作者单位
摘要
1 山西大学 激光光谱研究所 量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
2 山西大学 极端光学协同创新中心, 山西 太原 030006
3 中石油化工股份有限公司石油化工科学研究院, 北京 100083
4 中国兵器科学研究院, 北京 100089
5 山西新华防化装备研究院有限公司, 山西 太原 030041
6 西安工业大学 光电工程学院, 陕西 西安 710021
7 山西格盟中美清洁能源研发中心有限公司, 山西 太原 030032
为了消除激光诱导击穿光谱技术(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)中的自吸收效应,提高元素定量分析的精确度,同时满足工业中便捷分析元素的要求,需将自吸收免疫激光诱导击穿光谱技术(self-absorption free laser-induced breakdown spectroscopy,SAF-LIBS)的装置小型化。本文提出了一项新型的高重频声光门控SAF-LIBS定量分析技术,使用高重频激光器产生准连续的等离子体以增强光谱强度,并将声光调制器(acousto-optic modulator,AOM)作为门控开关,从而使微型CCD光谱仪和AOM能够代替传统大型SAF-LIBS装置中的像增强探测器(intensified charge coupled device,ICCD)和中阶梯型光栅光谱仪,实现自吸收免疫的同时缩小了装置的体积,降低了装置的成本。将该系统参数进行优化选择后,对样品中的Al元素进行了定量分析和预测。实验结果表明,等离子体的特性受激光重复频率的影响进而会影响光谱信号的强度。在1 ~ 50 kHz激光重复频率范围内,Al I 394.4 nm和Al I 396.15 nm的双线强度先增强后减弱,确定最佳的激光重复频率为10 kHz。在不同的光纤采集角度下,Al的双线强度比随延迟时间的增加而减小,在45°处信噪比最高,且在一定的积分时间下,最佳光学薄时间tot为426 ns。在激光重复频率为10 kHz、光纤采集角为45°、延迟时间为400 ns的条件下,对Al元素进行定量分析和预测结果表明,Al元素定标曲线的线性度R2为0.982,平均绝对测量误差相对于单一LIBS的0.8%可以降低至0.18%。定量分析结果与传统大型SAF-LIBS装置的测量精度相持平。因此本高重频声光门控SAF-LIBS装置不仅有效地屏蔽了光学厚等离子体中的连续背景辐射和谱线加宽,同时具备小型化、低成本、高可靠性的优点,有助于推动SAF-LIBS技术由实验室走向工业应用。
激光诱导击穿光谱 自吸收免疫 光学薄 高重频激光器 声光门控 laser-induced breakdown and spectroscopy self-absorption free optically thin high repetition rate laser acousto-optic gating 
中国光学
2024, 17(2): 253
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
3 国网物资有限公司,北京 100120
为了满足脉冲电场消融的应用需求,解决单极性脉冲电场分布不均匀的问题,研制了一台基于半桥结构的主电路、具有纳秒级前沿的高重复频率双极性亚微秒高压脉冲电源。该脉冲电源由FPGA提供控制信号,经过驱动芯片放大控制信号后,利用光耦隔离驱动多个SiC MOSFET。驱动电路所需元器件较少,信号控制时序简单,可提供负压偏置,使开关管可靠关断,提高了电路的抗电磁干扰能力,使电源能稳定运行。通过电阻负载实验,对比分析了不同栅极电阻对驱动电压的影响,驱动电压上升沿时间越短对应的双极性高压脉冲前沿越快。实验结果表明:所设计的高频双极性脉冲电源在100 Ω纯阻性负载上能够稳定产生重复频率双极性纳秒脉冲,输出电压0~±4 kV可调,脉宽0.2~1.0 μs可调,正负脉冲相间延时0~1 ms可调,上升沿和下降沿60~150 ns之间。该双极性脉冲电源电路设计结构紧凑,能满足应用的参数需求。
双极性脉冲 脉冲电源 高重复频率 功率MOSFET 光耦隔离 bipolar pulse pulse power high repetition rate power MOSFET photocoupler isolation 
强激光与粒子束
2024, 36(2): 025005
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Engineering Physics, Air Force Institute of Technology, WPAFB, OH, USA
2 Physics Department, Marietta College, Marietta, OH, USA
3 Department of Physics, The Ohio State University, Columbus, OH, USA
4 Department of Materials Science and Engineering, and Department of Electrical and Computer Science, The Ohio State University, Columbus, OH, USA
5 Intense Energy Solutions, LLC, Plain City, OH, USA
We present detailed characterization of laser-driven fusion and neutron production ( $\sim {10}^5$ /second) using 8 mJ, 40 fs laser pulses on a thin (<1 μm) D ${}_2$ O liquid sheet employing a measurement suite. At relativistic intensity ( $\sim 5\times {10}^{18}$ W/cm ${}^2$ ) and high repetition rate (1 kHz), the system produces deuterium–deuterium (D-D) fusion, allowing for consistent neutron generation. Evidence of D-D fusion neutron production is verified by a measurement suite with three independent detection systems: an EJ-309 organic scintillator with pulse-shape discrimination, a ${}^3\mathrm{He}$ proportional counter and a set of 36 bubble detectors. Time-of-flight analysis of the scintillator data shows the energy of the produced neutrons to be consistent with 2.45 MeV. Particle-in-cell simulations using the WarpX code support significant neutron production from D-D fusion events in the laser–target interaction region. This high-repetition-rate laser-driven neutron source could provide a low-cost, on-demand test bed for radiation hardening and imaging applications.
