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高斯与平顶光束纳秒脉冲激光物质蒸发烧蚀动力学仿真研究

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物理学报 2024年第9期73卷 186-198页

作者：尹培琪许博坪刘颖华王屹山赵卫汤洁中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室西安710119 中国科学院大学北京100049

基于建立的纳秒脉冲激光与金属铝相互作用的二维轴对称模型,仿真研究了光束整形对纳秒脉冲激光烧蚀金属铝过程中蒸发烧蚀动力学的影响.结果表明:等离子体屏蔽对靶材的烧蚀特性具有显著影响,屏蔽效应主要体现在脉冲的中后期.对于3种激光... 详细信息

基于建立的纳秒脉冲激光与金属铝相互作用的二维轴对称模型,仿真研究了光束整形对纳秒脉冲激光烧蚀金属铝过程中蒸发烧蚀动力学的影响.结果表明:等离子体屏蔽对靶材的烧蚀特性具有显著影响,屏蔽效应主要体现在脉冲的中后期.对于3种激光轮廓,高斯光束的屏蔽效果最强,随着整形后的平顶光束直径的增大,屏蔽效果逐渐减弱.平顶光束与高斯光束作用下,靶材温度的二维空间分布较为不同.高斯光束作用时,靶材中心最先升温,随后温度沿径向和轴向扩散.由于平顶光束的能量分布更加均匀,因此一定径向范围内的靶材同时升温.光束整形对靶材的蒸发烧蚀动力学影响较大.对于高斯光束,靶材中心先烧蚀,随后产生径向烧蚀.由于整形后平顶光束的能量密度降低,因此靶面蒸发时间较高斯光束延后,并且一定径向范围内的靶材同时发生蒸发烧蚀.3种激光轮廓下,靶材的蒸发烧蚀形貌与光束的强度分布类似,其中高斯光束的烧蚀坑呈中间深两边浅的特点,平顶光束的烧蚀坑较为平坦.

关键词：光束整形激光与物质作用蒸发烧蚀等离子体屏蔽

基于放电辅助激光诱导击穿光谱技术的水中痕量金属元素检测分析

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电工技术学报 2023年第17期38卷 4757-4766页

作者：许博坪刘颖华刘在浩尹培琪汤洁中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室西安710119 中国科学院大学北京100049

有毒金属离子引起的水污染已经成为一个严重的环境问题。激光诱导击穿光谱(LIBS)技术作为一种新型分析技术,可用于检测任何形态的样品。然而,液体中等离子体快速淬灭、液面波动造成的污染,以及激光能量的有限吸收,均导致LIBS技术在探测... 详细信息

有毒金属离子引起的水污染已经成为一个严重的环境问题。激光诱导击穿光谱(LIBS)技术作为一种新型分析技术,可用于检测任何形态的样品。然而,液体中等离子体快速淬灭、液面波动造成的污染,以及激光能量的有限吸收,均导致LIBS技术在探测水体中痕量元素时光谱强度弱、信噪比差、检测灵敏度低。为此,该文提出一种放电辅助LIBS技术(D-LIBS)用于提升LIBS技术在水体中的痕量探测性能。利用中速滤纸对待测溶液进行快速采样。与传统单脉冲LIBS技术(C-LIBS)相比,由于额外电能的注入,D-LIBS极大增强了等离子体的光谱强度。在最优条件下,D-LIBS使Ba离子光谱强度和信噪比分别提升至C-LIBS的30倍和56倍。凭借D-LIBS的显著光谱增强效应,Ba元素检出限降低至0.26mg/L,检测灵敏度提升至C-LIBS的48倍。

关键词：放电辅助激光诱导击穿光谱滤纸采样水溶液痕量金属元素

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半导体激光器低热阻液冷热沉研究现状与展望

材料导报 2023年第10期37卷 84-91页

作者：陈琅刘嘉辰张佳晨王贞福王丹李特中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子国家重点实验室西安710119 中国科学院大学北京100049

