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RSS2022年 34卷 第3期
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2022, 34: 031009.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210274
2022, 34: 031014.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210297
2022, 34: 031021.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210250
2022, 34: 031001.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210281
摘要:
报道了一种基于主振荡功率放大结构的全光纤化1064 mm线偏振单频光纤放大器。种子源是一个线宽约为3 kHz的单频光纤激光器。输出功率为50 mW的种子激光经两级掺Yb保偏双包层光纤(光纤纤芯直径分别为10 μm和20 μm)和一级手性耦合纤芯增益光纤放大后，最终获得了输出功率138 W、光束质量M2≤1.2、偏振消光比优于18 dB的高功率单频光纤激光输出。在脉冲调制模式下，获得了峰值功率465 W、脉宽宽度约为500 μs的线偏振单频光纤激光输出。
报道了一种基于主振荡功率放大结构的全光纤化1064 mm线偏振单频光纤放大器。种子源是一个线宽约为3 kHz的单频光纤激光器。输出功率为50 mW的种子激光经两级掺Yb保偏双包层光纤(光纤纤芯直径分别为10 μm和20 μm)和一级手性耦合纤芯增益光纤放大后，最终获得了输出功率138 W、光束质量M2≤1.2、偏振消光比优于18 dB的高功率单频光纤激光输出。在脉冲调制模式下，获得了峰值功率465 W、脉宽宽度约为500 μs的线偏振单频光纤激光输出。
2022, 34: 031002.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210325
摘要:
高功率2 µm波长可调谐的超短脉冲激光具有峰值功率高、脉冲宽度窄、波长可调谐等优势，在医疗手术、大气通信、光电对抗等领域具有广泛的应用。利用高峰值功率的掺铒光纤放大器泵浦高非线性光纤，在全光纤化结构中获得了1895～2165 nm可调谐的拉曼孤子输出。采用啁啾脉冲放大技术对拉曼孤子的脉冲能量进行提升，放大后拉曼孤子的单脉冲能量为1.56 µJ，平均功率达到50.6 W，脉冲宽度为83 ps。经过光栅对压缩后，脉冲宽度降低至1.23 ps，平均功率为22 W，峰值功率达到0.55 MW。放大后的脉冲仍具有波长调谐的能力，当输出功率为5 W和50.6 W时，脉冲的波长调谐范围分别为38 nm和8 nm。
高功率2 µm波长可调谐的超短脉冲激光具有峰值功率高、脉冲宽度窄、波长可调谐等优势，在医疗手术、大气通信、光电对抗等领域具有广泛的应用。利用高峰值功率的掺铒光纤放大器泵浦高非线性光纤，在全光纤化结构中获得了1895～2165 nm可调谐的拉曼孤子输出。采用啁啾脉冲放大技术对拉曼孤子的脉冲能量进行提升，放大后拉曼孤子的单脉冲能量为1.56 µJ，平均功率达到50.6 W，脉冲宽度为83 ps。经过光栅对压缩后，脉冲宽度降低至1.23 ps，平均功率为22 W，峰值功率达到0.55 MW。放大后的脉冲仍具有波长调谐的能力，当输出功率为5 W和50.6 W时，脉冲的波长调谐范围分别为38 nm和8 nm。
2022, 34: 031003.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210308
摘要:
为实现高效率、高功率中波红外激光输出，研制基于MgO：PPLN晶体的中波红外光参量振荡器（OPO），泵浦源为基于主振荡功率放大（MOPA）结构的线偏振掺Yb光纤激光器（YDFL）。实验结果表明：YDFL可实现最高79.1 W的1064.1 nm脉冲线偏振激光输出；在YDFL泵浦下，通过优化输出镜曲率半径和泵浦光束腰直径，该OPO实现最高9.15 W的3.754 μm脉冲激光输出，光光转换效率为11.57%，重复频率为300 kHz，脉冲宽度约为110 ns。
