强激光与粒子束
2001, 13(6): 657
期刊基本信息
创刊：
1989年 • 月刊
名称：
强激光与粒子束
英文：
High Power Laser and Particle Beams
主管单位：
四川省科学技术协会
主办单位：
中国工程物理研究院
中国核学会
四川核学会
中国核学会
四川核学会
出版单位：
《强激光与粒子束》编辑部
主编：
张维岩 院士
ISSN：
1001-4322
刊号：
CN 51-1311/O4
电话：
0816-2485753
邮箱：
地址：
四川绵阳919信箱805分信箱
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621900
定价：
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本期栏目 2001, 13(6)
强激光与粒子束 第13卷 第6期
分析了Shack-Hartmann波前传感器(S-HWFS)在实际大气条件下,大气湍流波前相位的探测误差在自适应光学系统(AOS)中的传递过程以及最后的控制残余方差,导出了定量分析的数学模型,并给出了分析结果.结果表明,当SH-WFS用于微弱信标光大气湍流的探测时,自适应光学系统中的控制斜率残余误差中除了前人分析[1]的误差外还包含一项由天空背景光斑质心位置引起的常数误差值,并且系统的有效控制带宽会因信标探测对比度的下降而减小,这将大大降低AOS的校正能力.分析结果还表明信标光越弱,对S-HWFS的标定光学系统的像差要求越高.
自适应光学 波前传感器 残余方差 adaptive optics wavefront sensor residual error 
给出的同轴引射加抽气联合式气动窗口,采用环形喷嘴可调喉道面积和在腔室内装配有带节流小孔的多孔板结构,并在对该窗口进行实验研究的基础上,报导了最近的工作,研制成功全自动远程操作控制系统,实现了阀门开度随气瓶内压力变化而自我迅速调节的功能,保证了气动窗口的密封性能和输出光束的光学质量,同时可由单瓶供气实现数十次工作的要求。在最低密封压力为 0 .67k Pa时,耗气量为 35 g/s,Strehl比达到 0 .98,在高功率氧碘化学激光器上进行了联机试验,获得了满意的效果
引射式气动窗口 光束质量 密封压力 jet-injection aerodynamic window beam quality of the output light sealing pressure 采用光波的衍射积分理论,对具有波纹调制激光束的准聚焦特性进行了理论分析.针对中频率段畸变激光束的准聚焦特性,数值模拟研究了准聚焦光斑能量集中度、焦斑光强分布与光束波前调制周期和离焦距离的关系,并得出适当离焦距离有利于控制焦斑大小,增大激光束波前的调制周期,可增加准聚焦光斑能量集中度,降低焦斑光强的调制起伏.
波纹调制 准聚焦特性 能量集中度 调制对比度 waviness modulation quasi-focused characteristics energy-concentration-rate intensity-contract-rate 利用横向剪切干涉仪对测量环境要求不高的优点,提出用横向剪切干涉仪测量气动窗口流场对光束质量的影响;给出测量原理,解决了干涉条纹难以判读的难点.并对稳定工作状态下自由旋涡气动窗口流场对光束质量的影响进行实验研究.以斯特列尔比为评价标准,测量给出自由旋涡气动窗口在稳定工作状态下对光束质量的影响程度.结果表明,当自由旋涡气动窗口工作在理论设计条件下时,对光束质量的影响比较小,能较好满足任务需??
剪切干涉 气动窗口 数字图像处理 斯特列尔比 shear interferometer aerodynamic window digital image processing Strehl ratio 在直角坐标系下对平顶高斯光束和超高斯光束的传输特性的相似性问题作了讨论.研究表明,当有相同的M2因子但束宽不同的平顶高斯光束和超高斯光束通过光阑效应可忽略ABCD光学系统传输时,在广义菲涅尔数F相等处有相似的光强分布.对于有光阑和用球差透镜聚焦的情况,若平顶高斯光束和超高斯光束具有相同的M2因子和束腰宽度,则在相同传输距离处仍可得到相似的光强分布.