近年来,半导体激光器输出功率持续增加,引发热负载受限问题。热负载使芯片有源区产生温升,进一步影响芯片温度分布,导致半导体激光器(Laser diode,LD)芯片性能逐渐劣化。而对于确定的封装形式,热沉热阻成为控制温升的决定性因素。因此,... 详细信息

近年来,半导体激光器输出功率持续增加,引发热负载受限问题。热负载使芯片有源区产生温升,进一步影响芯片温度分布,导致半导体激光器(Laser diode,LD)芯片性能逐渐劣化。而对于确定的封装形式,热沉热阻成为控制温升的决定性因素。因此,降低热沉热阻对提升半导体激光器输出能力与光束性质具有重要意义。液冷热沉可以有效降低热阻,本文从液冷热沉材料、液冷热沉结构和液冷冷媒性质三个方面,回顾了近30年LD液冷热沉热阻演变进程,总结了液冷热沉发展过程中热阻的影响因素,进一步探讨了降低热阻的发展方向与应用前景。

关键词：半导体激光器液冷热沉热阻结构材料冷媒

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X射线偏振探测器中的极化光电过程模拟研究

光学学报 2023年

作者：郑人洲强鹏飞盛立志闫永清中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室

X射线偏振探测是研究黑洞、脉冲星等强X射线源天体物理性质及相关伽马射线暴等天文现象的重要手段，研制性能优异的X射线偏振探测器是进行相关研究的技术基础。本文采用蒙特卡罗程序Geant4模拟2-10 keV线偏振X射线光子在几种常用工作气... 详细信息

X射线偏振探测是研究黑洞、脉冲星等强X射线源天体物理性质及相关伽马射线暴等天文现象的重要手段，研制性能优异的X射线偏振探测器是进行相关研究的技术基础。本文采用蒙特卡罗程序Geant4模拟2-10 keV线偏振X射线光子在几种常用工作气体中的极化光电过程，明确了光电子出射位置、方位角分布和入射光子偏振方向、能量之间的响应关系。光电子的出射方向在入射光子偏振方向上的分布概率最大，且出射光电子的方位角分布可近似为余弦平方函数。光子能量增大时，各角度光电子计数不同程度地减少，但都呈现出在方位角为0或π（-π）时有极大值的统计规律。此外，揭示并量化了气体厚度、气体组成、气体比例和光子能量对探测效率的影响规律。气体厚度越大、平均原子序数越大，探测效率越高。光子能量增大会导致探测效率降低，而对于由Xe或Ar组成的工作气体，当光子能量大于某壳层电子结合能时，由于相应壳层电子开始被弹射出，探测效率会有一定程度提高。这些结果可为X射线偏振探测器的结构设计提供理论依据和数据支持。

关键词： X射线偏振探测气体探测器极化光电过程探测效率

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多参数最优重构水下偏振成像复原方法

兵工学报 2023年第7期44卷 2122-2131页

作者：陈雄锋阮驰中国科学院西安光学精密机械研究所、瞬态光学与光子技术国家重点实验室陕西西安710119 中国科学院大学北京100049

针对水下高浑浊度条件下成像存在清晰度低、对比度下降、图像质量低的难题,克服经典水下图像偏振复原方法需要进行无目标背景点选取的缺点,提出了一种多参数最优重构水下图像偏振复原方法。在经典水下成像物理模型基础上,将透射率细化... 详细信息