为实现高效率、高功率中波红外激光输出，研制基于MgO：PPLN晶体的中波红外光参量振荡器（OPO），泵浦源为基于主振荡功率放大（MOPA）结构的线偏振掺Yb光纤激光器（YDFL）。实验结果表明：YDFL可实现最高79.1 W的1064.1 nm脉冲线偏振激光输出；在YDFL泵浦下，通过优化输出镜曲率半径和泵浦光束腰直径，该OPO实现最高9.15 W的3.754 μm脉冲激光输出，光光转换效率为11.57%，重复频率为300 kHz，脉冲宽度约为110 ns。
2022, 34: 031004.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210278
摘要:
提出了一种基于4-f成像的新型碟片多程泵浦方案。该方案由一片大抛物镜和两组转折棱镜组成多程泵浦的基本传输结构。这种方案拥有0～90°的理论通光孔径角，比目前常见的泵浦结构方案的通光孔径角范围都更宽。在该方案中，碟片上的泵浦光斑具有良好的重合性和锐利的边缘。该泵浦结构在注入344 W、18次泵浦的条件下实现了141 W的多模激光输出，光-光转换效率达到41%，斜率效率接近50%。
提出了一种基于4-f成像的新型碟片多程泵浦方案。该方案由一片大抛物镜和两组转折棱镜组成多程泵浦的基本传输结构。这种方案拥有0～90°的理论通光孔径角，比目前常见的泵浦结构方案的通光孔径角范围都更宽。在该方案中，碟片上的泵浦光斑具有良好的重合性和锐利的边缘。该泵浦结构在注入344 W、18次泵浦的条件下实现了141 W的多模激光输出，光-光转换效率达到41%，斜率效率接近50%。
2022, 34: 031005.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210284
摘要:
高功率光纤激光器通常采用如水冷散热方式进行控温，难以满足轻量化等的需求。而利用相变储能材料的特性，采用多相变控温技术，可大幅减小高功率光纤激光器系统的体积、重量。对光纤激光器的温控技术进行了分析，采用多相变温控技术，实现了波长1.08 μm、最大功率1.26 kW的全光纤激光输出，光-光效率75.4%，光束质量因子Mx2=1.21，My2=1.23，有效减小了激光器的体积和质量，为高功率光纤激光器的热管理提供了新方法。
高功率光纤激光器通常采用如水冷散热方式进行控温，难以满足轻量化等的需求。而利用相变储能材料的特性，采用多相变控温技术，可大幅减小高功率光纤激光器系统的体积、重量。对光纤激光器的温控技术进行了分析，采用多相变温控技术，实现了波长1.08 μm、最大功率1.26 kW的全光纤激光输出，光-光效率75.4%，光束质量因子Mx2=1.21，My2=1.23，有效减小了激光器的体积和质量，为高功率光纤激光器的热管理提供了新方法。
2022, 34: 031006.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210290
摘要:
双光子吸收碱金属蒸汽激光器（TPAL）在基础研究和国防工程中有重要的应用前景，近些年来已成为激光领域研究热点之一，但TPAL还缺少相关的理论模型。因此，本文基于碱金属原子的双光子吸收能级跃迁过程构建速率方程，并建立了TPAL理论模型，研究了单波长泵浦双光子吸收铷蒸汽激光器（Rb-TPAL）的工作特性，分析了泵浦光束腰位置、蒸汽池温度以及泵浦功率对Rb-TPAL蓝光输出特性的影响。结果表明，通过优化泵浦光束腰位置和蒸汽池温度，在高功率泵浦情况下，Rb-TPAL可获得高功率蓝光激光输出。
双光子吸收碱金属蒸汽激光器（TPAL）在基础研究和国防工程中有重要的应用前景，近些年来已成为激光领域研究热点之一，但TPAL还缺少相关的理论模型。因此，本文基于碱金属原子的双光子吸收能级跃迁过程构建速率方程，并建立了TPAL理论模型，研究了单波长泵浦双光子吸收铷蒸汽激光器（Rb-TPAL）的工作特性，分析了泵浦光束腰位置、蒸汽池温度以及泵浦功率对Rb-TPAL蓝光输出特性的影响。结果表明，通过优化泵浦光束腰位置和蒸汽池温度，在高功率泵浦情况下，Rb-TPAL可获得高功率蓝光激光输出。
2022, 34: 031007.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210292
摘要:
常规高功率激光器以连续或者长脉冲方式工作，与物质作用主要是依靠单一“加热”模式，针对其对复杂目标作用能力有限的问题， 提出一种连续和脉冲激光同时输出，脉宽、重频可调的新体制高功率激光技术，激光放大链路以特殊时域模式工作，即高重频脉冲与连续运转同时输出，在重频10 kHz时，实现输出功率4800 W，其中连续激光功率3600 W，脉冲激光功率1200 W，脉冲宽度为3.6 ns；在重频100 kHz时，实现输出功率4920 W，其中连续激光功率3100 W，脉冲激光功率1820 W，脉冲宽度为7 ns，光束质量4.8倍衍射极限 。
常规高功率激光器以连续或者长脉冲方式工作，与物质作用主要是依靠单一“加热”模式，针对其对复杂目标作用能力有限的问题， 提出一种连续和脉冲激光同时输出，脉宽、重频可调的新体制高功率激光技术，激光放大链路以特殊时域模式工作，即高重频脉冲与连续运转同时输出，在重频10 kHz时，实现输出功率4800 W，其中连续激光功率3600 W，脉冲激光功率1200 W，脉冲宽度为3.6 ns；在重频100 kHz时，实现输出功率4920 W，其中连续激光功率3100 W，脉冲激光功率1820 W，脉冲宽度为7 ns，光束质量4.8倍衍射极限 。
2022, 34: 031008.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210273
摘要:
为实现化学激光器的高速、低压尾气排入背压环境，需开展扩压器的启动特性研究。建立扩压器的仿真分析模型，根据激光器的实际工作需求，进行了扩压器总压11 kPa时的流场仿真，得到了不同背压情况下扩压器启动过程的流场，并提出扩压器逐级启动的工作方式。仿真结果显示，采用逐级启动的工作方式，扩压器以总压13 kPa启动直排入8 kPa的背景，流动稳定后将扩压器总压回调至11 kPa，实现了扩压器的正常启动。依托现有的激光器试车台进行了扩压器逐级启动的试验验证工作。试验结果表明，该种启动方式能够实现扩压器工作能力的提高。
为实现化学激光器的高速、低压尾气排入背压环境，需开展扩压器的启动特性研究。建立扩压器的仿真分析模型，根据激光器的实际工作需求，进行了扩压器总压11 kPa时的流场仿真，得到了不同背压情况下扩压器启动过程的流场，并提出扩压器逐级启动的工作方式。仿真结果显示，采用逐级启动的工作方式，扩压器以总压13 kPa启动直排入8 kPa的背景，流动稳定后将扩压器总压回调至11 kPa，实现了扩压器的正常启动。依托现有的激光器试车台进行了扩压器逐级启动的试验验证工作。试验结果表明，该种启动方式能够实现扩压器工作能力的提高。
2022, 34: 031009.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210274
摘要:
高功率蓝光半导体激光可广泛应用于高反射高导电材料的加工中。阐述了一种高效紧凑的高功率高亮度蓝光半导体激光光纤耦合的实现方法，将27只蓝光单管组成3×9阵列并耦合进100 μm/NA0.2的光纤中。研制出的光纤耦合模块可实现450 nm波段蓝光LD输出，功率约75 W，电光效率约28%，还可采用偏振合束进一步提升光纤耦合激光功率。
高功率蓝光半导体激光可广泛应用于高反射高导电材料的加工中。阐述了一种高效紧凑的高功率高亮度蓝光半导体激光光纤耦合的实现方法，将27只蓝光单管组成3×9阵列并耦合进100 μm/NA0.2的光纤中。研制出的光纤耦合模块可实现450 nm波段蓝光LD输出，功率约75 W，电光效率约28%，还可采用偏振合束进一步提升光纤耦合激光功率。
2022, 34: 031010.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210283
摘要:
为了提高5052铝合金的粘接性能，利用脉冲光纤激光的短脉冲和高峰值功率的特性，对铝合金试件进行了激光毛化试验研究。通过正交实验法，研究了平均功率、扫描速度、脉冲频率和脉冲宽度等工艺参数对激光毛化质量的影响，以及各工艺参数的影响权重，并求得最佳工艺参数，最佳工艺参数为平均功率90 W、扫描速度10 mm/s、脉冲频率1000 kHz、脉冲宽度200 ns。根据优化后的工艺参数，加工获得了粗糙度2.35 μm，然后对激光毛化后的铝合金试件进行单搭接拉伸试验，研究发现粘接强度随着粗糙度的增大而增大，当粗糙度到达一定程度时，粘接强度反而会随着粗糙度的增大而减小。另外，粘接强度还跟铝合金表面的微织构的类型及疏密程度都有很大关系。