平顶高斯光束 超高斯光束 无光阑和有光阑ABCD光学系统 球差透镜 传输特性的相似性 flattened Gaussian beam (FGB) super-Gaussian beam(SGB ) unapertured and apertured ABCD optical systems spherically aberrated lens similarity of the propagation property 从Collins公式出发,研究了高斯光束通过双焦透镜后的聚焦特性.在无光阑的情况下,给出了轴上光强和x,y方向两束腰及其位置的解析公式.详细的数值计算表明,轴上光强最大点位于其中一个束腰位置附近或者相重合,但始终不能超过透镜较大的焦点.并且,相对束腰的位移随光阑效应的增加而增加.
双焦透镜 聚焦特性 高斯光束 焦移 bifocal lens focusing property Gaussian beam focal shift 介绍了固体推进剂燃烧驱动CO2气动激光小信号增益测量的原理、方法及实验系统,重点说明小信号增益测量光路设计、热敏电阻红外探测器工作原理、增益输出信号滤波和放大电路设计及数据采集系统的硬件配置和软件编制原则,给出典型实验测量结果.实验证明,采用放大法可较为准确的测量固体推进剂燃烧驱动CO2气动激光小信号增益.
燃烧驱动 气动激光器 小信号增益测量 combustion-driven gasdynamic laser small-signal gain measurement 建立了激光与透射型光学元件相互作用的热弹性力学模型,解析求解了自由、固定以及一种人为边界条件下光学元件热-力学响应的定解问题.研究发现,不同的边界条件对破坏阈值有很大的影响.针对光学元件中热应力的演变情形,设计了一种“最佳”边界,消除了激光作用过程中产生的拉应力,从而使破坏阈值在理论上达到最大值.
光学元件 破坏阈值 温度场 应力场 最佳边界 optical materials laser induced damage threshold(LIDT) thermal profile stress profile optimal boundary 对利用微波放电直接解离Cl2生成Cl,Cl与HN3反应生成NCl(a1△)和NCl(b1∑)的过程进行了实验研究.得到了较强的NCl(a1△)和NCl(b1∑)自发辐射光谱,考察了Cl2流量和He/Cl2配比对NCl(a1△)和NCl(b1∑)生成的影响.发?侄杂谝欢ǖ腍e流量,Cl2流量对NCl(a1△)和NCl(b1∑)生成的影响存在一最佳范围,而最佳He/Cl2配比不是一定值,而是随He流量升高而变大,在实验所考察的He流量范围(5～40L/mm)内,最佳He/Cl2配比在30:1～100:1之间.
微波放电 microwave discharge Cl2 Cl2 NCl NCl 在光学干涉技术中,被检信息主要包含在干涉波面的互相关函数中,并最终体现为干涉场强度分布的调制.由Fresnel衍射理论出发,运用C0llins公式,分析了分波前干涉法中空间互相关函数的传递性质,得到了用光线矩阵元表示的空间互相关函数传输公式,并以此对迈克耳逊干涉仪和横向剪切干涉仪中的干涉图强度分布进行了分析.
互相关函数 自相关函数 光传输 干涉图 Cross-correlation function auto-correlation function light propagation interference pattern 系统地提出了He-Ar-Xe核泵浦激光泵浦效率的理论模型,推导了泵浦效率公式.研究了激光泵浦效率与泵浦腔内气体总压力,He和Ar分压,Xe的含量之间的函数关系.并用前人的实验结果定性地对模型进行了验证,拟合了泵浦效率函数参数,探讨了各参数之间的关系及其对泵浦效率的影响,为进一步的实验设计提供了理论依据.
反应堆核泵浦激光 Xe激光 理论模型 泵浦效率 nuclear reactor pumped laser Xe laser theoretic model power efficiency 利用能量为1.7MeV,注量分别为1.25×1013/cm2,1.25×1014/cm2,1.25×1015/cm2的电子束辐照VO2薄膜,采用XPs,XRD等测试手段对电子辐照前后的样品进行分析,并研究了电子辐照对样品相变过程中光透射特性的影响.结果表明电子辐照引起VO2薄膜中V离子出现价态变化现象,并使薄膜的X射线衍射峰发生变化.电子辐照在样品中产生的这些变化显著改变了VO2薄膜的热致相变光学特性.
