激光雷达可以准确、快速获取目标的三维(3D)空间信息,是一种常用的高分辨率成像技术。结合高频脉冲激光器、条纹相机以及信号处理技术,设计了一套激光雷达3D成像系统。其中,脉冲激光具有高峰值功率的特点,可以有效探测远距离目标物。相比高频微波调制的激光脉冲,结合脉冲压缩和法布里-珀罗腔振荡可以获得高能量的激光脉冲。条纹相机是一种具有快速微弱光探测能力的高速相机,可对远距离目标进行探测。采用均值滤波和邻域均值滤波方式抑制条纹相机的背景噪声,采用带通滤波和匹配滤波抑制低频噪声、提高信噪比,根据噪声的强度分布,用阈值滤波滤除剩余噪声,最终获得高精度的3D目标图像。在空气、烟雾中的3D目标成像实验结果表明,本系统具有较高的距离分辨率和目标细节捕捉能力。

基于极紫外波段高次谐波产生(high-order harmonic generation, HHG)的光学选通技术已成为目前人们获得孤立阿秒脉冲(isolated attosecond pulse, IAP)的重要手段。由于IAP继承了驱动激光脉冲的光学属性和重复频率,因此具有良好的时空相干性和方向性。近转换极限极短脉宽IAP的产生不仅需要在极紫外区域有较宽的连续光谱支持,还需要对其所携带的本征色散进行补偿。据此,本文从理论上模拟计算了多组阿秒脉冲光谱、本征色散和金属膜材料色散的参数组合,在中心光谱98,120,170 eV附近的结果表明,选用不同厚度的锆膜、钼膜和锡膜对应中心能量的高次谐波可以实现色散补偿。最终确定120 eV中心光子能量加钼膜的组合有可能在较高的产生效率下产生近40 as的IAP。基于上述参数选择,设计了一套由非共线阿秒条纹相机和平场光谱仪组成的极紫外阿秒束线及相应的真空系统,该系统可用于高次谐波及阿秒脉冲的测量。

分别介绍了不同类型的条纹管超高速探测器件、组件的工作原理、结构组成和基本性能参数。详细论述了两种典型结构条纹管器件的结构特点,工作原理, 空间分辨率和时间分辨率测试。此外, 还介绍了两种条纹管组件的结构, 工作原理和实际测试结果。条纹管器件和组件采用独特的结构设计、实现超高速时空转换, 获得了皮秒级乃至飞秒级的时间分辨率, 是目前时间分辨率最高的光电探测器件。基于高时间分辨率性能的拓展, 条纹管器件和组件在惯性约束、激光雷达和科学研究等超高速探测领域具有广泛的应用前景。

在使用高功率激光装置进行物理实验时,高精度时间同步的时标系统是实现物理过程精确诊断的必要条件。为了满足物理实验需求,该系统采用任意波形发生器输出信号时分复用结合高速电光调制的技术方案,同源产生了主激光、时标光、电时标和高精度触发信号等多路信号。时标系统共可输出532,355,266 nm三种波长共10路梳状时标光信号及8路梳状电时标信号、两路快前沿高幅值触发信号。时标信号与主激光时间同步抖动峰峰值达到12.80 ps,梳状时标光信号脉冲周期峰值抖动为6.40 ps,接近目前采用的测量系统极限。完成了时标系统在高功率激光装置中的应用演示,满足了诊断设备应用要求;对条纹相机不同扫程进行时间基准标定实验,可有效校准相机大扫程的时间误差。

X射线条纹相机是激光惯性约束聚变研究中的核心测量设备，用于捕获聚变反应中瞬态X射线发射。对X射线条纹相机在聚变反应中强电磁辐射下的可靠性进行研究，给出了X射线条纹相机的可靠性框图及结构，并对X射线条纹相机各功能单元进行可靠性分配，针对其故障进行了故障模式和影响分析(FMEA)。可靠性分析和FMEA显示，X射线条纹相机中变像管单元其可靠性分配值在各个分系统单元中最高，其故障能够引起严重故障和试验损失，是制约X射线条纹相机可靠性和稳定性的重要部件。通过对X射线条纹相机内各单元的可靠性以及故障模式分析，有助于研究人员开展有针对性的电磁辐射加固，提升相机在强电磁脉冲辐射环境中运行的可靠性。