连铸初始凝固传热系数的测定

本文建立了一套热模拟试验方法，获得了初始凝固过程３Ｓ之内的坯壳；提出了考虑固液界面热流的等效凝固潜热计算方法．并据此用一维凝固传热解析法计算出了初始凝固过程的热流分布和传热系数分布，比较和探讨了热顶结晶器材质对初始凝固传热的作用．

基于Fe^2＋：ZnSe粉末的4．45μm中红外随机激光

利用Fe^(2+):ZnSe微米粉末产生了4. 45μm的中红外随机激光。通过气相热扩散法制备了Fe^(2+)离子掺杂的ZnSe多晶块体,将制得的块体研磨成尺寸在10～50μm的微米粉末。X射线衍射(XRD)结果表明这些Fe^(2+):ZnSe粉末具有与ZnSe块体相同的立方闪锌矿结构,Fe^(2+)离子的引入没有改变ZnSe的晶体结构。在2. 94μm的脉冲激光泵浦下,研究了室温下Fe^(2+):ZnSe粉末的光致发光特性和发光脉冲的时间特性。随着泵浦能量增加,光谱发光强度发生跃变,光谱线宽从500 nm减小到50 nm,脉冲时间从270 ns减小到50 ns。当泵浦能量高于2 m J/pulse的阈值时,观察到中心波长4. 45μm的中红外随机激光。这种中红外随机激光器在红外标记、光通信、分子光谱测量等领域有很好的应用前景。

基于Fe2+:ZnSe微米粉末嵌入ZBLAN玻璃的4.32μm中红外随机激光

在室温下制备了基于Fe^2+:ZnSe微米粉末嵌入ZBLAN(ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF)玻璃的中红外随机激光器,随机激光的中心波长约为4.32μm。Fe^2+:ZnSe微米粉末的平均晶粒尺寸为3.54μm,XRD结果表明Fe^2+:ZnSe微米粉末为立方闪锌矿结构。在2.94μm纳秒脉冲激光泵浦下,随机激光的阈值为557.89mJ/cm^2。随着泵浦能量的增加,随机激光多纵模的特点也随之出现。泵浦能量超过阈值后,随机激光的光谱线宽为10nm,脉冲宽度为50ns。这项工作为获得稳定的中红外激光源提供了一种简单而经济的方法,将粉末嵌入固体基质中可以对粉末起到稳定的作用,这种方法在制备中红外光子器件和光纤激光器上具有潜在前景。

高压调控手性二维钙钛矿光学性质

手性二维钙钛矿是一类具有非中心对称结构的低维钙钛矿材料,兼具低维钙钛矿和手性材料的优点,可用于产生非线性光学效应。通过高压技术可以实现低维钙钛矿各种光学性质的调控,然而目前对手性二维钙钛矿高压光学性质,特别是高压下非线性光学效应的研究则鲜有报道。利用金刚石对顶砧技术研究了高压对手性二维钙钛矿材料(R-,S-)ClPEA2PbI4的PL光谱、吸收光谱和二次谐波效应的影响。结果表明,随着压强的增大,材料的PL光谱强度先增大到1 GPa的峰值,随后逐渐减弱直至6 GPa左右消失,同时峰值波长507 nm红移到568 nm。高压吸收谱表明手性钙钛矿在6 GPa附近吸收边存在突变。高压下激光二次谐波信号强度随压强的增大而逐渐减小,在6 GPa附近明显减弱。这些结果表明高压是一种调控二维手性钙钛矿光学性质的有效手段,对其未来在发光和近红外频率转换等器件中的应用提供了基础。

光束质量对平顶衍射光学元件输出的影响

衍射光学元件(DOE)对入射光束的波长、束宽、光束质量等参数都有很高的要求,其中光束质量的影响无法直接通过相干光场的衍射积分得出。本文利用高斯谢尔模型(GSM)光束分析了光束质量对平顶衍射光学元件输出的影响。采用对称迭代傅里叶变换算法设计了输出平顶光斑的DOE。用模式分解的方法研究了不同光束质量的光束经该DOE后的输出光斑,发现光束质量因子增加会使输出光斑平顶区尺寸减小,导致DOE失效。从交叉谱密度出发,表明DOE的输出光斑是相干部分和非相干部分的卷积,其中非相干部分是导致输出光斑劣化的原因。给出了平顶衍射光学元件适用的最大M^(2)因子与输入和输出光束尺寸之间的关系。给出了一种GSM光束整形DOE的设计方法,该方法有助于在低光束质量激光器中实现DOE的应用。

高压下Cr2+:ZnSe的光学和力学性能

ZnSe是Ⅱ-Ⅵ族重要的半导体材料,在常温常压下是闪锌矿结构,在高压下会发生相变转变为岩盐矿结构。将过渡金属离子掺杂在ZnSe晶体中可以有效获得中红外区域的激光增益介质和光电材料。主要研究了高压对Cr^2+掺杂ZnSe半导体材料性质的影响。基于密度泛函理论的第一性原理,计算了掺杂剂(Cr^2+)的引入对ZnSe相变压强的影响,以及高压环境下ZnSe和Cr^2+:ZnSe晶体的电子结构、光学性能和力学性能的变化。Cr^2+掺杂降低了ZnSe从闪锌矿到岩盐矿结构的相变压强,并且掺杂浓度越高,相变压强越低。分析了ZnSe和Cr^2+:ZnSe的电子结构和光学性能,高压下晶体由半导体性质转变为金属性质。环境压力和高压下计算得到的弹性常数均满足稳定性条件,验证了晶体结构的机械稳定性。同时,高压下晶体较大的体积模量、剪切模量和杨氏模量说明岩盐矿结构具有更大的硬度和更高的稳定性。

基于微透镜阵列的大功率紫外激光匀化技术

应用于激光剥离、激光退火、激光转移等领域的大功率纳秒紫外激光器的输出激光通常是强度分布不均匀的部分相干光,为满足精密加工的高均匀度要求,开展了基于成像型微透镜阵列的紫外激光匀化技术研究。利用伪模分解理论和角谱衍射传输算法,建立了快速计算部分相干光通过微透镜阵列匀化系统的数值模型,并以准分子激光为仿真光源,通过对离焦量、阵列间距等参数的分析,确定了最佳设计参数,实现了边缘锐利的高均匀度方形光束输出。此外,详细讨论了微透镜阵列失调对光束形貌和均匀度的影响,并通过实验说明了理论设计的可靠性和参数影响分析的准确性。

改进的带限缩放角谱法在长距离衍射计算的应用

针对角谱法在远距离衍射计算时的失真问题,分析其原因为有效频谱成分减少和频谱混叠造成的计算误差。结合带限角谱法的频域采样特性,对缩放角谱法进行了改进,并应用于大尺寸方形长焦透镜、圆形轴锥透镜和平顶光束衍射光学元件的衍射场分布计算。结果表明,相较于原始的带限角谱法和缩放角谱法,改进算法获得的衍射场分辨率更高且不存在边缘失真现象,在大尺寸口径、长距离、小衍射场精确计算方面具有重要的应用潜力。