VO2薄膜 变价 相结构 相变性能 电子辐照 VO2 thin film valence variation phase structure phase-transition properties electron irradiation 利用自行研制的 2 -1 /2维全电磁柱坐标粒子模拟程序对等离子体融断开关磁场渗透机制进行了模拟研究。模拟结果表明在磁场 Hall渗透机制特征长度远远小于等离子体离子的无碰撞趋肤深度的条件下,等离子体内部磁场渗透过程主要由电子流体运动的 Hall项来控制。对于等离子体空间分布存在较大的密度梯度的物理问题,必须考虑二维空间特性对磁场渗透速度的影响。在磁场已渗透经过的等离子体区域中,等离子体呈现非电中性,离子受静电场的作用会加速运动到达阴极,最终形成真空鞘层.
粒子模拟 等离子体融断开关 磁场渗透 particle simulation plasma opening switch magnetic field penetration 详细分析了强激光脉冲电源系统可能存在的故障问题,通过电路模拟给出了故障电流波形.在此基础上提出了电源系统故障保护的方法和对策,这对于电源系统的设计和安全运行具有十分重要的意义.
强激光 脉冲功率电源 故障分析和保护 high power laser high pulsed power supply fault analysis and protection 对薄壁玻璃靶丸在液氮保存状态下保气性能进行了研究.实验结果表明:在-196℃环境中,薄壁靶丸的保气半寿命由常温的3～10d延长到100～500d左右,靶丸的表面粗糙度没有明显变化,能满足ICF打靶要求.
薄壁玻璃靶丸 低温保存 半寿命 thin-wall glass target low-temperature storage half-life 采用“多功能相对论原子结构计算程序”GRASP2 (1 992 ),分别计算了类氢离子 Mg11+,Al12 + 能级之间电偶跃迁 (E1 )的波长、几率和振子强度,其中跃迁波长值与实验值相吻合。充分利用计算结果,采用等电子线率法对文献 [4]的谱线强度比测温实验进行理论上的探讨,即利用原子序数相差不大 (ΔZ=1,2 )的两种示踪原子相同离化态的同种跃迁谱线进行电子温度诊断,以期望提高测温精度
类氢离子 跃迁光谱 温度诊断 H-like ions Mg11+ Mg11+ Al12+ Al12+ transition spectrum temperature diagnosis 运用随时间变化的氙灯辐射光谱模型,建立了组合式钕玻璃片状激光放大器动态增益特性的模拟程序,实现了从氙灯放电到引出激光的全过程动态模拟.研究了钕玻璃片的两个重要参数---厚度和掺杂浓度对增益性能的影响.在相同的泵浦强度下,储能通量由片厚度与掺杂浓度的乘积N0D)决定,在N0D相同时得到相同的小信号增益.当N0D比较小时,N0D增加1倍时储能通量增加1.25倍,相应的单片放大器增益提高5.5%,对于7片长的放大器链,总的小信号增益将提高45%;当ND比较大时,储能通量趋于饱和.
钕玻璃激光放大器 储能通量 掺杂浓度 片厚度 Nd:glass laser amplifiers stored fluence doping concentration disk thickness 报道了用全固态绝缘结构研制的横向型半绝缘GaAs光电导开关产生高功率亚纳秒电脉冲的性能和测试结果.8mm电极间隙的开关暗态绝缘强度达30kV.分别用ns,ps和fs激光脉冲触发开关的测试表明,开关输出电磁脉冲无晃动.3mm电极间隙开关的最短电流脉冲上升时间小于200ps,脉宽达亚ns;在偏置电压2000伏,光脉冲宽度8ns,能量1.2mJ的触发条件下,峰值电流达560A.用重复频率为76MHz和108Hz的光脉冲序列触发开关也获得清晰的电流脉冲序列.
光电导开关 超快电脉冲 脉冲功率技术 photoconductive switch ultrafast electrical pulse high power pulse technology 叙述了在超宽带电磁脉冲照射下良导电散射体散射信号的时域测量技术及数据处理方法.描述了产生散射信号的物理过程,散射信号的时域测量步骤、提取方法以及散射体冲激响应的计算方法.通过对铝金属球体散射信号的测量及处理,说明了上述测量技术和数据处理方法是有效的,基本满足逆散射成像的要求.
超宽带信号 良导电散射体 散射信号 测量 数据处理 UWB-signal perfect-conductive-scattered scattering-signal measurement data-processing 相对论双流放大器是一种结构简单、高增益、高效率的高功率微波器件,它的主要作用机制是两个同心环形电子束之间的双流互作用.利用MAGIC粒子模拟程序,对S波段的相对论双流放大器进行了粒子模拟,研究了相对论双流放大器的双流互作用机制,进一步认识了作为相对论双流放大器的放大机制的双流不稳定性,为国内开展类似器件的研究打下了良好的基础.
