355 nm和1064 nm激光辐照下DKDP晶体的表面损伤特性

利用Nd:YAG激光器研究了DKDP晶体元件在激光辐照下的表面损伤特性,对比研究了355 nm和1064 nm激光辐照下晶体元件的表面损伤形貌,分析了每种损伤形貌对应的前驱体和损伤机制。研究结果表明:相对于体损伤,晶体的表面损伤更加复杂,在脉宽约10 ns、损伤概率小于等于50%的激光能量密度辐照下,DKDP晶体的表面损伤主要有带坑底空腔损伤坑、表面损伤裂纹、平底损伤坑、表面烧蚀四种典型形貌。通过光学显微镜和扫描电子显微镜的成像和分析发现:带坑底空腔损伤坑和表面损伤裂纹的前驱体都是晶体体缺陷,平底损伤坑的前驱体则可能是表面加工裂纹、裂纹内碎屑、表层体缺陷等中的一种或多种,表面烧蚀主要由表面污染和浅表层缺陷形成。与熔石英光学元件一样,表面损伤仍然是晶体元件抗激光辐照损伤的薄弱环节。

二值振幅型远场超分辨消色差聚焦器件研究

具有远场超分辨聚焦特性、消色差、小尺寸和易加工的光学聚焦器件在光学成像、光学显微和光刻等领域具有巨大应用潜力.本文提出了一种基于光学超振荡基本原理,结合角谱衍射理论和二进制粒子群算法的二值振幅型远场超分辨消色差聚焦器件设计方法.为了验证所提出设计方法,首先针对波长λ_(1)=405 nm,λ_(2)=532 nm和λ_(3)=632.8 nm的径向偏振光对二值振幅型远场超分辨聚焦器件振幅进行优化设计,再对三者振幅分布进行逻辑“与”操作,使其同时含有3个工作波长远场超分辨聚焦的振幅分布信息.仿真结果表明:在3个波长入射条件下相应的峰值半高全宽分别为0.441λ_(1) (0.179μm),0.469λ_(2 )(0.249μm)和0.427λ_(3) (0.270μm),低于阿贝衍射极限,实现了远场超分辨消色差聚焦,且同时聚焦较小的旁瓣比率(<15%).此类器件具有易加工、消色差和超分辨等优点,适用于光学系统微型化、集成化.所提出的设计方法可拓展至其他光学波段,并为相关光学研究领域提供核心聚焦器件.

电化学富集-激光诱导击穿光谱(LIBS)法测定水中铀元素

为改善激光诱导击穿光谱技术(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)检测液体样品时遇到的液体飞溅、等离子体猝灭和稳定性差的问题,结合电化学富集方法,以KCl为电解质,石墨棒为阴极,开展了水中铀(U)元素的LIBS检测研究。选择UⅡ367.007 nm、UⅡ409.013 nm作为分析对象进行定量分析,着重研究了富集电压、KCl质量浓度、激光脉冲能量、激发方式等对铀元素特征谱线强度的影响规律,并通过扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析(EDS)对石墨棒表面吸附元素的空间分布进行了分析。结果表明,最佳富集电压为1.6 V,适当的电解质KCl质量浓度可以提高铀元素的富集效率和富集均匀性,提高激光脉冲能量与采用光电双脉冲激发方式能增强铀元素特征谱线的强度并提高信噪比。在光电双脉冲激发下,对水中铀元素进行了定量分析,获得UⅡ367.007 nm、UⅡ409.013 nm的检测下限分别为25.89和15.00μg/L,相关系数均大于0.98。方法可为水体中放射性核素含量调查、生活饮用水铀污染现状以及核工业含铀废水监测等场景提供技术支持。

中心不重合径向剪切干涉迭代波前重构算法仿真分析

径向剪切干涉测量时经常会出现扩束与缩束光波中心不重合情况,传统波前重构算法会导致较大重构误差,其应用受到挑战。推导了中心不重合径向剪切干涉迭代波前重构算法,仿真分析了组合像差、单阶Zernike像差、中心偏移量大小及其计算误差对重构算法的影响。结果表明,在剪切光波中心不重合情况下,该文算法能够准确进行波前重构,重构效果显著优于传统算法;在论文仿真条件下,随着中心偏移量的增大,本文算法重构波面均方根误差(RMS)不高于0.05λ,而传统算法重构误差RMS值达1.6λ且与偏移量近似线性相关。

