Author Affiliations
Abstract
1 Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics (ELI-NP), Horia Hulubei National Institute for R&D in Physics and Nuclear Engineering (IFIN-HH), Magurele, Romania
2 Doctoral School of Physics, University of Bucharest, Magurele, Romania
3 LULI-CNRS, CEA, Universite Sorbonne, Ecole Polytechnique, Institut Polytechnique de Paris, Palaiseau CEDEX, France
4 Apel Laser, Ilfov, Romania
5 Aix-Marseille University, CNRS, LP3 UMR 7341, Marseille, France
6 Horia Hulubei National Institute for R&D in Physics and Nuclear Engineering (IFIN-HH), Magurele, Romania
7 University Politehnica of Bucharest, Bucharest, Romania
8 National Institute for Lasers Plasma and Radiation Physics, Magurele, Romania
With ultrafast laser systems reaching presently 10 PW peak power or operating at high repetition rates, research towards ensuring the long-term, trouble-free performance of all laser-exposed optical components is critical. Our work is focused on providing insight into the optical material behavior at fluences below the standardized laser-induced damage threshold (LIDT) value by implementing a simultaneous dual analysis of surface emitted particles using a Langmuir probe (LP) and the target current (TC). ${\mathrm{HfO}}_2$ and ${\mathrm{ZrO}}_2$ thin films deposited on fused silica substrates by pulsed laser deposition at various ${\mathrm{O}}_2$ pressures for defect and stoichiometry control were irradiated by Gaussian, ultrashort laser pulses (800 nm, 10 Hz, 70 fs) in a wide range of fluences. Both TC and LP collected signals were in good agreement with the existing theoretical description of laser–matter interaction at an ultrashort time scale. Our approach for an in situ LIDT monitoring system provides measurable signals for below-threshold irradiation conditions that indicate the endurance limit of the optical surfaces in the single-shot energy scanning mode. The LIDT value extracted from the LP-TC system is in line with the multipulse statistical analysis done with ISO 21254-2:2011(E). The implementation of the LP and TC as on-shot diagnostic tools for optical components will have a significant impact on the reliability of next-generation ultrafast and high-power laser systems.
HfO2 in situ detection Langmuir probe laser-induced damage threshold target current ZrO2 
High Power Laser Science and Engineering
2024, 12(2): 02000e15
作者单位
摘要
1 核工业西南物理研究院 聚变科学所,成都 610041
2 南昌大学 物理与材料学院,南昌 330031
托卡马克装置预电离过程中,环向磁场应与电子回旋波频率相匹配,NCST装置现有的电子回旋波频率较低,为了让环向场与已有的电子回旋波频率匹配,提出新的环向场线圈电流产生方案,在原方案的磁场线圈平顶电流产生之前增加一个低电流台阶。回顾NCST球形托卡马克装置环向场线圈电源的原有方案后,设计了全控型和半控型两种方案,从电压电流的高次谐波、电流的可控性和纹波、改动成本和安装便捷性四方面对比两个方案的优缺点,最终选定半控型改造方案。根据现场条件制作电源改造柜,尽量减少对原有电源柜的改动。实际测试结果显示,两个电流台阶衔接正常,低电流台阶宽度可调、幅值可调,满足改造要求。
NCST 球形托卡马克装置 环向场线圈电源 预电离 双阶梯脉冲电流 NCST spherical tokamak toroidal field power supply preionization double-step pulse current 
强激光与粒子束
2024, 36(2): 025012
作者单位
摘要
中国工程物理研究院 流体物理研究所,脉冲功率技术重点实验室,四川 绵阳 621900
