摘要：针对集成电路成熟制程下的掩模检测需求,设计了一种适用于该应用场景的透射式结构光照明显微(SIM)检测系统。SIM技术在频率域内利用空间混频将物体的高频信息载入到光学系统的探测通带,从而使分辨率突破衍射极限。采用数字微镜器件(DMD)控制干涉光束的空间分布强度和相位,利用四方向照明(0°、45°、90°和135°,每个方向上分别有三个相位)提高各向同性的分辨率,并可选取级次较高的衍射光在样品表面产生高频结构光,进一步提高样品的空间分辨率。相较于大数值孔径的光学检测系统,该系统结构简单、灵活度高、分辨率提高潜力大。实验验证系统使用不同级次衍射光的成像能力,并简要分析影响SIM分辨率的因素,为基于该系统的优化和改良提供理论依据。

摘要：基于高掺氘DKDP晶体的光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)技术是实现百拍瓦(100 PW)超强超短激光脉冲放大的主要技术路线之一。基于SEL-100 PW激光装置OPCPA高能主放大系统的设计,研究了高能量泵浦光的空间近场分布和相位分布对高能量、超宽带OPCPA过程中信号光空间相位演变特性的影响。仿真计算结果表明:在非共线OPCPA过程中,信号光空间相位分布的变化主要由泵浦光空间强度分布和相位分布引起;在严格的相位匹配条件下,泵浦光光强呈6阶超高斯分布,当低阶相位畸变为1λ时,放大信号光的空间相位畸变为10^(-2)~10^(-4)rad,该值可以忽略,而且信号光相位空间分布与泵浦光相位空间分布梯度线性相关;在相位失配条件下,泵浦光光强将严重影响信号光的空间相位分布。本研究结果为基于高能、超宽带OPCPA技术路线的100 PW激光放大和波前优化提供了理论支持。

摘要：为了提升532 nm激光的产生效率和功率稳定性,以基于倒格矢实现准相位匹配的手段为基础,设计了合适的啁啾周期极化铌酸锂(CPPLN)晶体的结构并进行仿真,采用自制的1064 nm激光器对该结构的晶体进行腔外倍频实验。在输入的1064 nm连续光功率为22.53 W的条件下可以获得功率为148 mW、波长为532 nm的光,光光转换效率约为0.66%,是三硼酸锂(LBO)的15.58倍。进一步验证了CPPLN晶体的温度鲁棒性,532 nm倍频光的功率关于温度的半峰全宽为8.40℃,且在该范围内功率呈现振荡的趋势,其原因是加工精度的限制导致倒格矢分布不连续。所得到的输出倍频光的光斑为标准的高斯光斑,其并不受温度的影响。结果表明,该设计结构的CPPLN晶体相对于传统LBO晶体具有更高的倍频效率与温度鲁棒性。

摘要：逆康普顿散射源是利用高能电子束和强激光对撞产生高能辐射的光源。传统电子加速器作为电子源的逆康普顿散射源体积庞大,难以推广。而新型的激光等离子体电子加速器具有更高的加速梯度,具备小型化的发展潜力。全光逆康普顿散射源就是一种基于激光等离子体电子加速器实现的小型化高能辐射源,具有更短脉宽、更高亮度的辐射输出,应用前景十分广阔。首先,总结了全光逆康普顿散射源在提高亮度、能量和单能性等方面的优化研究进展,并分析了设计重点;最后,介绍了全光逆康普顿散射源在基础科学研究、工业和生物医学领域的典型应用。

摘要：聚焦光场强度是超强超短激光与物质相互作用实验中最为核心的技术指标之一。本文提出了10 PW激光系统在真空条件下聚焦光场的参数测量方案,解决了终端物理靶场在真空环境中难以实现激光参数准确测量的难题。该方案通过平场消色差物镜和大口径光学器件优化设计,降低了取样测量系统引入的色差和单色像差。利用理想光源对取样测量系统进行标定,结果显示,该系统引入的波前畸变峰谷值(PV值)为0.106μm,均方根值(RMS值)为0.016μm,接近测量仪器的最小极限值,对主激光测量误差的影响可以忽略。同时,取样测量系统实现了终端变形镜与波前探测器的严格物像共轭关系,保证了自适应光学系统波前校正效果最优。通过对比空气条件和真空条件下的波前和焦斑测量结果,验证了取样测量系统的有效性。在真空条件下,利用该取样测量系统对激光脉冲进行波前、焦斑测量和优化,获得了接近衍射极限的聚焦焦斑。2.7 PW激光脉冲经焦距为2000 mm的离轴抛物面镜聚焦后,聚焦光强可达到4×10^(21)W/cm^(2),能为物理实验提供极端的物理条件。