成型压力和脱模剂添加量对FeNiMo磁粉芯磁导率和损耗的影响

采用溶胶-凝胶法实现对FeNiMo的SiO_(2)绝缘包覆后制备磁粉芯,考察了硬脂酸锌脱模剂和粉芯成型压力对粉芯磁导率和功率损耗的影响。结果表明,在100 mT/100 kHz条件下,脱模剂的添加对粉芯的磁滞损耗影响较小,对涡流损耗的影响较大。添加适量的硬脂酸锌可提高粉芯的密度和电阻率。随着成型压力增大,粉芯密度逐渐增大,电阻率逐渐降低,导致涡流损耗显著增高。对于不同压力成型的样品,总损耗主要来源于磁滞损耗,这主要由粉芯的矫顽力所决定的。经过优化后的硬脂酸锌添加量为0.25 wt%,成型压力为10 MPa,对应的有效磁导率和总损耗分别为56.8和709.7 kW/m^(3)(100 mT/100 kHz)。相比于其它的SiO_(2)包覆的磁粉芯,经过本实验优化的脱模剂添加量和成型压力制备的FeNiMo粉芯,具有更高的有效磁导率和更低的总损耗。

铀元素的激光诱导击穿光谱测量分析

为促进LIBS技术在微量重金属元素检测以及核污染检测领域的应用,提高检测灵敏度和准确性,采用了激光双脉冲LIBS技术和光电双脉冲LIBS技术,分别对土壤和二氧化硅中的铀元素进行分析。首先,对激光脉冲能量、电压和采集延时等参数进行优化,提高铀元素特征谱线的强度和信噪比;然后在优化实验参数条件下,对含不同浓度铀元素的土壤样品和二氧化硅样品进行激发;选取UII 367.01 nm、UII 454.36 nm两条铀元素的特征谱线作为分析线,通过铀元素浓度与特征谱线强度的线性关系,建立定标曲线。双脉冲激光激发条件为:激光脉冲1作为预脉冲,主要参数为1064 nm,90 mJ,9.2 ns,激光脉冲2作为再加热脉冲,主要参数为355 nm,50 mJ,8 ns,两个脉冲的时间间隔800 ns,光谱采集相对第二个脉冲延时1μs,得到铀元素在土壤和二氧化硅两种样品中的浓度检测下限分别为572和110 mg·kg^(-1),拟合优度值R 2分别为0.958和0.999。在光电双脉冲激发条件下,激光脉冲作为预脉冲,主要参数为355 nm,50 mJ,8 ns,高压电脉冲作为再加热脉冲,主要参数为3900 V、方波、脉宽50μs,两个脉冲的时间间隔1μs,得到铀元素在土壤和二氧化硅两种样品中的浓度检测限分别为108和64 mg·kg^(-1),拟合优度值R 2分别为0.991和0.997。研究结果表明:在相同激发条件下,铀元素的特征谱线存在明显的基体效应,在二氧化硅样品中具有更高的光谱强度、更低的检测限和更高的拟合优度值;相比于激光双脉冲,光电双脉冲能显著增强铀元素特征谱线的强度、稳定性和提高信噪比,且光电双脉冲系统的光路更简单,这对于LIBS技术的发展以及应用具有重要参考意义。该研究方法和研究结果可为土壤重金属污染检测、核泄漏时土壤和气溶胶的应急监测提供技术支持。

基于激光诱导击穿光谱的基体效应

为分析和改善激光诱导击穿光谱技术(LIBS)在定量分析土壤和大米中镉(Cd)元素含量时基体效应对分析结果的影响,以CdⅡ226.502 nm谱线为分析对象,对比研究了基体种类、KCl质量分数和激发方式等对CdⅡ226.502 nm谱线强度和定量分析结果的影响规律。研究结果表明:基体主成分的化学形态和电离能是产生基体效应的主要因素,KCl作为添加剂能明显改善大米中CdⅡ226.502 nm的谱线强度,光电双脉冲激发能显著增强基体中CdⅡ226.502 nm的谱线强度、稳定性并提高信噪比。与单激光脉冲激发方式相比,在光电双脉冲激发下,SiO_(2)、土壤和大米三种基体中CdⅡ226.502 nm的检测下限分别从372、332和2874 mg·kg^(−1)降低到42、72和37 mg·kg^(−1)。

