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1.
基于掺铒氟化物光纤的2.8 μm可调谐激光输出
佟亮 , 黄海波 , 文宇轩 , 陈颂元 , 陶俊哲 , 叶珊珊 , 郑子其 , 王洋洋 , 黄松 , 高伟清
量子电子学报 2024, 41 (
2
): 269-277. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2024.02.009
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采用高浓度掺杂的掺铒氟化物光纤可以增强铒离子的能量转移上转换过程, 从而产生2.8 μm 波段的中红外 激光。铒离子的全波段发射光谱范围覆盖0.5~3.0 μm, 其发射波长与相应能级之间的跃迁相吻合。对铒离子全波段的激光输出开展了实验研究。由于氟化物掺铒光纤的高掺杂浓度, 2.8 μm 激光占据主导地位。当泵浦功率为2~4 W 时, 激光输出在2714~2784 nm 范围内可调谐, 这是由增益竞争和腔内选择性以及非均匀加宽效应造成的。当泵浦功 率增加到3 W 以上时, 可以观察到激光的谱分裂现象。实验获得了2.8 μm 波段的高稳定中红外激光, 最大输出功率 为0.7 W, 斜率效率为12%。
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2.
深紫外飞秒脉冲准分子激光放大同步特性研究
范军 , 杨礼昭 , 游利兵 , 戎丹丹 , 王宏伟 , 寸超 , 方晓东 ,
量子电子学报 2024, 41 (
2
): 278-288. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2024.02.010
摘要
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27
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为了获得大能量的深紫外超短脉冲, 将深紫外飞秒种子光通过ArF 准分子放大器进行放大。通过对种子光 信号和准分子放大器的荧光信号进行测量, 在不同环境下, 针对种子光信号与放大器放电信号之间的延时对脉冲单 程放大特性的影响进行了研究。研究结果表明, 放大系统实现了种子光与准分子放大器的低抖动精确同步, 空气和 氮气环境下脉冲能量最高分别为197.2 μJ 和312.6 μJ, 且氮气环境下脉冲展宽较空气平均降低99.2 fs。相较于空气环 境, 氮气环境可有效降低深紫外超短脉冲的能量衰减与脉冲展宽, 且同步抖动对放大特性影响较小。
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3.
用于太阳光泵浦光纤激光聚光系统的改进型复合抛物面聚光器的设计
张墨 , 王子荣 , 王书新 , 张星祥
量子电子学报 2024, 41 (
2
): 289-299. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2024.02.011
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为研制适用于太阳光泵浦光纤激光器的聚光系统, 在分析了传统复合抛物面聚光器(CPC)用于耦合光纤的可 行性及其缺陷的基础上, 提出了一种改进型CPC 用于光纤耦合。完成了由主级抛物面反射镜和次级改进型CPC 组 成的太阳光泵浦多级聚光方案, 并与普通CPC 和透镜组构成次级聚光器的方案以及无次级聚光器的方案进行了对 比。光线追迹仿真模拟结果表明: 改进型CPC 能够克服普通CPC 出射光线发散的缺陷, 从而提高与光纤的耦合效 率, 当主镜接收角度在±0.55°范围内, 其耦合效率维持在93.53%-96.43%, 该结果优于其他方案。
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4.
探测器阵列高精度二维标定平台控制系统设计
于龙昆 , 李智祥 , 温小辉 , 刘辉 , 谭逢富
量子电子学报 2024, 41 (
2
): 300-309. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2024.02.012
摘要
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为了实现快速、高精度探测器阵列标定, 对探测器阵列高精度二维标定平台控制系统进行了研究, 设计了采 用单片机控制步进电机加编码器的闭环位移控制系统。介绍了该平台的标定原理和硬、软件控制系统设计, 并对控 制PID 算法进行了研究, 最后搭建了标定系统对控制系统进行综合测试。实验结果表明该控制系统有良好的控制能 力, 平台在600 mm× 600 mm 的有效行程内定位精度可达 −11~12 μm, 十次单点测试数据变异系数为 0.13%, 连续模 式下平均测量误差为1.65%。该平台设计满足探测器阵列的标定要求, 为探测器阵列标定提供了一种有效手段。
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5.