high-repetition-rate laser-driven fusion laser–plasma interaction liquid target neutron detectors 
High Power Laser Science and Engineering
2024, 12(1): 010000e2
姚波 1,2段典 1豆贤安 2,3陈雨君 1,4[ ... ]毛庆和 1,2,4,*
作者单位
摘要
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所,光子器件与材料安徽省重点实验室,安徽 合肥 230031
2 先进激光技术安徽省实验室,安徽 合肥 230037
3 国防科技大学脉冲功率激光技术国家重点实验室,安徽 合肥 230037
4 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院,安徽 合肥 230026
本文报道了一种可满足室外应用的具有重复频率锁定功能的皮秒脉冲光纤激光器。通过选用Figure-9光纤激光器结构,并通过优化腔结构来调控非线性,确保了激光器的快速锁模自启动功能;采用低导热材料绝热封装创建“恒温”微环境,松弛了室外环境下锁定重复频率对PZT频率调谐执行器件调谐量的要求。以此为基础,设计并研制了质量仅为3 kg的10 MHz、20 ps锁模光纤激光器样机。在室温、极端温度(-40 ℃或50 ℃)和振动(加速度为1.5g)环境下,该激光器样机都能保持快速锁模自启动和重复频率锁定功能;在室外环境下,该激光器样机的重复频率锁定功能可抵御夏季高温环境下的10 ℃温度波动。
激光器 锁模激光 皮秒脉冲 重复频率锁定 环境温度 
中国激光
2024, 51(2): 0201002
作者单位
摘要
1 中国科学技术大学核探测与核电子学国家重点实验室, 安徽 合肥 230026
2 中国科学技术大学近代物理系, 安徽 合肥 230026
3 中国科学技术大学国家同步辐射实验室, 安徽 合肥 230029
4 国防科技大学电子对抗学院, 安徽 合肥 230038
在高速测量设备无关量子密钥分发(MDI-QKD)系统中,高成码率是实现远距离量子通信的关键。为实现更高的成码率,系统各环节对光源有着更多的要求。针对这些要求设计了应用于高速MDI-QKD系统的脉冲激光器电路。通过对外部或内部触发信号的模拟调理及驱动设计,实现了脉冲激光的产生;通过模拟PID控制与双向TEC电流控制,实现了温度的稳定。最终获得的脉冲光能够实现最高1.25 GHz重复频率、24.2 ps脉冲半高宽、30 dB消光比、0.95 pm波长抖动以及2.014 nm波长调谐范围的输出,有利于成码率的提高,满足高速MDI-QKD系统的要求。
激光技术 量子密钥分发 脉冲激光 高重复频率 窄脉冲宽度 laser techniques quantum key distribution pulse laser high repetition rate narrow pulse width 
量子电子学报
2023, 40(6): 868
Author Affiliations
Abstract
1 Centre Lasers Intenses et Applications (CELIA), Université de Bordeaux–CNRS–CEA, Talence cedex, France
2 ENEA, Fusion and Technology for Nuclear Safety and Security Department, C.R. Frascati, Frascati, Italy
3 AWE, Aldermaston, Reading, UK
4 Centre for Inertial Fusion Studies, Blackett Laboratory, Imperial College London, London, UK
5 Istituto Nazionale di Ottica, Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-INO), Pisa, Italy
6 ETSIAE Universidad Politecnica de Madrid, Madrid, Spain
7 GSI-Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH, Darmstadt, Germany
8 Laboratoire pour l’Utilisation des Lasers Intenses (LULI), CNRS–Ecole Polytechnique, Palaiseau cedex, France
9 ALP, Le Barp, France and CEA/DAM Île de France, Bruyères le Châtel, Arpajon cedex, France
10 Instituto Fusión Nuclear “Guillermo Velarde” (IFN-GV), Universidad Politecnica de Madrid, Madrid, Spain
11 Central Laser Facility, STFC Rutherford Appleton Laboratory, Harwell Oxford, Oxfordshire, UK
12 Institute of Plasma Physics and Lasers, University Research and Innovation Centre, Hellenic Mediterranean University, Rethymno, Crete, Greece
13 Department of Electronic Engineering, School of Engineering, Hellenic Mediterranean University, Chania, Crete, Greece
14 Extreme Light Infrastructure ERIC, ELI-Beamlines Facility, Dolní Břežany, Czech Republic