针对雷电间接效应多重脉冲组电流模拟需求,完成了雷电间接效应多重脉冲组模拟源的设计,采用20个Crowbar电路支路,通过分时放电的方式实现1个脉冲串内多脉冲输出需求,每个支路可以实现最小间隔30 ms的重复频率放电,从而实现3个脉冲串的输出需求。对放电支路的参数进行了详细设计,分析了电容、波尾电路电感、波尾电路电阻参数变化对输出特性的影响。分析了采用并联大电容实现放电电容重复频率快速充电的可行性,完成了装置的初步结构设计并结合装置结构简要分析了电路模拟参数设置的合理性。该装置建成后,可为电子、电气设备等开展测试提供技术支持。
雷电间接效应 多重脉冲组(H波) 雷电模拟源 冲击电流发生器 indirect effects of lightning multiple pulse sets (H-waves) lighting analog source impulse current generator 
强激光与粒子束
2024, 36(2): 025001
作者单位
摘要
1 上海理工大学 机械工程学院,上海 200093
2 中国科学院 苏州生物医学工程技术研究所,江苏 苏州 215163
纳秒脉冲电场消融要求在100 Ω负载上产生数千伏的纳秒脉冲,加快脉冲前沿有利于获得更窄的纳秒脉冲。提出了一种具有快速前沿的固态Marx发生器,在每级电路中插入一个电感,并且让放电管和充电管同时导通数十纳秒,等放电管完全开通后,关断充电管,对负载进行放电,以消除放电管和放电回路杂散电感对脉冲前沿的限制,获得具有快前沿的高压脉冲。搭建了32级Marx样机,实验中通过调节直通时间,在100 Ω的低阻负载上获得了电压上升沿35 ns、脉宽800 ns、电流186 A的高压脉冲。对比并分析了充电管和放电管直通时间对上升沿的影响,发现直通时间越长,脉冲电流的前沿越快。输出端的峰值电流最大可达186 A。表明该脉冲电压源可以有效地提高电流的输出,提高系统带载能力。该方案相比于传统的改进方法,提高了系统抗干扰能力的同时,也减少了所使用开关管的数量,降低了脉冲电源的成本。
全固态Marx发生器 大电流 方波脉冲 上升沿 all solid-state Marx generator high current square wave pulse rising edge 
强激光与粒子束
2024, 36(2): 025003
作者单位
摘要
华中科技大学 电气与电子工程学院,武汉 430074
提出了一种两级式可变母线电压的高压电容充电电源技术方案,该拓扑在半桥LLC谐振电路的基础上增加了一级图腾柱无桥功率因数校正(PFC)电路,通过改变母线电压来解决传统LLC谐振电源在输出更高电压时,工作频率变化范围过大带来的充电效率下滑的问题。由于图腾柱电路本身具备功率因数校正的功能,该电源设计还拥有能够直接从电网取电而不影响电网电能质量的优势。首先介绍了本电源设计中两部分的电路拓扑和工作原理,采用等效电阻法分析了电容负载下的电源输出特性。针对前级图腾柱电路设计了双环控制器以实现对母线电压和功率因数的控制,针对后级LLC电路提出了比例积分(PI)加低通滤波的恒流控制器以降低高频噪声带来的不利影响。最后通过模型构建与仿真分析,研究了高压电容充电电源3000 V/1 A时的充电特性,验证了本电源技术方案、设计和控制策略的可行性。
图腾柱无桥功率因数校正 变母线电压 LLC谐振变换器 双闭环控制 恒流控制 高压电容充电 totem-pole bridgeless power factor correction variable bus voltage LLC resonant converter dual closed-loop control constant current control high voltage capacitor charging 
强激光与粒子束
2024, 36(2): 025013
作者单位
摘要
中国工程物理研究院 流体物理研究所,脉冲功率科学与技术重点实验室,四川 绵阳 621900
以减小直线感应加速器X射线光源横向尺寸为目标,开展轫致辐射转换靶的设计。对聚焦打靶过程中电子束运动轨迹进行分析,指出同一个电子束轨迹分布,既可以描述为电子束在某纵向位置处具有一定的横向展宽,也可以描述为电子束保持较小横向尺寸时的轴向分布展宽,由此提出在束腰附近放置多个小靶片实现聚焦电子束有效阻挡的小尺寸多层靶概念设计。采用EGS4程序对X射线产额进行计算,发现靶厚度在一定范围内改变时X射线产额变化较小,基于这一规律完成了小尺寸多层靶的结构设计。进一步考察了一个设计应用实例,当聚焦电子束最小包络直径3 mm、会聚角100 mrad时,对比大尺寸靶,采用小尺寸多层靶可以获得等效直径减小约50%、产额减小约10%的X射线光源。该设计方法有望在相同的电子束品质和聚焦条件下,获得横向尺寸小于电子束最小束包络直径的X射线光源,具有一定的应用价值。
直线感应电子加速器 X射线光源 强流电子束 聚焦 轫致辐射转换靶 linear induction electron accelerator X-ray light source high current electron beam focus bremsstrahlung conversion target 
强激光与粒子束
2024, 36(3): 034003
胡建鹏 1,2柴明钢 1,3,*王梦宇 1,2,**薛彩军 3[ ... ]伏燕军 1,2
作者单位
摘要
1 南昌航空大学 江西省光电信息科学技术重点实验室,江西 南昌 330063
2 南昌航空大学 无损检测教育部重点实验室,江西 南昌 330063
3 南京航空航天大学 航空学院,江苏 南京 210016
4 中国空间技术研究院西安分院,陕西 西安 710199
研发低功耗、微型化的电流传感器有利于实现电流状态的智能监测,在风力发电、智能电网以及电动汽车等领域有着潜在应用前景。提出一种基于回音壁模式微管腔的非接触式电流传感器。首先通过电弧放电法在薄壁石英管中制备了回音壁模式微管腔,模式谱稳定激发且规则,品质因子Q值达到3.45×107。其次,在微管腔中填充Fe3O4纳米粒子磁流体并插入Cu丝,构建非接触式电流检测环境,当通入的电流强度发生改变时,与Fe3O4纳米粒子的相互作用引起微管腔的磁热效应,进而影响微管腔的折射率与体积。实验结果表明:测试电流从0增加到30 mA时,微管腔的谐振波长漂移了0.0973 nm,谐振波长的相对漂移量与电流的平方成线性关系,灵敏度达到10.811 nm/A2,探测极限达到2.936×10-9 A2/nm。所设计的电流传感器具有结构简单、灵敏度高、探测极限低、体积小、不受电磁干扰影响等优势,为微腔在非接触式电流检测中的应用提供了新路径。
传感器 光学微腔 微管腔 磁热效应 电流检测 微腔传感 
中国激光
2024, 51(5): 0510002
作者单位
摘要
广东海洋大学电子与信息工程学院,广东 湛江 524088