针对水下高浑浊度条件下成像存在清晰度低、对比度下降、图像质量低的难题,克服经典水下图像偏振复原方法需要进行无目标背景点选取的缺点,提出了一种多参数最优重构水下图像偏振复原方法。在经典水下成像物理模型基础上,将透射率细化为吸收系数与后向散射系数,通过引入Stokes矩阵计算水下图像偏振度;选取两个目标点,通过复原图像最优化,获取两个目标点反射率、吸收系数及后向散射系数的重构最优值,以去除水下图像后向散射并恢复吸收损失信号,实现水下图像偏振复原。通过两种无参客观评价指标与其他方法进行对比,不同浑浊度、不同目标下的实验结果表明,新方法能够实现水下降质图像复原,特别是在高浑浊度条件下更为有效。新方法有望应用于水下航行器中的光学清晰成像,便于后续目标检测。

关键词：水下图像复原偏振成像最优重构多参数

用于中红外光纤激光器的高Pr^(3+)掺杂硒化物硫系玻璃和光纤制备及其光谱特性

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发光学报 2022年第6期43卷 851-861页

作者：许晨煜崔健许彦涛肖旭升崔晓霞郭海涛中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室陕西西安710119 中国科学院大学北京100049

为了研发用于3~5μm波段光纤激光器的增益介质,制备了重量百分比为0~0.4%不同浓度Pr^(3+)离子掺杂的Ge_(12)As_(20.8)Ga_(4)Se_(63.2)硒化物硫系玻璃。通过多级棒管法,重量百分比为0.2%的Pr^(3+)离子掺杂玻璃被成功拉制成阶跃型双包层光... 详细信息

为了研发用于3~5μm波段光纤激光器的增益介质,制备了重量百分比为0~0.4%不同浓度Pr^(3+)离子掺杂的Ge_(12)As_(20.8)Ga_(4)Se_(63.2)硒化物硫系玻璃。通过多级棒管法,重量百分比为0.2%的Pr^(3+)离子掺杂玻璃被成功拉制成阶跃型双包层光纤,损耗最低为2.95 dB/m(位于6.58μm处)。采用电子探针显微分析(EPMA)、X射线衍射(XRD)、差示扫描量热(DSC)、场发射透射电子显微镜(FE⁃TEM)、透射光谱和中红外荧光光谱分析了玻璃中Pr^(3+)离子的分散性、杂质含量以及Pr^(3+)离子引入引起的热、光学性质变化。通过玻璃的吸收和发射光谱并结合Judd-Ofelt理论,计算了Judd-Ofelt强度参数、辐射跃迁几率、荧光寿命、荧光分支比和受激发射截面。这种硒化硫系玻璃具有较高的Pr^(3+)离子溶解度和中红外发光特性、良好的热稳定性和成纤性能,表明其具有作为中红外激光工作介质的潜力。

关键词：硫系玻璃稀土离子光谱学中红外荧光红外光纤

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感应读出延时线阳极光子计数探测器研究

光谱学与光谱分析 2024年第5期44卷 1291-1296页

作者：张蕊利刘永安张亚龙杨向辉刘哲苏桐赵宝升盛立志中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室陕西西安710119 中国科学院大学光电学院北京100049

针对空间天文、生物荧光、光谱测量等领域对高灵敏、大面阵探测器的应用需求,研制出基于感应读出方式的延迟线阳极光子计数成像探测器。该探测器由微通道板、延时线阳极以及读出电路组成,其中延时线阳极的性能直接影响探测器的成像质量... 详细信息

针对空间天文、生物荧光、光谱测量等领域对高灵敏、大面阵探测器的应用需求,研制出基于感应读出方式的延迟线阳极光子计数成像探测器。该探测器由微通道板、延时线阳极以及读出电路组成,其中延时线阳极的性能直接影响探测器的成像质量。作为一种电荷感应读出延时线阳极,该阳极利用信号到达的时间差解码入射光子的位置,可获得高的探测灵敏度和大的成像面积,同时简化了工艺难度并提升了可靠性。设计了感应读出延时线阳极,理论分析了探测器不同设计参数及材料对感应电荷量的影响,提出了解决异层电极间感应电荷量难以平衡的方法。据此研制出了收集面积为40 mm×40 mm的位敏阳极。测试结果表明该阳极信号传输衰减小于10%,极间串扰小于3%。利用该阳极进行了光子计数成像实验,获得了优于150μm的空间分辨率,为研制可应用于天文紫外光谱测量的大面阵、高灵敏探测器提供了理论依据及实验指导。