黄连、附片和茯苓内铜元素激光诱导击穿光谱分析

为了验证激光诱导击穿光谱技术对中药内重金属铜元素检测的可行性,以黄连、附片、茯苓作为检测对象,分别为其配制了一系列浓度不同的含铜样品。采用1 064 nm的纳秒脉冲激光器作为激发光源,八通道光谱仪进行光谱采集。选用Cu 324.7 nm作为特征谱线进行分析,实验确定最佳延迟时间为0.5μs。根据黄连、附片、茯苓的不同基体情况分别选取适当内标参量进行定量分析,所得线性拟合度分别为0.986,0.931,0.975,并与直接定标所得结果进行了对比。实验结果表明,内标法可提升拟合精度,激光诱导击穿光谱技术可用于中药重金属铜元素污染的快速检测。

飞秒激光刻写1×4铌酸锂光波导功分器的研究

采用一种以五次幂函数为基础所设计的1×4光波导功分器路径,利用中心波长为800nm、重复频率为75MHz的飞秒脉冲激光为光源,通过控制三位电动平移台,在Z切割铌酸锂晶体进行横向扫描此路径,在激光功率为270mW和扫描速度为0.05mm/s下,制备出1×4光波导功分器,分析了改变扫描速度和扫描次数对波导形成的影响,以及波导形成的原因.实验结果表明:在强激光的各种参量一定时,扫描速度越小,扫描次数越多,波导线宽越大,扫描速度在一定范围内时,波导损耗较低.

激光惯性约束聚变动理学效应研究进展

动理学效应的研究是近年来激光惯性约束聚变领域的研究热点,有助于理解实验结果和传统流体模拟之间的偏差。间接驱动黑腔中等离子体的温度、密度跨越多个量级且靶丸组分复杂,在局域的高温低密度区域,粒子的非平衡效应开始变得显著,可能会间接影响内爆性能。对ICF领域动理学效应的概念和部分进展做了简要综述。

黄连中Pb的激光诱导击穿光谱测量分析

黄连是一种清热解毒的传统中药,在生长过程中对重金属元素有较强的富集作用。为了能够对中药内重金属元素进行快速鉴别,以铅元素(Pb)为例,采用激光诱导击穿光谱技术(LIBS)对其进行检测。实验以Nd:YAG固体脉冲激光器作为激发光源,八通道光谱仪进行光谱采集,选用特征谱线Pb 405.7 nm进行分析,得到了实验条件下的最佳激光能量为60 m J,最佳延迟时间为1μs。对6种不同浓度的样品在最佳实验条件下进行定量分析,拟合出光谱强度和浓度的定标曲线,线性拟合度R2=0.976。计算出检测限为0.19%。通过实验结果可得出结论 :LIBS可用于黄连Pb污染的快速判定,对于中药材重金属污染快速检测有极大潜力。

多波长辐照下熔石英光学元件的损伤及损伤增长

对比研究了基频、二倍频和三倍频激光单独和同时辐照下熔石英光学元件的初始损伤和损伤增长规律,重点研究了基频和二倍频的加入对三倍频诱导初始损伤和损伤增长的影响,分析了基频和二倍频相对于三倍频的折算因子。研究结果表明:当基频和二倍频能量密度较低时,它们对三倍频损伤几率曲线的影响可以忽略,但会引起损伤程度的增加;在多波长同时辐照的损伤增长中,损伤增长阈值主要取决于三倍频的能量密度,而损伤增长系数与总的能量密度有关;折算因子可以同时反映初始损伤和损伤增长的波长效应和波长间的能量耦合效应。

热压改性电纺聚偏氟乙烯隔膜研究

采用静电纺丝方法制备聚偏氟乙烯(PVDF)锂离子电池隔膜,将其热压处理,探讨纤维直径、热压处理参数对隔膜力学性能、孔隙率和吸液率的影响。结果表明:在145℃、0.04MPa的条件下热压处理2h,直径约为800nm的隔膜拉伸强度为16.6MPa,孔隙率为18.9%,吸液率为260.7%;纤维直径在200~800nm的隔膜,直径越大,孔隙率越大,吸液率也越大。

纳米晶Al的快中子辐照效应研究

采用真空热压技术将自悬浮定向流法制得的纳米Al粉压制成平均晶粒尺寸约为120nm的块体,并对其进行了注量为1.9×10^12-7.2×10^14 cm^-2的快中子（E〉1 MeV）辐照。通过X射线衍射（XRD）分析、扫描电子显微镜与能谱（SEM-EDS）分析和显微硬度测试研究了快中子辐照对纳米晶Al的微观结构和显微硬度的影响。研究结果表明：快中子辐照同时造成了纳米晶Al的平均晶粒尺寸增大和显微硬度提高。随快中子辐照注量的增大,纳米晶Al的平均晶粒尺寸和显微硬度分别增大了2.09%-9.09%和3.54%-4.37%。纳米晶Al的平均晶粒尺寸的增长率随快中子注量的增加而增大。

