定; 计算得到土壤中Pb和Cr元素的检测限分别为34.7和40.0 mg·kg-1, 达到国家土壤环境质量标准规定的一级含量要求; 长脉宽激光激发产生等离子体的电子温度为6 612 K, 电子密度为3.7×1017 cm-3, 达到了局部热平衡状态。
长脉宽激光诱导击穿等离子体 发光寿命 相对标准偏差 检测限 Long-pulse laser induced plasmas Life-time of plasma Relative standard deviation Limit of detection 光谱学与光谱分析
2017, 37(10): 3204
通过采用多级L-C峰化回路、增大输出镜反射率、改变HCl浓度的方法,使XeCl准分子激光的脉冲宽度达到150 ns以上(最大脉宽达175 ns),单脉冲能量大于120 mJ。同时对紫外准分子激光的光纤耦合系统进行了研究,直径为0.4,0.6,0.8,1.5 mm的紫外石英光纤的耦合输出能量分别为10,29,39,58 mJ。
长脉宽 XeCl激光 光纤耦合