为了提高5052铝合金的粘接性能，利用脉冲光纤激光的短脉冲和高峰值功率的特性，对铝合金试件进行了激光毛化试验研究。通过正交实验法，研究了平均功率、扫描速度、脉冲频率和脉冲宽度等工艺参数对激光毛化质量的影响，以及各工艺参数的影响权重，并求得最佳工艺参数，最佳工艺参数为平均功率90 W、扫描速度10 mm/s、脉冲频率1000 kHz、脉冲宽度200 ns。根据优化后的工艺参数，加工获得了粗糙度2.35 μm，然后对激光毛化后的铝合金试件进行单搭接拉伸试验，研究发现粘接强度随着粗糙度的增大而增大，当粗糙度到达一定程度时，粘接强度反而会随着粗糙度的增大而减小。另外，粘接强度还跟铝合金表面的微织构的类型及疏密程度都有很大关系。
2022, 34: 031011.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210288
摘要:
提出了基于激光脉冲波形精密调控和能量稳定性控制的双回路同步闭环设计方法，进而在任意波形发生器与预放大系统输出处建立脉冲波形闭环控制系统，在保偏大模场光纤放大器和再生放大器间建立能量稳定性闭环系统。依托大口径高通量实验平台，实现了激光脉冲波形的快速高稳定精密调控，脉冲波形闭环精度优于2%（RMS），脉冲能量稳定性优于5%（PV）。该技术成功应用到物理实验正式发射中，常规整形脉冲波形的功率准确度优于2%，相关结果有力支撑了ICF激光驱动器激光参数精密调控设计。
提出了基于激光脉冲波形精密调控和能量稳定性控制的双回路同步闭环设计方法，进而在任意波形发生器与预放大系统输出处建立脉冲波形闭环控制系统，在保偏大模场光纤放大器和再生放大器间建立能量稳定性闭环系统。依托大口径高通量实验平台，实现了激光脉冲波形的快速高稳定精密调控，脉冲波形闭环精度优于2%（RMS），脉冲能量稳定性优于5%（PV）。该技术成功应用到物理实验正式发射中，常规整形脉冲波形的功率准确度优于2%，相关结果有力支撑了ICF激光驱动器激光参数精密调控设计。
2022, 34: 031012.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210267
摘要:
在激光驱动惯性约束核聚变研究中，具有宽带、低相干特性的时间低相干光源将有望降低激光与等离子体相互作用的不稳定性，成为新一代激光驱动装置的有力竞争者。实现高功率低相干光放大输出是低相干光驱动器能否应用于惯性约束聚变领域的核心。光参量放大具有大带宽、高增益、无热效应等优势，可避免能级型放大介质的光谱窄化问题，是实现宽带低相干光放大的有效方案。系统阐述了宽带时间低相干光参量放大技术的原理和技术特性，并基于实验验证了采用非共线相位匹配的近红外波段宽带时间低相干光级联参量放大过程，最终实现\begin{document}$ 7 \times {10^7} $\end{document} ![]()
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在激光驱动惯性约束核聚变研究中，具有宽带、低相干特性的时间低相干光源将有望降低激光与等离子体相互作用的不稳定性，成为新一代激光驱动装置的有力竞争者。实现高功率低相干光放大输出是低相干光驱动器能否应用于惯性约束聚变领域的核心。光参量放大具有大带宽、高增益、无热效应等优势，可避免能级型放大介质的光谱窄化问题，是实现宽带低相干光放大的有效方案。系统阐述了宽带时间低相干光参量放大技术的原理和技术特性，并基于实验验证了采用非共线相位匹配的近红外波段宽带时间低相干光级联参量放大过程，最终实现
2022, 34: 031013.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210270
摘要:
针对中物院高功率太赫兹自由电子激光（THz FEL）装置，结合FEL光腔振荡器实验的实际情况，提出了全波导近共心谐振腔设计方案。完成了THz波段波导光腔对光腔品质影响的理论分析和模拟计算，确定了波导设计尺寸为14 mm和22 mm。同时针对最初实验调试过程中无法出光饱和的问题，提出将波导更换为22 mm大尺寸波导的建议，波导更换后很快在2.56 THz获得饱和出光。另外针对实验频段无法覆盖到1～2 THz的问题，我们通过波导内壁粗糙度进行分析判断，提出采用14 mm铜材质的全波导FEL振荡器的设计方案，采用该方案后，实验成功将辐射频段拓展到0.7～4.2 THz，获得饱和输出。