摘要：超快激光脉冲形状宽度测量的核心是光谱相位的精确测量。本文提出了一种结合深度学习的自参考光谱干涉(SRSI)方法,并用该方法进行了飞秒脉冲相位的测量。该方法基于针对一维信号的Dense-1D-U-Net神经网络,采用经典的编码-解码网络结构并加入稠密连接和跳跃连接来提高网络的性能。结合SRSI法的特点,本文设计出结合了稠密连接块的Dense-1D-U-Net神经网络。基于大量接近真实光谱相位的模拟光谱相位数据可以发现,基于Dense-1D-U-Net的SRSI算法的计算结果的均方根误差相比传统SRSI算法至少降低一个数量级。与有无稠密连接、跳跃连接的对照组神经网络进行对比,分析了Dense-1D-U-Net的优势。最后用实验测量数据验证了使用模拟数据训练的Dense-1D-U-Net具有计算实验数据的能力。Dense-1D-U-Net神经网络未来可以拓展应用到超快光谱等其他一维信息研究领域。

摘要：设计了中心波长800 nm带宽约500 nm的啁啾镜对,在550—1050 nm波长范围内提供约60 fs2群延迟色散(group delay dispersion,GDD),通过啁啾镜对的形式使GDD振荡波纹由单个啁啾镜的±100 fs2减小到±20 fs2.采用双射频离子束溅射方法进行制备,用白光干涉仪进行色散性能测试,从测试结果可以看出,制备的啁啾镜的反射率、GDD性能和设计值符合得比较好.制备出的550—1050 nm超宽带啁啾镜对在钛宝石激光器腔外进行色散补偿,原输入脉冲由24—27 fs压缩到12 fs,这是国产超宽带啁啾镜对的首次应用.

摘要：干气密封的核心技术在于微米级槽型的加工,密封槽型的理论深度hg一般为3~10μm、粗糙度Ra≤0.8μm,目前的主流开槽方式为激光加工,但其实际加工精度与理论研究存在较大差距,严重影响了干气密封的实际使用效果。本工作通过采用超快激光加工技术,以碳化硅(SiC)材料为实验对象,实现了槽深幅值波动区间为2μm、最大粗糙度为0.59μm水平的槽型精密加工,提出了以材料气化阈值对应最小激光能量为基准的超快激光精密加工工艺思路。同时结合有序造型设计方法,得到了有序性好、规整度高的有序造型槽型结构,微尺度织构间距的最大误差仅为2.5%。该技术较传统工艺方法的加工时间缩短约30%,实现了适用于实际工业应用的低成本、高效率的有序造型激光定向加工技术。最后提出了基于同一检测手段下的平均多处随机检测均方差的质量检测评价方法,可对干气密封开槽质量及深度进行科学认定,研究结果可为进一步提高干气密封的加工制造水平、降低成本提供理论和技术支持。

摘要：设计了一个激光光斑实时监测与光路自动准直装置,能够实时监测激光光斑并自动准直激光输出方向。基于透镜成像原理,使用CCD探测器获得光斑的二维成像,并根据两点确定一条直线原理和使用压电陶瓷电动调整架实现光路自动准直;监测控制程序采用虚拟仪器开发软件Lab View编写,可以实时监测激光光斑模式与光斑位置抖动情况,并进行反馈控制。经测试,设计装置的调整精度达0.5μrad,反馈控制频率约1 Hz,完全可降低或消除抖动周期在1 s以上的光斑飘移。

摘要：超快光纤激光器具有结构紧凑、可靠性高和光束质量好等优点,在科学研究和工业生产上有广泛的应用。2~5μm波段的中红外超快光纤激光器在气体探测、激光手术与中红外对抗中具有巨大的应用潜力,已成为超快光纤激光器领域的一个研究热点,尤其是利用掺杂铒离子的氟化物光纤作为增益光纤的光纤激光器,其可利用常见的980 nm泵浦激光产生2.8μm波段的超快激光,是研究最为广泛的中红外超快光纤激光器系统之一。然而,2.8μm波段的超快光纤激光器无论是在平均功率还是在单脉冲能量上,都与国际先进的近红外波段超快光纤激光器存在较大差距。前期报道的2.8μm超快光纤激光器输出的最高平均功率约为1 W,单脉冲能量约为30 nJ,这极大地限制了中红外超快光纤激光在高灵敏度气体测量等领域的应用。针对这一问题,本文设计了一套基于掺杂铒离子氟化物光纤的多级啁啾脉冲放大系统,并对其进行了数值模拟,此系统可将脉冲平均功率放大到10 W量级,从而获得超过250 nJ的单脉冲能量。此系统输出的高能量中红外脉冲具有约400 fs的超宽脉冲宽度,脉冲峰值功率可达450 kW。