高环境适应性全固态激光器
段丹阳, 董云升, 张天舒, 吕立慧, 付毅宾, 高慧慧, 裴永康
量子电子学报 2023, 40 (
6
): 858-867. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.06.006
摘要
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149
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针对车载激光雷达对激光器光源的应用需求, 设计了一种高环境适应性、高重频的全固态激光器。设计上, 采用ABCD传输矩阵理论对谐振腔进行计算和分析, 实现了激光介质内泵浦光和振荡光最佳的模式匹配; 实验上, 进 行了谐振腔的胶水稳定性测试和局部温控测试, 从工艺上提高谐振腔的稳定性。通过测量激光器在高温、低温、振 动等不同工况下的功率稳定性, 证明了激光器具有高环境适应性。该激光器基于风冷散热实现了整机在 −10 o C至 55 o C温度范围内和公路谱振动条件下的稳定工作。在泵浦功率为8.31 W、声光调Q模式下, 获得了脉宽为7 ns、重复 频率为4 kHz、平均功率为0.95 W、单脉冲能量为0.24 mJ的532 nm绿光输出,满足激光雷达车载的应用需求。
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6.
应用于高速 MDI-QKD 系统的脉冲激光器研制
何宗武, 黄思诚, 温昕澄, 马庆力 ∗, 阴泽杰,
量子电子学报 2023, 40 (
6
): 868-878. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.06.007
摘要
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94
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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。
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7.
阵列靶防护取样面板热效应仿真分析
张 凯, 谭逢富, 侯再红, 黄志刚, 仇陈祥, 张巳龙, 吴 毅,
量子电子学报 2023, 40 (
6
): 879-887. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.06.008
摘要
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53
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探测器阵列靶是测量激光光斑分布的常用设备, 在高功率激光长时间辐照下阵列靶的取样面板需要更高的 抗损伤能力。为了提高取样面板的抗损伤能力, 从热设计角度出发, 基于Ansys Workbench有限元分析软件, 比较 了不同厚度、不同热管排布方式以及不同界面传热系数下, 防护取样面板在高功率激光长时间辐照下的温度场和热 应力。分析结果表明, 添加十字热管排布后, 在激光辐照 120 s 时, 6 mm 厚度的取样面板耐受峰值功率密度从 1470.9 W·cm-2 提高至3632.1 W·cm-2 。该仿真分析为阵列靶防护取样面板的设计提供了有效的理论和数据支持。
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8.
高空光谱辐亮度仪的光机设计与实验分析
康祝海, 李 新, 刘恩超, 张 权, 郑小兵
量子电子学报 2023, 40 (
6
): 888-898. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.06.009
摘要
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76
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针对现阶段星载遥感器高精度定标的需求, 研制了高空光谱辐亮度仪, 可应用于辐亮度法替代定标, 提升定 标精度。该仪器光谱范围为400~2500 nm, 搭载在高空气球平台上能够在18~35 km高空中直接对地测量反射辐 亮度。该仪器光机系统主要由前置一体式镜筒、色散模块和光机温控模块组成。为了验证该高空光谱辐亮度仪的可 靠性与测量数据的准确性, 在青海大柴旦开展了该仪器与美国 Spectra Vista 公司SVC光谱仪的比对实验以及高空飞 行实验。实验结果表明: 在地面测量中两台仪器所测辐亮度具有良好的一致性, 二者偏差普遍在± 1%以内, 最大偏 差在± 3.5%以内; 在高空飞行实验中, 研制的辐亮度仪在25 km高空中平稳飞行6 h, 获得了高空测量辐亮度, 各模块 与探测器温度均稳定保持在设定值。实验结果验证了整个仪器的可靠性, 表明所研制的辐亮度仪满足对卫星遥感器 的高精度定标需求, 适合于高空高精度测量。
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9.