针对中物院高功率太赫兹自由电子激光（THz FEL）装置，结合FEL光腔振荡器实验的实际情况，提出了全波导近共心谐振腔设计方案。完成了THz波段波导光腔对光腔品质影响的理论分析和模拟计算，确定了波导设计尺寸为14 mm和22 mm。同时针对最初实验调试过程中无法出光饱和的问题，提出将波导更换为22 mm大尺寸波导的建议，波导更换后很快在2.56 THz获得饱和出光。另外针对实验频段无法覆盖到1～2 THz的问题，我们通过波导内壁粗糙度进行分析判断，提出采用14 mm铜材质的全波导FEL振荡器的设计方案，采用该方案后，实验成功将辐射频段拓展到0.7～4.2 THz，获得饱和输出。
2022, 34: 031014.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210297
摘要:
通过一维粒子模拟研究了利用相对论少周期强激光与固体密度等离子体表面相互作用实现单个孤立阿秒光脉冲产生的参数条件。主要研究描述相互作用的多维参数，如激光强度、入射角和等离子体标尺长度等，对相对论高次谐波能量转换效率和孤立阿秒光脉冲分离度的影响。研究发现，虽然激光等离子体参数对阿秒光脉冲产生的影响是复杂的，但是存在着能够实现大能量孤立阿秒光脉冲的最佳等离子体标尺长度和最佳入射角。当其他相互作用条件确定时，使用中等强度的相对论强激光可以在较宽的参数范围内实现孤立的阿秒光脉冲。大角度入射时，孤立阿秒光脉冲的分离度较高，能够实现孤立阿秒光脉冲的相互作用参数范围也较宽。
通过一维粒子模拟研究了利用相对论少周期强激光与固体密度等离子体表面相互作用实现单个孤立阿秒光脉冲产生的参数条件。主要研究描述相互作用的多维参数，如激光强度、入射角和等离子体标尺长度等，对相对论高次谐波能量转换效率和孤立阿秒光脉冲分离度的影响。研究发现，虽然激光等离子体参数对阿秒光脉冲产生的影响是复杂的，但是存在着能够实现大能量孤立阿秒光脉冲的最佳等离子体标尺长度和最佳入射角。当其他相互作用条件确定时，使用中等强度的相对论强激光可以在较宽的参数范围内实现孤立的阿秒光脉冲。大角度入射时，孤立阿秒光脉冲的分离度较高，能够实现孤立阿秒光脉冲的相互作用参数范围也较宽。
2022, 34: 031015.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210287
摘要:
在微介观诊断中往往因为空间限制，选择具有亮度高、单色性好、对比度强的特征谱线，而忽略了轫致辐射谱线。率先实验设计了特征谱线和轫致辐射谱线的双光谱诊断X射线光源的方法，在中国工程物理研究院“星光Ⅲ”激光装置飞秒激光束靶室上进行实验，激光功率密度大于1.6×1018 W/cm2，脉宽为30 fs，45°入射靶面。在入射靶前侧，设计了用于特征光谱成像的针孔成像光路，获得Cu纳米颗粒靶产生的特征X射线的焦斑图像，为76 μm，大于刃边方法测得半径为54 μm的焦斑。在靶后侧，设计了轫致辐射成像光路，利用PIX射线CCD获得2×5的圆形Ta组图像。实验表明，利用双光谱成像设计合理，适合微介观材料动态诊断，提高诊断效率。
在微介观诊断中往往因为空间限制，选择具有亮度高、单色性好、对比度强的特征谱线，而忽略了轫致辐射谱线。率先实验设计了特征谱线和轫致辐射谱线的双光谱诊断X射线光源的方法，在中国工程物理研究院“星光Ⅲ”激光装置飞秒激光束靶室上进行实验，激光功率密度大于1.6×1018 W/cm2，脉宽为30 fs，45°入射靶面。在入射靶前侧，设计了用于特征光谱成像的针孔成像光路，获得Cu纳米颗粒靶产生的特征X射线的焦斑图像，为76 μm，大于刃边方法测得半径为54 μm的焦斑。在靶后侧，设计了轫致辐射成像光路，利用PIX射线CCD获得2×5的圆形Ta组图像。实验表明，利用双光谱成像设计合理，适合微介观材料动态诊断，提高诊断效率。
2022, 34: 031016.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210262
摘要:
上海软X射线自由电子激光用户装置（SXFEL）是我国首台可以运行在水窗波段的自由电子激光装置，未来可以为5个实验线站供光，其主要运行模式为自放大自发辐射模式以及外种子模式。本文就SXFEL的外种子模式进行了从头到尾的模拟研究，主要包括EEHG-HGHG混合级联与单级EEHG两种方案。模拟结果表明，虽然EEHG-HGHG混合级联模式较为复杂，但能够产生更高功率的高次谐波辐射。除此之外，我们还研究了各种三维效应对EEHG的影响。模拟和分析结果表明，通过上述两种方案，采用紫外波段的种子激光，用户可以得到全相干、窄带宽、短脉冲的水窗波段自由电子激光。
