基于啁啾极化晶体的中红外上转换成像研究

将物体辐射或反射的中红外波段光转换到可见光区域、再利用高性能的硅基器件探测是一种有效的目标识别手段,规避了传统半导体中红外探测器在灵敏度、深制冷和噪声等性能方面的不足。文中利用啁啾极化的非线性晶体,在强连续泵浦光作用下,将中红外波段的光场信息高效、高保真地迁移到可见光域进行探测。通过建立简单的物理模型,理论上讨论了啁啾极化晶体参数对上转换成像性能的影响,并进行了数值仿真;通过实验进一步研究了啁啾晶体上转换方法在转换带宽、成像视场等成像关键参数上的优势,实验结果与理论计算值吻合较好。通过上转换方法,演示了相干光与非相干光照明条件下目标探测,实现了相干光照明下的光学边缘增强成像和非相干照明下的热辐射目标识别。这一工作对基于啁啾晶体的上转换成像系统的理解、设计和实际应用具有重要参考价值。

全固态瓦级388 nm紫外连续激光器

采用自行研制的776.9 nm半导体激光器作为种子源,经过锥形半导体放大器并整形后得到2.3 W的基频光,再利用Ⅰ类相位匹配的三硼酸锂晶体和蝶形倍频腔产生了388.4 nm紫外连续激光。分析了锥形放大器中热透镜效应对光束质量的影响,并通过透镜、柱面镜、棱镜对光束进行整形,提高了倍频腔的输入耦合效率。进一步通过优化倍频腔的束腰尺寸和腔参数,提高了紫外激光二次谐波的转换效率。最终2.3 W的基频光产生940 mW的紫外倍频光输出,倍频效率达到41%。

铁电向列相液晶的研究进展

铁电性是电介质具备的一种自发极化状态,普遍发现于对称性较低的晶(固)体材料体系。流体或高流动性软物质材料通常呈现高对称性,因而与铁电性的要求是相违背的。引入强极性或者铁电性是液晶新材料领域备受关注的策略,对开发新型柔性光电器件具有重要意义,在液晶乃至软物质流体材料中一直充满挑战性。相比于传统的液晶和软物质材料,铁电向列相液晶具备多种变革性性质,包括超高介电常数、强非线性光学响应、低电压驱动以及高流动性等,为开发新型先进的柔性光学和电学器件提供了新的可能性。本文介绍了铁电向列相液晶的发展历史,重点阐述了铁电向列相液晶与分子结构之间的关系、物理拓扑结构及特征物性,总结并展望了铁电向列相液晶的未来应用前景,尤其是在新型存储设备、柔性高端光电子器件、非线性光学等领域具有巨大潜力。

铌酸锂薄膜波导上二次谐波产生中的色散分析

基于绝缘体上铌酸锂平台,设计了周期极化的铌酸锂薄膜波导结构,利用铌酸锂良好的非线性性质并结合灵活的相位匹配方案,分析了结构色散对极化周期的影响。此外,借助波导模式有效折射率随温度变化的不同,通过改变材料温度,有效扩展了频率转换的带宽,实现了1.5~1.6μm范围内的倍频,最终获得562%的归一化转换效率,为芯片光子学参量转换的进一步研究提供了理论基础。

亚波长铌酸锂薄膜导模共振结构设计及二次谐波转化效率优化

基于亚波长铌酸锂薄膜刻蚀导模共振超表面结构,理论模拟了超表面结构的光学响应特性,探讨了刻蚀微纳结构的周期、填充因子和刻蚀深度等参量对透射光谱的影响,同时研究了不同偏振态和入射角度的光源对光谱线宽的作用;利用非对称的光栅结构设计,使连续谱中的束缚态(bound states in the continuum,BIC)衰退为高Q值(>10000)的准BIC模式;利用束缚态的局域场增强效应,将亚波长铌酸锂薄膜的二次谐波转化效率提升了5个数量级.模拟结果表明,当入射基频波的峰值功率密度在约1 GW/cm2量级时,可实现紫外波段二次谐波高效转化,即单次穿过亚波长铌酸锂薄膜后,出射的紫外波段二次谐波转化效率高达10–3量级.这为提升微纳结构、光学表界面体系的非线性响应特性提供了思路和设计方案.