光电反馈抑制DBR单纵模光纤激光器的弛豫振荡噪声
刘元煌 , 魏珊珊 , 陈雨君 , 姚波 , 毛庆和 ,
量子电子学报 2023, 40 (
5
): 677-683. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.05.006
摘要
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114
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报道了使用光电反馈法对 1.5 μm 分布式布拉格反射 (DBR) 单纵模光纤激光器强度噪声的抑制结果。通过 分析光纤激光器的泵浦扰动到激光输出功率波动的传递函数, 发现其相频响应在弛豫振荡频率处有180°相位突变。 因此, 依据已有的商用比例积分 (PI) 控制电路设计并构建了一阶移相网络, 在弛豫振荡频率处提供45°超前相位以 补偿该频率处的相位突变。采用该反馈控制系统, 可将激光器的弛豫振荡峰由 −95 dB/Hz 降至 −125 dB/Hz, 抑制幅 度高达30 dB。抑制后的光纤激光器有望在精密测量等应用中发挥重要作用。
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10.
半导体激光器驱动电路设计及实验研究
高彦伟, 张玉钧, 刘海秋, 马慧敏
量子电子学报 2023, 40 (
5
): 684-693. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.05.007
摘要
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143
)
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139
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可调谐半导体激光器是可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)系统的重要器件之一, 激光器输出波长的稳 定性直接决定系统测量的准确性和稳定性, 而注入电流和工作温度是激光器输出波长的主要控制因素。设计了激 光器驱动控制电路, 并利用PID 控制实现激光器工作温度的恒温控制, 不仅能提供高精度低噪声的注入电流, 而且 对激光器有完备的安全保护功能。首先对注入电流和温度控制进行了短期测试分析, 随后将设计的电路应用于中 心波长为1512 nm 的激光器, 开展了测试分析, 对激光器的温度、电流调谐特性进行研究, 并对激光器输出波长的稳 定性进行了短期和长期测试。结果发现激光器输出波长的标准偏差为0.0002, 满足TDLAS 系统对激光器恒流恒温 控制的要求, 表明该驱动控制电路实现了对半导体激光器的高精度驱动控制。
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11.
深紫外飞秒激光脉宽测量
张艳琳, 游利兵, 王宏伟, 王琪, 胡泽雄, 范军, 方晓东,
量子电子学报 2023, 40 (
4
): 469-475. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.04.005
摘要
(
212
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134
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为准确测量193 nm 深紫外飞秒激光的脉冲宽度, 基于氟化钙的双光子荧光效应, 设计并搭建了用于紫外飞 秒激光脉冲的脉宽测量系统。双光子荧光信号强度与入射激光光强的平方依赖关系证明了获得双光子荧光信号的 可靠性。利用插入法进行了CCD 探测系统的数值标定, 获得单像素对应的时间尺度为7.35 fs。单脉冲测量下, 得到 193 nm 深紫外飞秒激光的脉宽为476.1 fs, 与利用光谱法进行测量计算得到的结果基本吻合。
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12.
基于窄带耗散孤子Figure-9 光纤振荡器和单级 单模光纤放大器的皮秒脉冲光纤前端
张震, 段典, 陈雨君, 魏珊珊, 马金栋, 姚波, 毛庆和
量子电子学报 2023, 40 (
4
): 476-482. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.04.006
摘要
(
119
)
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111
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报道了一种基于Figure-9 光纤振荡器和单级单模光纤放大器的皮秒脉冲光纤前端。通过优化光纤振荡器腔 内光纤长度, 获得了中心波长约为 1064 nm、重复频率10 MHz、脉冲能量0.4 nJ 的自启动单脉冲锁模窄带耗散孤子皮 秒脉冲;通过优化光纤放大器的增益光纤长度, 对光纤振荡器产生的21.07 ps 脉冲进行单级单模光纤放大后, 脉冲能 量达10 nJ 时的脉冲光谱依然呈钟形结构, 3 dB 谱宽和脉宽分别为0.31 nm 和19.8 ps, 该皮秒脉冲光纤前端有望在精 密加工等领域发挥重要作用。
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13.