上海软X射线自由电子激光用户装置（SXFEL）是我国首台可以运行在水窗波段的自由电子激光装置，未来可以为5个实验线站供光，其主要运行模式为自放大自发辐射模式以及外种子模式。本文就SXFEL的外种子模式进行了从头到尾的模拟研究，主要包括EEHG-HGHG混合级联与单级EEHG两种方案。模拟结果表明，虽然EEHG-HGHG混合级联模式较为复杂，但能够产生更高功率的高次谐波辐射。除此之外，我们还研究了各种三维效应对EEHG的影响。模拟和分析结果表明，通过上述两种方案，采用紫外波段的种子激光，用户可以得到全相干、窄带宽、短脉冲的水窗波段自由电子激光。
2022, 34: 031017.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210319
摘要:
针对高速流场下凸台周围的气动光学效应，对不同马赫数下的三种凸台形状周围的流场进行仿真计算，计算得到流场的密度变化，计算了光线经流场传输后的光程差。仿真结果表明：随马赫数增大，光程差逐步增大；同等条件下，不同出射角度对应的光程差不同，凸台存在强烈的尾流区域，从而导致较大的光程差；在马赫数达到跨音速时，凸台顶端也会产生较大的光程差；曲率较小的凸台结构对周围流场的影响较小。
针对高速流场下凸台周围的气动光学效应，对不同马赫数下的三种凸台形状周围的流场进行仿真计算，计算得到流场的密度变化，计算了光线经流场传输后的光程差。仿真结果表明：随马赫数增大，光程差逐步增大；同等条件下，不同出射角度对应的光程差不同，凸台存在强烈的尾流区域，从而导致较大的光程差；在马赫数达到跨音速时，凸台顶端也会产生较大的光程差；曲率较小的凸台结构对周围流场的影响较小。
2022, 34: 031018.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210271
摘要:
提出了一种大功率半导体激光器光谱合束光栅仿真模型。该模型针对光谱合束中的核心器件光栅的光-热-应力变化特性进行了分析。数值分析结果表明，当激光巴条功率为200 W，自然对流系数为10 W·(m2·K)−1时，衍射光栅上温度最高点可升高至346.52 K，应力最高点可升高至0.4825 Pa，光栅表面变量最高为52.28 nm/mm，这将会使得反馈光束中心位置发生0.25～0.3 mm的偏移，从而影响激光功率以及合束效率。减少衍射光栅基底厚度，在相同激光光源条件下工作，温度、应力、面形以及应变的变化均能有效抑制，这与实验结果具有较高的一致性。该方法为大功率半导体激光器的结构设计和光学器件的测试分析提供了有效的多物理场分析，为激光器设计和测试提供了综合分析数值模型。
提出了一种大功率半导体激光器光谱合束光栅仿真模型。该模型针对光谱合束中的核心器件光栅的光-热-应力变化特性进行了分析。数值分析结果表明，当激光巴条功率为200 W，自然对流系数为10 W·(m2·K)−1时，衍射光栅上温度最高点可升高至346.52 K，应力最高点可升高至0.4825 Pa，光栅表面变量最高为52.28 nm/mm，这将会使得反馈光束中心位置发生0.25～0.3 mm的偏移，从而影响激光功率以及合束效率。减少衍射光栅基底厚度，在相同激光光源条件下工作，温度、应力、面形以及应变的变化均能有效抑制，这与实验结果具有较高的一致性。该方法为大功率半导体激光器的结构设计和光学器件的测试分析提供了有效的多物理场分析，为激光器设计和测试提供了综合分析数值模型。
2022, 34: 031019.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210282
摘要:
脉冲宽度在百as（1 as=10−18 s）量级的X射线脉冲在超快科学领域有极为重要的作用。相较于目前世界上大部分运行在自发放大辐射模式的X射线自由电子激光（FEL），增强型自发放大辐射（ESASE）模式可以显著增加电子束的峰值流强，减小FEL的增益长度，可用来产生百as量级的超快X射线。基于典型的软X射线FEL参数，对ESASE方案的参数进行了模拟优化，得到了百as量级、功率可达1 GW以上、波长可在水窗波段且可调节的X射线脉冲，为后续开展ESASE实验及其实验参数的优化提供参考。
脉冲宽度在百as（1 as=10−18 s）量级的X射线脉冲在超快科学领域有极为重要的作用。相较于目前世界上大部分运行在自发放大辐射模式的X射线自由电子激光（FEL），增强型自发放大辐射（ESASE）模式可以显著增加电子束的峰值流强，减小FEL的增益长度，可用来产生百as量级的超快X射线。基于典型的软X射线FEL参数，对ESASE方案的参数进行了模拟优化，得到了百as量级、功率可达1 GW以上、波长可在水窗波段且可调节的X射线脉冲，为后续开展ESASE实验及其实验参数的优化提供参考。
