高功率脉冲氙灯灯管的性能

研究了惯性约束聚变高功率激光驱动器使用的脉冲氙灯灯管(复合石英灯管和掺铈石英灯管)的光谱性能和抗冲击性能。分别对新复合石英灯管、新掺铈石英灯管、放电14 000发次的复合石英灯管、放电14 000发次的掺铈石英灯管进行了光谱透过率测试和实验对比。结果显示:复合石英灯管和掺铈石英灯管光谱性能都达到了高功率脉冲氙灯灯管的光谱指标,但掺铈石英灯管光谱透过率比复合石英灯管高约1%。对复合石英灯管和掺铈石英灯管进行了成分测试以验证其光谱性能。结果表明:除铈以外,掺铈石英灯管的其他金属杂质含量均低于复合石英灯管,认为其是掺铈石英灯管光谱性能优于复合石英灯管的一个原因。模拟了氙灯的放电运行,分别对复合石英灯管和掺铈石英灯管进行了动态抗冲击性能测试。结果表明,复合石英灯管的抗冲击性能较掺铈石英灯管高约6%。

大功率脉冲氙灯灯管透过率的研究

大功率脉冲氙灯是惯性约束聚变(ICF)装置的核心器件,它的光效直接影响ICF的输出效率,氙灯灯管的透过率是氙灯光效下降的重要原因。在大功率脉冲氙灯运行不同发次后,复合石英灯管透过率会下降。实验选取了脉冲氙灯放电0发次、88发次、2000发次、3000发次、5000发次、8000发次后的复合石英管中部,对这些样品进行光谱透过率测试并加以对比,发现灯管的透过率在88发次到8000发次就趋于稳定,不再明显下降。为找到复合石英灯管透过率下降的原因,特选取放电试验0发次和2000发次的复合石英灯管(灯管中部和靠近阴极部分),进行透过率、X射线衍射、荧光、成分分析测试,分析其中原因:氙灯在运行过程中,复合石英灯管内没有晶体析出,说明透过率下降并不是由于析晶导致的;灯管掺铈层铈离子价态的转变可能是透过率下降的一个原因;电极溅射出较多杂质附着在灯管内壁上,则是导致靠近电极附近灯管透过率下降的另一个原因。

石英光子晶体光纤中高功率中红外超连续谱的产生

非石英光纤在产生大功率超连续谱方面存在难以克服的局限性。本文首次报道了采用石英光纤产生大功率中红外超连续谱。精心设计光纤结构使色散有利于超连续谱向中红外波段展宽,同时保证相对较大的芯径以承受较高的泵浦功率。合理选择光纤长度,在保证光谱展宽到3.4μm的情况下使光纤损耗的影响降低到最小限度。研究表明,在1.95μm皮秒脉冲泵浦下,采用色散适宜的石英光子晶体光纤可以产生20d B带宽覆盖1 550~3 420 nm的超连续谱。超连续谱的平均功率可达56.6 W。

大口径N41型激光钕玻璃的小信号增益

比较了国内外高功率激光钕玻璃的主要性质及发展状态,重点分析了中国科学院上海光学精密机械研究所近年来研制的大口径N41型激光钕玻璃的物理性能及其在400mm口径片状放大器系统中的增益特性。利用优化片状放大器技术方案,测定了N41钕玻璃与N31~42钕玻璃的小信号净增益系数和大口径增益均匀性。实验显示,在相同测试条件下,N41型钕玻璃的某些关键性能参数优于N31型钕玻璃;在相同抽运条件下,N41钕玻璃和N31钕玻璃的平均小信号净增益系数分别达到5.3%和5.16%,远优于神光-Ⅲ主机N31~35钕玻璃的在线测试结果;385mm口径内N41钕玻璃增益均匀性为1.085∶1,N41钕玻璃的包边性能满足装置使用要求。结果表明：新型N41钕玻璃的增益性能较N31钕玻璃有了显著提升,在放大器结构优化的条件下,可满足下一代ICF激光驱动系统的需求。