基于YAG/Nd: YAG/Cr4+: YAG 键合晶体 的被动调Q亚纳秒激光器
唐敬玲, 齐月, 白振旭, 齐瑶瑶, 丁洁, 颜秉政, 王雨雷, 吕志伟,
量子电子学报 2023, 40 (
4
): 483-491. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.04.007
摘要
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136
)
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225
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全固态被动调Q 激光器有光束质量好、脉冲宽度窄、结构紧凑等特点, 在雷达探测、工业制造等领域具有广 泛应用前景。对YAG/Nd: YAG/Cr4+: YAG 键合晶体被动调Q 激光器的输出特性进行了理论和实验研究, 在泵浦光中 心波长为808 nm、光斑直径为230 μm、泵浦功率为6.72 W 的泵浦条件下, 获得了平均功率1.41 W、脉宽736 ps, 重复 频率8.46 kHz 的调Q 激光输出。进一步研究表明, 随着泵浦光焦点远离Nd: YAG 端面, 激光光斑的对称性下降; 且 泵浦光焦点离Nd: YAG 端面的距离沿晶体轴向增大时, 激光阈值呈上升趋势。
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14.
退火温度对蓝宝石衬底上Mg2Si薄膜质量和光学性质的影响
廖杨芳, 谢泉
量子电子学报 2023, 40 (
4
): 492-499. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.04.008
摘要
(
109
)
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采用磁控溅射法在蓝宝石衬底上制备了结晶良好的Mg2Si 多晶薄膜, 研究了退火温度(375~475 oC)对薄膜 晶体结构、表面形貌、拉曼光谱和光学性质的影响。X 射线衍射(XRD)结果表明, 当退火温度为400 oC 时Mg2Si (220) 衍射峰强度最强, 样品结晶质量最好, 未见明显可观测的MgO 相。扫描电镜(SEM)结果表明, 所有样品表面 均呈现清晰可见的规则六边形, 且退火温度对形貌影响较小。拉曼光谱结果显示所有样品均呈现出Mg2Si 薄膜的特 征峰(256 cm-1附近的F2g振动模), 同时出现345 cm-1附近的F1u (LO)声子模, 表明生成样品均为结晶良好的Mg2Si 薄 膜。对薄膜光学性质的研究结果表明, 随着退火温度升高, 样品光学带隙先增大后减小。
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15.
全固态瓦级 388 nm 紫外连续激光器
钱龙龙 , 沈 咏 , 刘 曲 , 邹宏新
量子电子学报 2023, 40 (
3
): 392-399. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.03.011
摘要
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293
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采用自行研制的776.9 nm半导体激光器作为种子源, 经过锥形半导体放大器并整形后得到2.3 W的基频光, 再利用Ⅰ类相位匹配的三硼酸锂晶体和蝶形倍频腔产生了388.4 nm紫外连续激光。分析了锥形放大器中热透镜效 应对光束质量的影响, 并通过透镜、柱面镜、棱镜对光束进行整形, 提高了倍频腔的输入耦合效率。进一步通过优化 倍频腔的束腰尺寸和腔参数, 提高了紫外激光二次谐波的转换效率。最终2.3 W的基频光产生940 mW的紫外倍频 光输出, 倍频效率达到41%。
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16.
单光子探测器制冷系统研究
吕海燕 , 洪占勇 , 杜先常 ,
量子电子学报 2023, 40 (
3
): 400-406. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.03.012
摘要
(
170
)
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94
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负反馈雪崩光电二极管是一款单片集成负反馈电阻的砷化镓铟雪崩光电二极管光子计数器件。在基于负 反馈雪崩光电二极管的单光子探测器中, 高灵敏度的制冷系统是保障其正常工作的必备条件。采用被动制冷和主动 制冷相结合的方式, 设计了一套高灵敏度制冷系统。通过理论计算、仿真和实测该制冷系统, 表明该系统内部功耗降 低58.63%, 且在室温25 o C和高温65 o C环境下, 该系统均能使负反馈雪崩光电二极管工作温度控制在 (−20 ± 0.3) o C, 具有环境适应性强、制冷温差大、制冷温度可控等优点。
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17.