15 Centro de Laseres Pulsados (CLPU), Parque Cientifico, Villamayor, Salamanca, Spain
The recent achievement of fusion ignition with laser-driven technologies at the National Ignition Facility sets a historic accomplishment in fusion energy research. This accomplishment paves the way for using laser inertial fusion as a viable approach for future energy production. Europe has a unique opportunity to empower research in this field internationally, and the scientific community is eager to engage in this journey. We propose establishing a European programme on inertial-fusion energy with the mission to demonstrate laser-driven ignition in the direct-drive scheme and to develop pathway technologies for the commercial fusion reactor. The proposed roadmap is based on four complementary axes: (i) the physics of laser–plasma interaction and burning plasmas; (ii) high-energy high repetition rate laser technology; (iii) fusion reactor technology and materials; and (iv) reinforcement of the laser fusion community by international education and training programmes. We foresee collaboration with universities, research centres and industry and establishing joint activities with the private sector involved in laser fusion. This project aims to stimulate a broad range of high-profile industrial developments in laser, plasma and radiation technologies along with the expected high-level socio-economic impact.
education and training fusion reactor technology high-energy laser high repetition rate laser inertial confinement fusion laser–plasma interaction public–private partnership radiation resistant materials 
High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(6): 06000e83
作者单位
摘要
1 江苏大学材料科学与工程学院, 江苏 镇江 212013
2 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
激光冲击成形是利用激光冲击波和凹模的限制作用实现膜材微纳结构制备的有效方法, 近20年来得到学术界的广泛关注。目前广泛使用的激光冲击成形工艺中, 激光光斑跨越数个微结构特征并且所使用的激光重复频率小于1000 Hz, 这一方面使激光束所覆盖的各个结构受到的冲击波作用不均匀, 另一方面低重复频率激光限制了激光冲击成形速度。为此, 提出高脉冲重复频率小光斑激光扫描冲击渐进成形工艺用于微结构成形制造。采用脉冲重复频率为40 kHz、光斑直径为50 μm的高脉冲重复频率小光斑激光冲击成形宽度为200 μm、长度为6 mm的微槽结构, 分析成形微结构的高度和微结构的截面形状随激光扫描范围的波动情况。结果表明, 在激光扫描范围变动的情况下, 成形微结构的高度较为稳定; 在微结构的起始阶段和终止阶段, 成形微结构的高度具有一定的过渡范围, 终止阶段的过渡长度远大于起始阶段的过渡长度; 所成形的微结构截面能够采用圆弧进行拟合。
激光冲击成形 高脉冲重复频率 小光斑 稳定性 laser shock forming high repetition rate small spot stability 
应用激光
2023, 43(4): 87
吴名俊 1,2谭荣清 1,2,*李辉 1宁方晋 1[ ... ]白进周 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院空天信息创新研究院激光工程技术研究中心,北京 100094
2 中国科学院大学电子电气与通信工程学院,北京 100049
为实现高重复频率、窄脉冲激光输出,研制了一台声光调Q射频波导CO2激光器。首先,采用矩形波导耦合损耗理论分析了波导耦合效率与全反镜曲率半径、全反镜到波导口距离的关系,获得了波导耦合损耗较小时的优化参数。其次,研究了工作气压与激光输出的关系,以及脉冲拖尾长度与Q开关开启时间的关系。当工作气压为6.5 kPa,Q开关开启时间为0.6 μs时,获得了无拖尾脉冲波形,并分析了峰值功率、平均功率、脉宽等参数随重复频率的变化规律。设计的激光器可实现重复频率1 Hz~100 kHz可调。当Q开关开启时间为0.6 μs、重复频率为1 kHz时,获得的脉冲宽度为108.2 ns,峰值功率为2809.6 W;当重复频率为100 kHz时,脉宽为135.1 ns,峰值功率为257 W。当重复频率为70 kHz时,测得xy方向上的光束质量因子分别为1.50和1.21。