国内高速列车气动噪声研究进展概述

随着运行速度的提升,气动噪声逐渐成为高速列车最主要的噪声源,并极有可能成为新设计高速列车的一个技术瓶颈。开展高速列车气动噪声研究,明晰高速列车气动噪声机理与规律,发展低噪声高速列车外形设计对更高速度级的高速列车研发具有重要意义。本文主要对自2010年以来国内进行的高速列车气动噪声研究进行梳理总结。首先详细介绍了高速列车气动噪声研究采用的一系列方法,主要从实车试验、风洞实验以及数值模拟方法三个方面展开。在掌握高速列车气动噪声研究方法的基础上,进而探讨了当前高速列车气动噪声研究的现状,重点就高速列车气动噪声源识别、主要噪声源机理与特性、噪声源优化等方向进行了阐述,并明确了当前研究获得的一些主要结论。最后简要探讨了高速列车气动噪声未来可能的研究方向。

ICF驱动器长脉冲下三倍频晶体中的横向受激拉曼散射

ICF驱动器在脉宽为3ns的长脉冲条件下运行时,三倍频晶体中的横向受激拉曼散射效应将比短脉冲条件下的效应更为显著。针对长脉冲运行时,KDP晶体和KD P晶体产生的横向受激拉曼散射光对晶体的危害性作了对比分析,并研究了横向受激拉曼散射效应与增益系数之间的关系,为选择何种晶体作为三倍频晶体提供了理论依据。

瓦级319 nm单频连续紫外激光的实现及铯原子单光子Rydberg激发

结合光纤激光器、光纤放大器和非线性光学高效频率转换技术及准位相匹配材料,服务于原子物理领域铯原子单光子跃迁里德堡激发的实际需求,研究并掌握了产生318.6nm波长连续单频紫外激光的关键技术。采用1560.5nm与1076.9nm连续激光先通过单次穿过PPLN非线性晶体和频,再经腔增强谐振倍频过程高效地产生了输出功率大于2W的318.6nm紫外激光,半小时内,光功率的方均根起伏优于0.87%。采用电子学边带锁频方案,实现了整个紫外激光系统在保持相对于高精细度超稳腔锁定条件下较大范围连续调谐,其连续调谐范围大于4GHz,残余频率起伏约16kHz。采用本文研制的高功率窄线宽可调谐318.6nm紫外激光系统,在铯热原子气室中实现了6S1/2→nP3/2(n=70~100)的单光子跃迁里德堡激发,并对相关现象作了相关的理论分析与研究。采用纯光学探测方案观察到了318.6nm紫外激光对磁光阱中铯冷原子系综的单光子跃迁里德堡激发。

夹持方式对KDP晶体三倍频转换效率的影响

针对压条固定方式、粘胶固定方式和全外围夹持方式进行理论建模和数值计算分析,并讨论了不同夹持方式的优缺点及其对KDP晶体面形和三倍频转换效率的影响。研究结果表明:晶体面形形变对高斯光束三倍频转换效率的影响明显小于平面波时的情况。当入射基频光光强为6GW.cm-2时,对于平面波的情况,压条固定方式、粘胶固定方式和全外围夹持方式3种夹持方式相对于不考虑夹持作用时的三倍频转换效率分别减小7.5%,9.0%和7.2%;对于高斯光束的情况,三倍频转换效率分别减小了1.3%,1.0%和1.5%。

高强度三倍频近场测量实验与模拟计算的误差分析

测量了高强度三倍频实验的 1ω光和 3ω光的近场光束质量 ,将测量和模拟计算所得到 3ω光近场光束质量作了对比 ,重点对模拟计算得到的 3ω光近场光束质量所存在的误差进行了探讨 ,分析了现有的模拟计算程序中还未考虑到的影响 3ω光光束质量的主要因素 ,建议在以后的模拟计算程序中再进行优化设计 ,并讨论了改善

强紫外激光在空气中长程传输受激旋转拉曼散射效应

采用瞬态受激旋转拉曼散射(SRRS)模型,详细考虑了激光脉冲波形、介质的非线性极化、泵浦光的衰减、斯托克斯光的非线性放大以及拉曼线宽等诸多因素,对强紫外激光束在空气中长程传输过程产生的SRRS效应进行了研究。讨论了产生SRRS效应的阈值条件,详细分析了SRRS效应对激光光束质量的影响。

高通量条件下KDP晶体三倍频参数的优化

采用四阶龙格－库塔（Ｒ－Ｋ）数值计算方法，以Ⅰ／Ⅱ角度失谐和Ⅱ／Ⅱ偏振失配两种三倍频方案为例，给出了入射基频光为平面方波，功率密度５ＧＷ／ｃｍ２的情况下，ＫＤＰ晶体三倍频参数的优化结果。