基于石英玻璃掺铥光纤的单纵模 DBR 光纤激光器的研制
陈雨君 姚波 刘昊炜 魏珊珊 毛庆和
量子电子学报 2023, 40 (
1
): 56-61. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.01.006
摘要
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214
)
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研制了一种具有频率调谐功能的 2 µm 波段分布 Bragg 反射 (DBR) 型单纵模光纤激光器。该激光器基 于石英玻璃单模掺铥光纤和 793 nm 半导体激光器泵浦源, 其光电器件分离集成在 1U 机箱内。通过内置压电陶 瓷 (PZT), 可实现对激光频率的快速调谐,调谐范围约 6 GHz; 通过 TEC 温度控制, 可实现对激光频率在 29 GHz 范围内无跳模调谐。单纵模激光输出功率为 18.2 mW, 输出激光信噪比大于 60 dB, 泵浦转换效率达 27%。该激 光器样机可望在高分辨光谱、量子信息以及非线性频率变换等领域发挥重要作用。
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18.
基于阱式阶梯电子阻挡层的深紫外激光二极管性能研究
魏士钦 王瑶 王梦真 王芳 刘俊杰 刘玉怀
量子电子学报 2023, 40 (
1
): 62-68. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.01.007
摘要
(
189
)
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为有效降低深紫外激光二极管 (DUV-LD) 在有源区的电子泄露, 提出了一种阱式阶梯电子阻挡层 (EBL) 结构。利用 Crosslight 软件对矩形、阶梯形和阱式阶梯形三种不同的结构分别进行了仿真研究, 详细对比分析 了三种结构器件的能带图、辐射复合率、电子空穴浓度、P − I 以及 V − I 特性等, 结果表明阱式阶梯 EBL 对电 子的泄露抑制效果最好, 从而使得器件的光学和电学性能得到优化。
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19.
准分子激光低抖动延时同步系统
胡泽雄, 游利兵, ∗, 寸 超, 王宏伟, 范 军, 王 琪, 张艳琳, 方晓东
量子电子学报 2023, 40 (
1
): 69-78. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.01.008
摘要
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192
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准分子激光放大技术可将固体掺钛蓝宝石飞秒激光器通过频率转换后得到的小能量深紫外飞秒脉冲放 大为大能量深紫外飞秒脉冲。为了满足准分子激光器与固体飞秒激光器之间同步工作的需要, 设计了一种准分 子激光低抖动延时同步系统。该系统采用现场可编程门阵列 (FPGA) 数字延时和可编程延时芯片延时相结合的 方法, 利用时间测量芯片实现对延时时间的闭环控制从而提高系统延时的稳定性, 最终实现对外触发脉冲信号 的精确延时。验证实验表明,该系统在 1∼100 Hz 频率下运行稳定, 输出触发脉冲信号延时范围为 56 ns∼2.4 µs, 理论延时步进为 10 ps, 抖动在 ±1 ns 内, 完全满足飞秒激光器与准分子激光器同步工作的需要。
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20.
γ 射线辐照对 Cr 掺杂 MgAl2O4 晶体光谱特征的影响
孙贵花∗, 张庆礼, 罗建乔, 高进云, 刘文鹏, 李加红, 陈迎迎
量子电子学报 2023, 40 (
1
): 79-84. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.01.009
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为评估辐照对 Cr:MgAl2O4 晶体光谱特性的影响, 采用辐照剂量为 100 Mrad 的 60Co γ 射线照射抛光后 的 Cr: MgAl2O4 晶体样品片, 测量了辐照前后的拉曼光谱、透射光谱和荧光特性, 并对辐照前后光谱变化的原因 进行了分析。研究结果表明: 样品的拉曼振动峰值的位置和强度都受到辐照的影响, 但振动峰的数量没有改变; 由于色心的吸收, 辐照后 250∼600 nm 波长范围内的透射率均明显降低; 辐照前后样品的荧光发射峰位一致, 但 辐照后荧光强度明显降低, 同时辐照后的荧光寿命显著增加。
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