粒子模拟 相对论双流放大器 双流不稳定性 S波段 MAGIC MAGIC PIC simulation Relativistic Two-Stream Amplifier(RTSA ) two-stream instability S-band 分析了聚束腔中电场分布及电子的运动过程,使用RUNGE-KUTTA法求出不同腔长时电子的俘获相位及不同初始相位电子的运动轨迹,讨论了加聚束段对减小电子反轰的作用.研制的l+1/2腔RF-gun使用首腔和第二加速腔作为聚束段,取得了高占空因子,较高束流功率的实验结果.
微波电子枪 聚束腔 电子反轰 RF-gun bunching segment electron back bombardment 在考虑有限磁场的作用下,得到了填充等离子体的圆柱光滑波导中各场分量的表达式,然后导出了功率流密度的计算式.通过计算得出等离子体的密度和厚度对功率流密度有极大的影响,并分析了其机理.
等离子体 功率密度 有限磁场 annular plasma power density finite magnetic field high-power microwave 通过数值求解非线性三波耦合方程组,并利用色散致啁啾引起的瞬时频率与时间的关系,模拟了啁啾脉冲在光参量放大过程中的脉冲波形和频谱形状的变化关系,以及通过压缩器的脉冲形状.模拟结果表明:啁啾脉冲在光参量放大过程中的时域宽度和频谱有很小程度的加宽,但基本上不影响放大后脉冲的压缩及信噪比.
光参量放大 啁啾脉冲 增益 时域波形 饱和放大 optical parametric amplification chirped pulse gain temporal profiles saturation amplification 介绍了利用水平极化辐射波电磁脉冲模拟器开展的电缆耦合效应实验研究,具体介绍了实验系统、测量方法.并对常用的同轴电缆分为架高和铺于地面两种状态,芯线与外皮接50Ω匹配电阻,外皮分为两端开路、一端接地和两端接地三种情况,分别给出了实验波形及实验数据并用传输线理论进行了分析,实验结果与理论分析基本一致.
电磁脉冲 辐射波模拟器 耦合 电流传感器 转移阻抗 EMP horizontally polarized dipole radiator coupling circuit sensor transfer impedance 对Ag与He原子碰撞的单电子脱附过程进行了实验研究,使用增长率方法在5～10keV能量范围内对脱附截面进行了测量,得到在20keV时的典型值为6.6×10-16cm2.实验结果的不确定度约为8%.
电子脱附 银负离子 增长率方法 electron detachment Ag- growth-rate method 分析了周期性电容盘片加载的同轴线的传输特性,并将其应用于四分之一波长线谐振腔,利用传输线理论和数值模拟两种方法分析了这种腔体的谐振特性,得到了谐振频率、Q值与盘片半径、盘片个数间的关系,并论证了这种方法在减小腔体尺寸方面的可行性及在一台质子回旋加速器腔体中的应用.
慢波结构 四分之一波长线 盘片电容 MAFIA程序 slow wave structure λ/4 transmission line cavity disk capacitor MAFIA code 介绍了合肥光源基于束流准直系统的研制，该系统利用可开关的电阻分流法构成，并采用固态继电器进行四极铁分流控制，利用该系统可以测量束位置检测器的电中心相对相邻四极铁磁中心的位置偏移，给出了合肥光源基于束流准直系统的一些测量结果。
基于束流准直 束流位置 四极铁分流 磁中心 局部凸 beam-based alignment beam position quadrupole shunt magnetic center local bum 系统分析了强流相对论电子束在输运过程中影响束流品质的几种因素,针对束流不同能区凸现的主要矛盾,采取对应性措施以抑制空间电荷效应、束包络振荡和束心横向运动。所有措施归结到束流输运系统设计上表现为合适的束输运半径和匹配磁场的选取,提出了束流输运磁场配置的一般策略,初步设计了“神龙 -I”直线感应加速器束流输运系统的总体布局.
束流输运 束品质 束心横向运动 总体布局 beam transport beam quality corkscrew motion overall arrangements