基于氧化铟锡的十重偏芯D型光子准晶光纤的高灵敏度表面等离子体共振传感器

设计并分析了一种高灵敏度表面等离子体共振(SPR)传感器,该传感器由偏芯D型结构的十重光子准晶光纤(PQF)组成,并局部涂覆氧化铟锡(ITO)。偏芯D型结构可以使液体分析更加方便,增强了纤芯模与SPP模之间的耦合,提高了传感灵敏度。采用有限元法对传感器的特性进行研究。结果表明,传感器的波长灵敏度随折射率(RIs)的增大而增大,最大波长灵敏度和分辨率分别为60000 nm/RIU和1.67×10^(−6) RIU。该传感器性能优良,在液体折射率测量方面具有很大的应用潜力。

多波长激光同时辐照下熔石英元件的损伤研究

对比研究了3ω单独辐照、3ω+2ω和3ω+1ω双波长同时辐照下熔石英元件的初始损伤和损伤增长规律,重点研究3ω能量密度在其阈值附近时,低能量密度的2ω和1ω对初始损伤和损伤增长的影响,分析了波长间的能量耦合效应。结果表明:双波长同时辐照下,当2ω和1ω能量密度远低于其自身阈值时,它们对初始损伤几率和损伤增长阈值的影响可以忽略,但也会参与初始损伤和损伤增长过程,会增加初始损伤程度和损伤增长系数。基于飞秒双脉冲成像的冲击波速度测量表明,3ω和1ω同时辐照下,波长间的能量耦合效应会促进激光能量向材料沉积的效率。

皮秒短脉冲X射线背光诊断快点火靶丸压缩面密度

为了给快点火集成耦合效率的计算提供关键参数,并为后期高密度压缩奠定高能背光的诊断基础,在神光-Ⅱ升级装置上利用皮秒短脉冲激光驱动产生了X射线背光源,测量了成像分辨率、光通量,获得了短脉冲背光源的辐射特性,进一步成功演示了基于这种短脉冲背光照相技术的间接驱动快点火预压缩密度诊断。实验所得图像与模拟图像结构一致,实测压缩过程中的面密度达到50 mg/cm2。实验还发现了压缩不对称引起的流体不稳定性特征,为后续实验提供了改进方向。

一种新型透射式自聚焦光栅的设计及理论研究

结合普通透射光栅的分光特性和菲涅耳波带片的聚焦特性,提出一种应用于软X射线波段的新型透射式自聚焦光栅。根据菲涅耳衍射理论,对其衍射特性进行理论推导,证明该新型光栅存在一个与光栅平面垂直的焦平面,不同波长的光波聚焦于该焦平面的不同位置。在焦平面上,焦点位置随光子能量的变化是线性的,即能实现光子能量的线性测量。通过解析推导,得到在沿着焦平面和垂直于焦平面两个方向上光斑的展宽模式,发现该新型光栅在沿着焦平面的光斑展宽模式不同于普通光栅。根据基尔霍夫衍射公式,设置实用化参数,对其衍射模式进行了详细的数值模拟研究,并讨论了相应的测谱范围和谱分辨率。

双脉冲激光诱导土壤中Pb和Ba光谱增强研究

为获得共线双脉冲激发方式对土壤中Pb和Ba元素的谱线增强效果,研究了1064nm单脉冲和(355nm+1064nm),(1064nm+355nm)共线双脉冲三种激发方式下,谱线强度随采集延迟时间的变化规律和谱线增强倍数随双脉冲时间间隔的变化规律。研究发现,与单脉冲激发方式相比,在双脉冲激发方式下,谱线Pb I 405.78nm和Ba I 553.55nm强度的最大增强倍数分别为5和8。该研究结果为检测土壤中重金属元素提供了参考。

一种针对激光诱导击穿光谱技术的基线校正方法

针对激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)数据中存在的周期性拱形突起问题,提出了一种改进的基线校正算法。该算法基于惩罚最小二乘方法,通过改变局部惩罚系数,使其在拟合周期性拱形突起的同时降低谱线强度对拟合基线的影响。与其他基线校正方法相比,该算法在拟合仿真基线时的均方根误差更小,并且基于该算法得到光谱数据绘制的定标曲线的相关系数达到了0.9972。结果表明:该算法相较于现有的去基线方法,在拟合中阶梯光栅光谱仪采集激光诱导击穿光谱的基线时,能更好地保留光谱数据的有效信息。