2022, 34: 031020.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210285
摘要:
外种子型自由电子激光具有全相干、频谱稳定、极高亮度的优点，可以实现在超小空间和超快时间尺度下对物质结构的研究。具有特殊横向相位模式的光特别是具有螺旋相位的带轨道角动量的涡旋光已经在众多科学领域有了应用，基于自由电子激光原理产生的辐射横向模式基本上为简单的高斯模式，为产生具有横向螺旋相位的相干涡旋X射线，对基于回声谐波放大型(EEHG)自由电子激光产生涡旋光方案进行了深入研究，并且根据上海软X射线自由电子激光装置(SXFEL)的参数，进行了相关方案设计和模拟研究。三维模拟结果表明，外种子型EEHG自由电子激光可以产生峰值功率可达到GW量级的相干涡旋软X射线。
外种子型自由电子激光具有全相干、频谱稳定、极高亮度的优点，可以实现在超小空间和超快时间尺度下对物质结构的研究。具有特殊横向相位模式的光特别是具有螺旋相位的带轨道角动量的涡旋光已经在众多科学领域有了应用，基于自由电子激光原理产生的辐射横向模式基本上为简单的高斯模式，为产生具有横向螺旋相位的相干涡旋X射线，对基于回声谐波放大型(EEHG)自由电子激光产生涡旋光方案进行了深入研究，并且根据上海软X射线自由电子激光装置(SXFEL)的参数，进行了相关方案设计和模拟研究。三维模拟结果表明，外种子型EEHG自由电子激光可以产生峰值功率可达到GW量级的相干涡旋软X射线。
2022, 34: 031021.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210250
摘要:
激光驱动惯性约束聚变（ICF）研究是当前国际前沿科学中一个具有挑战性的研究领域，它以高能激光作为驱动源，在极短的时间内将大量能量注入靶丸中使聚变材料达到高温高密度的状态从而在靶丸中心形成热斑并引燃整个燃料层，最终实现可控核聚变。由于内爆热斑直径为50～100 μm，其持续时间为100～200 ps，离子温度达到5 keV，压力可达4.0×1016 Pa。因此，发展极端瞬态条件下的诊断技术具有重要意义。介绍了两种基于压缩感知技术的诊断方法，第一种是基于数字微镜阵列（DMD）进行编码的反射式可见光压缩感知技术，这种技术将现有的一维任意反射面速度干涉仪（VISAR）与压缩超快成像（CUP）系统相结合，有望实现一种全新的具有高时间分辨的二维VISAR诊断技术，将诊断维度从一维扩展至二维，同时它克服了现有的二维VISAR单幅成像的缺点，有望实现对内爆压缩过程流体力学不稳定性演化过程的连续诊断。由于基于DMD进行编码的反射式可见光压缩感知技术只能用于可见光波段，无法用于紫外与X光波段，为此还发展了一种透射式压缩感知技术。这种透射式压缩感知技术采用一种新颖的透射式元件实现对待测信号的编码，可以实现对紫外和X光波段信号的二维超快探测，有望实现对内爆热斑超快时空演化过程进行精密诊断。此外，针对单通道CUP技术的高时间分辨的优势和低空间分辨的不足，还提出了多通道编码、分别扫描、解码、再合成的全新的高时空分辨诊断系统基本思路，有望实现高时间分辨的同时，实现高空间分辨的二维新型诊断技术。
激光驱动惯性约束聚变（ICF）研究是当前国际前沿科学中一个具有挑战性的研究领域，它以高能激光作为驱动源，在极短的时间内将大量能量注入靶丸中使聚变材料达到高温高密度的状态从而在靶丸中心形成热斑并引燃整个燃料层，最终实现可控核聚变。由于内爆热斑直径为50～100 μm，其持续时间为100～200 ps，离子温度达到5 keV，压力可达4.0×1016 Pa。因此，发展极端瞬态条件下的诊断技术具有重要意义。介绍了两种基于压缩感知技术的诊断方法，第一种是基于数字微镜阵列（DMD）进行编码的反射式可见光压缩感知技术，这种技术将现有的一维任意反射面速度干涉仪（VISAR）与压缩超快成像（CUP）系统相结合，有望实现一种全新的具有高时间分辨的二维VISAR诊断技术，将诊断维度从一维扩展至二维，同时它克服了现有的二维VISAR单幅成像的缺点，有望实现对内爆压缩过程流体力学不稳定性演化过程的连续诊断。由于基于DMD进行编码的反射式可见光压缩感知技术只能用于可见光波段，无法用于紫外与X光波段，为此还发展了一种透射式压缩感知技术。这种透射式压缩感知技术采用一种新颖的透射式元件实现对待测信号的编码，可以实现对紫外和X光波段信号的二维超快探测，有望实现对内爆热斑超快时空演化过程进行精密诊断。此外，针对单通道CUP技术的高时间分辨的优势和低空间分辨的不足，还提出了多通道编码、分别扫描、解码、再合成的全新的高时空分辨诊断系统基本思路，有望实现高时间分辨的同时，实现高空间分辨的二维新型诊断技术。