激光器 波导CO2激光器 高重复频率 窄脉冲宽度 声光调Q 
中国激光
2023, 50(22): 2201008
李凯 1,2宋长禹 3岳剑峰 1,2贾梦瑜 1,2[ ... ]吕志伟 1,2
作者单位
摘要
1 河北工业大学 先进激光技术研究中心,天津 300401
2 河北省先进激光技术与装备重点实验室,天津 300401
3 天津凯普林光电科技有限公司,天津 300300
亚纳秒激光因其对光电器件的损伤优于纳秒激光和飞秒激光,而被广泛应用于光电对抗领域。然而,在常规水冷条件下实现输出数百赫兹焦耳级亚纳秒激光还面临较大的挑战。笔者课题组面向**重大需求,结合端面泵浦微片晶体百皮秒激光产生技术和多程多级板条激光放大技术,对板条激光器的放大性能进行大量的实验研究,并提出了温控双端泵浦技术,弥补双端泵浦结构的缺陷。实现板条激光器单脉冲能量952 mJ,重复频率500 Hz的激光输出,这将为光电对抗系统所需的高重频大能量激光提供优质光源。
板条激光 双端泵浦 高重频 亚纳秒 slab laser dual-end pumping high-repetition rate sub-nanosecond 
红外与激光工程
2023, 52(8): 20230423
Yafei Wang 1†Yinggang Chen 1,2Shikai Wang 1,*Meng Wang 1[ ... ]Lili Hu 1,3,*
Author Affiliations
Abstract
1 Chinese Academy of Sciences, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Key Laboratory of Materials for High Power Laser, Shanghai, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
3 University of Chinese Academy of Sciences, Hangzhou Institute for Advanced Study, Hangzhou, China
4 South China University of Technology, School of Materials Science and Engineering, State Key Laboratory of Luminescent Materials and Devices, Guangzhou, China
Ultrashort pulses at 920 nm are a highly desired light source in two-photon microscopy for the efficient excitation of green fluorescence protein. Although Nd3 + -doped fibers have been utilized for 920-nm ultrashort pulse generation, the competitive amplified spontaneous emission (ASE) at 1.06 μm remains a significant challenge in improving their performance. Here, we demonstrate a coordination engineering strategy to tailor the properties of Nd3 + -doped silica glass and fiber. By elevating the covalency between Nd3 + and bonded anions via sulfur incorporation, the fiber gain performance at 920 nm is enhanced, and 1.06-μm ASE intensity is suppressed simultaneously. As a result, the continuous-wave laser efficiencies and signal-to-noise ratio at 920 nm by this fiber are significantly enhanced. Importantly, the stable picosecond pulses at 920 nm are produced by a passive mode-locking technique with a fundamental repetition rate up to 207 MHz, which, to the best of our knowledge, is the highest reported repetition rate realized by Nd3 + -doped silica fibers. The presented strategy enriches the capacity of Nd3 + -doped silica fiber in generating 920-nm ultrashort pulses for application in biophotonics, and it also provides a promising way to tune the properties of rare-earth ion-doped silica glasses and fibers toward ultrafast lasers.
rare-earth-doped fiber ultrashort pulse high repetition rate fiber laser 
Advanced Photonics Nexus
2023, 2(6): 066002

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