利用X射线荧光光谱法检测海水中溴元素含量,研究雷州半岛东部近岸水体中溴元素空间分布特征,分析影响雷州半岛东部沿岸水体溴元素空间分布的原因。首先,利用小焦点X射线荧光光谱仪和直接进样法测量标准溶液并建立标准溶液校准曲线,根据特征X射线的荧光强度与标准溶液中溴元素质量浓度的线性关系建立线性拟合方程,反演待测海水中溴元素的质量浓度;然后依据各采样点水体中溴元素质量浓度的空间变化、地表径流的空间分布、潮汐信息及雷州半岛东部沿岸的环流空间结构,分析地表径流、潮汐及环流等因素对雷州半岛东部近岸水体溴元素质量浓度空间变化的影响。对雷州半岛东部18个站位点取样海水的X射线荧光光谱反演计算,结果表明该区域溴元素质量浓度范围在50.79~62.11 mg/L,均低于大洋水体中的平均溴元素质量浓度。研究区内溴元素质量浓度空间变化较大,大致呈离两湾一岛(湛江湾、雷州湾及硇洲岛)近海水中溴元素质量浓度低,离两湾一岛远溴元素质量浓度高的空间分布特征。此外,在研究区南部及琼州海峡入口处,由于复杂的环流结构影响,溴元素质量浓度呈现出明显的沿琼州海峡流流向递增的趋势。雷州半岛东部近岸水体中各个采样点溴元素质量浓度随空间变化的现象表明雷州半岛东部近岸海水中的溴元素质量浓度分布是不均衡的。地表径流、潮汐、沿岸流、海峡流及气旋式环流是导致雷州半岛东部近岸水体溴元素质量浓度空间分布不均衡的主要因素。
X射线光学 X射线荧光光谱法 粤西沿岸流 琼州海峡流 气旋式环流 
激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0501001
作者单位
摘要
1 北京航空航天大学电子信息工程学院,北京 100191
2 电子科技大学物理学院,四川 成都 611731
3 中国科学院物理研究所,北京 100191
4 张江实验室,上海 201210

基于自旋电子材料的太赫兹(THz)发射器具有高效率、超宽带、低成本、易集成等许多独特优势,不仅能够应用在高重复频率激光振荡器驱动的THz时域光谱仪上,而且在高能飞秒激光放大器驱动下能够产生强场THz电磁脉冲,在THz谱学成像、强场THz物理等方面已展现出重要的应用价值。然而,以往基于自旋电子产生THz电磁波的辐射机理和器件研制方面的工作均基于远场THz时域光谱技术,得到的结果是对泵浦激光光斑作用面积的THz发射信息的平均,无法给出材料在微纳尺度上的超快自旋电流以及THz发射性能方面的有用信息。本工作采用光纤飞秒激光器驱动的超快THz散射型扫描近场光学显微成像技术,研究了铁磁异质结材料钨/钴铁硼/铂(W/CoFeB/Pt)在纳米空间尺度下的自旋电子太赫兹发射性能,在横向百纳米尺度上获得了高信噪比的自旋电子THz发射,为纳米空间分辨上实现THz频率的超快自旋电流的产生、探测、操控等提供了新方法,对超快THz自旋光电子学的发展有一定的参考价值。

太赫兹辐射 自旋电子 散射型扫描近场光学显微镜 太赫兹自旋电流 
激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0325001
Peng Cao 1,2Tiancai Wang 1,3Hongling Peng 1,4Zhanguo Li 5[ ... ]Wanhua Zheng 1,2,3,4,*
Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of Solid-State Optoelectronics Information Technology, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 College of Electronic and Communication Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
4 State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
5 School of Physics, Changchun Normal University, Changchun 130022, China
6 Physics Department, Lancaster University, Lancaster LA1 4YB, UK
In this paper, we demonstrate nBn InAs/InAsSb type II superlattice (T2SL) photodetectors with AlAsSb as the barrier that targets mid-wavelength infrared (MWIR) detection. To improve operating temperature and suppress dark current, a specific Sb soaking technique was employed to improve the interface abruptness of the superlattice with device passivation using a SiO2 layer. These result in ultralow dark current density of 6.28×10-6 A/cm2 and 0.31 A/cm2 under -600 mV at 97 K and 297 K, respectively, which is lower than most reported InAs/InAsSb-based MWIR photodetectors. Corresponding resistance area product values of 3.20×104 Ω ·cm2 and 1.32 Ω ·cm2 were obtained at 97 K and 297 K. A peak responsivity of 0.39 A/W with a cutoff wavelength around 5.5 µm and a peak detectivity of 2.1×109 cm·Hz1/2/W were obtained at a high operating temperature up to 237 K.
mid-wavelength infrared photodetector InAs/InAsSb superlattice high operating temperature dark current 
Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 012502

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