大口径N31钕玻璃片高增益情况下热性能研究

大口径高通量验证实验平台(以下简称ITB装置)是我国为开展惯性约束聚变(ICF)研究而研制的激光装置,单束输出能量达到了19.6 k J(基频发射波长为1053 nm,脉宽为5 ns)。对大口径N31钕玻璃片在ITB装置400 mm×400 mm单口径片状放大器系统上应用的热特性进行了实验研究,结果表明:在增益系数为5.28%cm^(-1)高增益情况下,整个激光链路热致动态波前畸变峰谷值dPV约为5.3λ,处于变形镜校正范围之内;结合合理设计冷却方案,剩余波前畸变恢复时间约为2.5 h,满足了系统运行发次间隔为4 h的设计要求。

烧结温度对硼硅基质荧光玻璃发光性能影响

采用共烧结法制备了硼硅基质Ce:YAG荧光玻璃,研究了烧结温度在600℃~900℃范围内,Ce:YAG荧光玻璃的发光强度变化和色坐标漂移规律。结果表明,随着烧结温度的升高,Ce:YAG荧光玻璃发光强度先增强后减弱,700℃烧结时,荧光玻璃获得最大发光强度;超过850℃烧结时,荧光玻璃无发光性能;同时,色坐标(x,y)发生漂移,且比相同烧结温度的荧光粉漂移幅度大。通过X射线粉末衍射仪、差示扫描量热分析仪和X射线光电子能谱分析仪测试分析表明:随着烧结温度升高,荧光粉中的Ce^(3+)被玻璃基质氧化成Ce^(4+),玻璃液体腐蚀破坏了荧光粉YAG晶体结构,降低了荧光玻璃的发光强度,从而导致色坐标劣化漂移。

表面改性多孔二氧化硅减反膜的稳定性研究

以正硅酸乙酯为原料,采用溶胶-凝胶法制备SiO2溶胶,通过提拉法涂制多孔SiO2减反膜,并在多孔SiO2减反膜上涂制一层甲基三乙氧基硅烷(MTES)预聚体。通过疏水的MTES预聚体涂制在多孔SiO2减反膜上,对多孔SiO2减反膜的表面进行改性,以提高膜层的环境稳定性。经过表面改性的复合膜层的透过率峰值可达99.67%,折射率为1.231,水接触角达123.6°,在相对湿度为95%的环境中放置475 d后膜层的峰值透过率为99.09%,稳定性提高明显。膜层表面平整,激光损伤阈值约为24.5 J/cm^2。

飞秒激光在不同羟基浓度纯石英玻璃内部诱导缺陷研究

采用飞秒激光脉冲辐照不同羟基浓度的纯石英玻璃,诱导其内部产生缺陷。系统研究了羟基浓度、激光脉宽和激光功率对缺陷类型和浓度的影响。石英玻璃的显微荧光谱、吸收谱和发射谱测试表明,飞秒激光诱导石英玻璃可以产生非桥氧空穴中心(NBOHC)、非弛豫氧空位[ODC(Ⅱ)]和E′心3种缺陷;低羟基浓度石英玻璃易产生ODC(Ⅱ)缺陷,高羟基浓度石英玻璃易产生NBOHC缺陷。用波长为254nm的紫外灯激发飞秒激光辐照后的高羟基浓度石英玻璃可观察到明显的红色荧光(波长为650nm),其发光强度与飞秒激光的脉宽和功率相关,发光强度随激光脉宽的增加先增加后减小,随激光功率的增加先增加后趋于平缓。

N31钕玻璃片状放大器增益特性研究

在惯性约束聚变(ICF)激光驱动器中,片状放大器系统为装置提供超过99%的能量,是装置最重要的系统之一。大口径高通量验证实验平台(ITB)装置是我国为开展ICF研究而研制的激光装置,单束输出能量达到19.6 k J(脉宽5 ns,中心波长1053 nm)。介绍了大口径N31钕玻璃片在ITB装置400 mm单口径片状放大器系统中应用的增益特性。实验结果表明,采用尺寸为810 mm×460 mm×40 mm、Nd3+离子浓度为3.5×1020cm-3的N31钕玻璃片,结合装置片状放大器系统放电回路参数与抽运腔结构参数优化,输出小信号增益系数达到5.28%/cm,增益损耗比为15∶1;360 mm激光光束口径范围内增益均匀性(最大值/平均值)达到1.063∶1。