关键词：探测器光子计数成像位敏阳极空间分辨光谱测量

基于光纤中超短脉冲非线性传输机理与特定光谱选择技术的多波长飞秒激光的产生

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物理学报 2018年第18期67卷 126-133页

作者：吕志国杨直李峰李强龙王屹山杨小君中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室西安710119

高集成、高可靠性宽调谐飞秒激光源在超快光谱学、量子光学及生物成像等研究与应用领域具有重要价值.如在生物多光子显微成像中,具有适中能量的宽调谐飞秒激光源不仅可满足多种生物组织荧光激发所需的峰值功率与激发波长,而且也可以显... 详细信息

高集成、高可靠性宽调谐飞秒激光源在超快光谱学、量子光学及生物成像等研究与应用领域具有重要价值.如在生物多光子显微成像中,具有适中能量的宽调谐飞秒激光源不仅可满足多种生物组织荧光激发所需的峰值功率与激发波长,而且也可以显著提升非线性荧光产生效率、成像分辨率以及增大成像穿透深度.采用自主研发的高可靠性全保偏光纤飞秒激光器作为抽运源,基于低色散光纤中高峰值功率飞秒激光脉冲非线性传输引起的光谱加宽机制,本文开展了多波长全光纤飞秒激光产生技术研究.通过采用中心波长在980, 1000,1050, 1070与1100 nm的带通滤波片选择性地对单模光纤输出光谱中最左边与最右边光谱旁瓣进行滤波,在上述中心波长处分别可获得203, 195, 196, 187与194 fs的激光输出.本文提出的基于全光纤飞秒激光脉冲在单模光纤中非线性传输引起的光谱加宽机制与特定光谱选择技术的实验方案为高集成、高可靠性宽调谐飞秒激光源的实现提供了新的研究途径.

关键词：单模光纤非线性宽调谐飞秒激光

基于DMD调制的结构光照明超分辨和光切片显微技术研究进展(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第6期61卷 1-24页

作者：马旺千佳王思颖马睿李星党诗沛栗星柏晨但旦姚保利中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室陕西西安710119 中国科学院大学北京100049

将普通光学显微镜的均匀照明替换为光场具有空间结构分布的照明,可为显微镜增添超分辨和光切片的新功能。结构光照明显微(SIM)技术与传统宽场光学显微镜具有良好的结构兼容性,继承了传统光学显微镜非侵入、低光毒性、低荧光漂白、快速... 详细信息

将普通光学显微镜的均匀照明替换为光场具有空间结构分布的照明,可为显微镜增添超分辨和光切片的新功能。结构光照明显微(SIM)技术与传统宽场光学显微镜具有良好的结构兼容性,继承了传统光学显微镜非侵入、低光毒性、低荧光漂白、快速成像的优点。其高时空分辨率和三维光切片能力非常适合活体细胞或组织的观测,受到生物医学和光学界的持续关注。快速产生高对比度、高频率的结构光场并进行快速相移和旋转调控是SIM的核心技术。近年来基于数字微镜器件(DMD)调制的SIM(DMD-SIM)发展迅速,它利用DMD高刷新率、高光通量、偏振不敏感的优势,克服了传统器件如物理光栅和液晶空间光调制器在调控速度上的缺点。本综述首先介绍了SIM超分辨和光切片的基本原理,然后着重阐述了DMD-SIM通过光投影和光干涉产生结构光照明及调控光场的方法,对当前的DMD-SIM研究进展进行了归纳评述,总结了DMD-SIM的优缺点,最后对DMD-SIM面临的挑战和发展趋势进行了展望。

关键词：光学显微结构光照明显微超分辨光切片数字微镜器件