晶体级联方式的宽带三倍频方案分析

讨论了入射基频光频谱宽度、两块和频晶体失谐角对KDP晶体Ⅰ/Ⅱ/Ⅱ类角度失谐级联方式的三倍频光功率谱分布的影响,分析了影响三倍频效率的因素。研究结果表明,第二块和频晶体得到的三倍频光的功率谱分布与基频光功率谱分布及失谐角有关,三倍频光频谱宽度近似为基频光的3倍,采用该方案的三倍频可有效抑制由于基频光时间相位调制导致的三倍频光强随时间分布的不均匀,并能有效提高大带宽条件下的三倍频转换效率。同时,采用该方案的三倍频,对级联的两块和频晶体厚度及失谐角调整精度要求不高,在实验上有很大的可操作性。

高强度三次谐波转换对光束质量的影响

分别利用光强对比度和功率谱密度作为激光束的振幅调制和位相畸变的定量描述参量 ,研究了在高功率条件下 ,三次谐波转换过程对激光光束质量的影响 。

时间位相调制对高强度三次谐波转换的影响

在惯性约束聚变研究中 ,为了利用光谱色散进行光束匀滑以及抑制KDP晶体等大口径光学元件中的横向受激布里渊散射 ,通常需要对激光脉冲进行时间位相调制 详细讨论了高功率条件下KDP晶体Ⅰ /Ⅱ角度失谐三倍频方案中 ,时间位相调制对三次谐波转换效率和脉冲频谱的影响 研究结果表明 。

热辐射波在介质内的散射机理

从偶极子辐射理论出发导出了热辐射在介质内散射强度的一般表达式,确定了影响热辐射散射强度的主要因素．研究表明：入射辐射频率、阻尼振子的振幅等对介质的反射率、吸收率、透射率等热辐射特性具有决定性的影响．

晶体角度跟随三倍频效率控制技术

基于推导的倍频晶体匹配角与温度关系的理论分析,揭示了温度对频率转换过程影响的热光物理机制。数值模拟了频率转换过程中二倍频与三倍频晶体的匹配角热敏感性。由于不同晶体材料热敏感性的差异性,实验获得了激光装置中所用晶体材料的匹配角随温度变化的关系曲线。理论分析了不同输入功率密度情况下匹配角失谐对三倍频过程的影响,并在线验证了温度变化导致匹配角失谐,进而引起三倍频转换效率的下降。根据实验获得的晶体匹配角的热敏感性参数,提出利用晶体角度跟随方法进行三倍频转换效率补偿,实现了三倍频能量的稳定输出。

X光Gabor波带片编码成像技术实验研究

基于星光II实验装置进行了Gabor波带片编码成像探索性实验研究。采用束匀滑光斑三倍频激光打靶,辐照专门设计的CH埋金属条靶(共两种),产生了有明确形状、边缘清晰的等离子体。研制了专门的Gabor波带片编码相机,并利用该相机采用单张胶片对不同的靶目标在不同的深度层次上曝光的技术,获得了具有深度层次信息的三维激光等离子体编码像。利用数值重建技术对实验所获得的图像解码,最终获得了在不同深度层次上的激光等离子体信息。

大口径KDP晶体角度相位匹配离线测量精度研究

为满足惯性约束聚变(ICF)实验对激光驱动器高效三倍频能力的要求,对离线测量晶体角度相位匹配方案进行了优化。采取的主要优化措施是:提高晶体准直技术能力;降低模拟小口径激光输出变化对测量不稳定性的影响。通过理论分析和对实际测量结果的系统分析,得到了晶体离线测量的不确定度:其中二倍频相位匹配角测量扩展不确定度为15.94μrad,三倍频相位匹配角测量扩展不确定度为27.8μrad,达到了较高的晶体离线测量精度要求。

晶体级联方式宽带三倍频方案的参数优化

针对时间位相调制的宽带激光,采用分步离散傅里叶变换及四阶龙格-库塔算法进行数值模拟计算.讨论了采用KDP晶体级联方式时,入射基频光的光强、带宽以及晶体厚度对三倍频转换效率的影响.对采用一块Ⅰ类二倍频晶体、一块Ⅱ类和一块Ⅰ类双混频晶体的级联宽带三倍频方式进行了晶体参数的优化.研究结果表明,使用两块级联的KDP晶体作为混频晶体,不仅能有效地提高带宽较宽条件下三倍频光的转换效率,还可以显著增大宽带三倍频的动态范围.经优化后,带宽1.11 nm时入射基频光强在3～8 GW/cm2范围内的三倍频转换效率可保持在60%～70%,比采用单倍频单混频方案时增大了30%～40%.