掺Pr^(3+)氟化物玻璃发光特性研究

采用熔融法制备Pr3+掺杂的50Zr F4-50(Ba F2-YF3-Al F3)-x Pr F3氟化物玻璃,系统研究了其在不同激发条件下的光致发光和闪烁发光性能。测试结果表明,Pr3+位于可见波段、属于f→f跃迁(3P0→3H4、3P0→3H6、3P0→3F2等)的光致发光最佳摩尔分数为0.6%,并且随着Pr3+浓度的增加,486 nm处的荧光寿命从56 ms下降到11 ms,浓度猝灭效应明显;而X射线激发时,最佳发光摩尔分数上升到1.0%。Pr3+位于紫外波段的4f→5d跃迁光致发光强度随着Pr3+浓度的增加一直增强。这是由于4f→5d跃迁能级差大,氟化物声子能量较低,而产生交叉弛豫需要很多声子,故难以发生浓度猝灭效应。当采用X射线激发时,检测到较强486 nm的发光,而未探测到紫外发光。

中红外重金属氧化物玻璃羟基的去除研究进展

重金属氧化物玻璃中—OH的存在对玻璃光学性质产生干扰影响,使玻璃在中红外波段产生较大损耗。玻璃除水是制作中红外玻璃的关键环节。讨论了羟基对重金属氧化物玻璃的光学、光谱学及光纤性质的影响,总结了近年来出现的中红外重金属氧化物玻璃除水方法(反应气氛除水法、鼓泡法、引入氟化物、氯化物除水等),对比分析了不同方法的除水效果和研究进展,对今后中红外重金属氧化物玻璃除水技术的现状与发展趋势进行了概括。

掺钕磷酸盐玻璃的小信号增益性能

测试了应用于神光Ⅱ系列装置93片N31型钕玻璃的小信号增益系数。结果表明,Nd2O3质量分数为2.2%的钕玻璃平均小信号增益系数为0.0387 cm-1,Nd2O3质量分数为3.0%的钕玻璃平均小信号增益系数为0.0416 cm-1,两种浓度的钕玻璃不同样品间小信号增益系数的起伏范围分别为0.86%和0.76%。根据所测定的增益值,表明N31型钕玻璃的增益起伏符合神光Ⅱ系列装置要求,为实现该装置中每一路增益性能的平衡提供了有力保障,也为今后对更大尺寸钕玻璃增益性质的控制提供了经验。

溶胶-凝胶法制备隔板玻璃三层减反膜

以钛酸正丁酯、正硅酸乙酯为前驱体,在薄膜设计软件的辅助下,采用溶胶-凝胶法在K9光学玻璃上制备了λ/4-λ/2-λ/2膜系宽带减反膜。该膜层的光学性能良好,在500~900 nm波长范围内的平均透过率为99.25%,透过率增益随入射角增加而增大,斜入射光入射角从0°增至60°仍能有效覆盖钕玻璃的主吸收峰,此时平均透过率增益从7.2%增至10.2%;在150℃下进行热处理后,膜层具有一定的耐擦拭性能,表面均匀性良好,均方根粗糙度为4.00 nm。

强激光辐照前后钕玻璃中铂金颗粒夹杂物的电子探针显微分析

采用电子探针显微分析(EPMA)技术分析和研究了强激光辐照前后连续熔炼钕玻璃中铂金颗粒的各种形态。强激光辐照后的铂金颗粒夹杂物呈现出3种典型的EPMA形貌,这是铂金颗粒吸收激光能量引起的热应力和蒸气压共同作用的结果,钕玻璃的热力学性质对其形态也有一定影响。对比锆和锡夹杂物的EPMA分布特性可以发现铂、锆、锡被共同包裹的现象。