2022, 34: 031022.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210214
摘要:
合肥红外自由电子激光（IR-FEL）是一个工作在中红外和远红外波段的自由电子激光装置，为达到其设计指标，需要使用低电平系统（LLRF）对加速腔内加速场的幅度和相位进行监测和控制。但是速调管的输入输出非线性特性，使得近饱和区控制增益降低，导致了反馈效率的降低。设计了基于可编程逻辑阵列（FPGA）的预失真模型对速调管的幅度非线性特性进行修正，并且对2048节点直接查找表算法和32节点线性插值查找表算法进行了比较和在线实验。比较结果显示，在准确度满足要求情况下，直接查找表算法比线性插值查找表算法延迟减少25%，并且资源消耗量要少于线性插值查找表算法。采用基于直接查找表算法的预失真模块在东芝E3729型号速调管上进行了反馈效率的比较，添加预失真模块后反馈效率提高了43%。
合肥红外自由电子激光（IR-FEL）是一个工作在中红外和远红外波段的自由电子激光装置，为达到其设计指标，需要使用低电平系统（LLRF）对加速腔内加速场的幅度和相位进行监测和控制。但是速调管的输入输出非线性特性，使得近饱和区控制增益降低，导致了反馈效率的降低。设计了基于可编程逻辑阵列（FPGA）的预失真模型对速调管的幅度非线性特性进行修正，并且对2048节点直接查找表算法和32节点线性插值查找表算法进行了比较和在线实验。比较结果显示，在准确度满足要求情况下，直接查找表算法比线性插值查找表算法延迟减少25%，并且资源消耗量要少于线性插值查找表算法。采用基于直接查找表算法的预失真模块在东芝E3729型号速调管上进行了反馈效率的比较，添加预失真模块后反馈效率提高了43%。
2022, 34: 031023.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210335
摘要:
针对传统基于图像分割和特征提取的手势识别算法在复杂背景下识别准确率低、灵活性差的问题，基于目标检测神经网络的手势识别算法可以有效提高复杂环境下手势识别的准确性。受嵌入式处理器体积和功耗的限制，常用的目标检测神经网络在嵌入式上的识别速度较低，不能满足实时手势识别的要求。在SSD目标检测的基础上对其进行优化，使用MobileNetv3网络实现特征提取，目标检测方面则是使用SSD-lite结构，其使用深度可分离卷积替代普通卷积，实现了轻量化MobileNetv3-SSDLite手势识别算法的设计。针对手势识别的要求，制作了包含不同手势的数据集，利用它在服务器上完成了模型的训练。为了满足嵌入式的算力限制，通过模型的量化压缩将float64的网络参数量化为int8，并压缩网络结构，提高网络在嵌入式上的推理速度，实现基于嵌入式的手势识别。实验结果表明，基于嵌入式的MobileNetv3-SSDLite手势识别算法可以达到平均准确率99.61%，且识别速度达到每秒50帧以上，满足实时手势识别的要求。
针对传统基于图像分割和特征提取的手势识别算法在复杂背景下识别准确率低、灵活性差的问题，基于目标检测神经网络的手势识别算法可以有效提高复杂环境下手势识别的准确性。受嵌入式处理器体积和功耗的限制，常用的目标检测神经网络在嵌入式上的识别速度较低，不能满足实时手势识别的要求。在SSD目标检测的基础上对其进行优化，使用MobileNetv3网络实现特征提取，目标检测方面则是使用SSD-lite结构，其使用深度可分离卷积替代普通卷积，实现了轻量化MobileNetv3-SSDLite手势识别算法的设计。针对手势识别的要求，制作了包含不同手势的数据集，利用它在服务器上完成了模型的训练。为了满足嵌入式的算力限制，通过模型的量化压缩将float64的网络参数量化为int8，并压缩网络结构，提高网络在嵌入式上的推理速度，实现基于嵌入式的手势识别。实验结果表明，基于嵌入式的MobileNetv3-SSDLite手势识别算法可以达到平均准确率99.61%，且识别速度达到每秒50帧以上，满足实时手势识别的要求。