Ga_2O_3和P_2O_5掺入对碲钡锶铌系玻璃Raman性能的影响

研究了在TeO_2-BaCO_3-SrCO_3-Nb_2O_5(TBSN)玻璃体系中单独引入P_2O_5(TBSN-P)或同时引入P_2O_5和Ga_2O_3对TBSN玻璃的Raman散射和热稳定性的影响。结果表明:TBSN-P体系中,相对Raman散射截面随P_2O_5含量的增加逐渐减小,Raman增益带宽则显著增加;在TBSN-10Ga-P[(7-x)TeO_2-5BaO-5SrO-5Nb_2O_5-10Ga_2O_3-xP_2O_5(x=0,4,8,12,16,20,摩尔比,下同)]与TBSN-16P-Ga-[(69-y)TeO_2-5BaO-5SrO-5Nb_2O_5-16P_2O_5-yGa_2O_3(y=0,2,4,6,8,10)]系列中,Ga_2O_3的存在使得350～1250 cm^(-1)的整体谱形更加平坦,但Raman增益带宽和相对Raman散射截面均有所下降。计算了各玻璃样品的Raman增益系数和增益带宽,发现TBSN-4P玻璃具有最大的Raman增益系数(8.70×10^(-12)m/W),TBSN-24P玻璃具有最大Raman增益带宽(621 cm^(-1)),分别为熔石英玻璃的45倍和2.95倍。对玻璃的热稳定性研究表明,在TBSN-P体系中,P_2O_5的引入可以使玻璃的热稳定性能显著提高,而在Ga_2O_3与P_2O_5同时被引入时,Ga_2O_3含量的增加会导致玻璃的热稳定性变差。

Yb^(3+)掺杂铋酸盐玻璃的发光特性

研究了Yb^(3+)掺杂铋酸盐玻璃的发光特性参数,讨论了Yb^(2+)、Bi^(3+)等缺陷淬灭中心与Yb^(3+)之间的能量转移。对于已优化的基质组成,在荧光寿命没有大幅下降的前提下,玻璃中Yb^(3+)近红外波段的发射截面明显增大,吸收截面减小,激光增益能力和饱和抽运强度均得到提高。采用有效的除羟基工艺,玻璃中不会产生比磷酸盐玻璃中更为严重的Yb^(3+)发光淬灭效应,但铋酸盐玻璃中还可能存在Yb^(2+)、Bi^(3+)等价态不稳定的缺陷淬灭中心。

Tm_2O_3掺杂浓度对锗酸盐玻璃热稳定性及光谱性质的影响

用高温熔融法制备了Tm_2O_3掺杂的55GeO_2-15PbO-5PbF_2-10BaO-10ZnO-5K_2O锗酸盐玻璃,测试了该玻璃的热稳定性和结构,得到其热稳定性参数大于180℃。通过红外光谱测试了该玻璃的羟基含量,得到羟基吸收系数小于0.51cm^(-1)。测试了不同Tm_2O_3掺杂浓度下样品的吸收光谱和荧光光谱。研究结果表明,随着Tm_2O_3质量分数的增加,Tm^(3+)之间的交叉弛豫速率增大。当Tm_2O_3的质量分数为5%时,1880nm处的荧光强度最强,~3F_4到~3H_6能级跃迁的峰值发射截面高达5.84×10^(-21) cm^2。

不同熔制气氛对低熔点锡氟磷酸盐玻璃的光谱性能和结构的影响

采用传统高温熔融法在氮气、空气、氧气等不同气氛条件下制备了转变温度较低的40SnF2–30SnO–30P2O5（SSP）玻璃,系统地研究了不同气氛条件对其光谱性能和和结构的影响。结果表明：随着制备气氛氧含量的改变,SSP玻璃的紫外吸收边和激发光谱发生红移,其发光强度逐渐减低,部分Sn^2＋被氧化成Sn^4＋,玻璃中Sn^4＋含量逐渐增多,并且随着更多的氧进入玻璃参与成键,使得玻璃中Q^2基团中P—O键增多。