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多波长高脉冲能量飞秒激光器

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  • 美制造迄今最大激光脉冲:500万亿瓦特功率

    2012年07月18日 08:08 新浪科技微博http://i1.sinaimg.cn/IT/2012/0718/U2727P2DT20120718075512.jpg  未来能源?美国国家点火装置负责人摩西表示:“它正全面运作。科学家在清洁聚变能源的探索上迈出重要一步。”http://i0.sinaimg.cn/IT/2012/0718/U2727P2DT20120718075533.jpg  这个脉冲只持续230亿分之一秒。这个激光阵列不是朝着一个目标发射的。但2年内,科学家将朝着一个1毫米氢球发射这192束激光。http://i2.sinaimg.cn/IT/2012/0718/U2727P2DT20120718075553.jpg  一位艺术家的构想图展示了美国国家点火装置“点燃”192束激光阵列时产生的反应。本月制造的这个脉冲并非针对一个目标,但科学家最后会在一个1毫米氢球中用这些激光引发一个聚变反应。http://i0.sinaimg.cn/IT/2012/0718/U2727P2DT20120718080555.jpg  一名工作人员正在检查加利福尼亚州的美国国家点火装置的设备。美国国家点火装置的目标是成为首个用聚变反应实现“得失相当”目标的设施,从而产生比这些激光所消耗的还要多的能量。http://i0.sinaimg.cn/IT/2012/0718/U2727P2DT20120718080614.jpg这个巨大高能设施将在接下来2年内尝试激光聚变。这项技术被看作清洁能源的“圣杯”。http://i1.sinaimg.cn/IT/2012/0718/U2727P2DT20120718080633.jpg美国国家点火装置的设备:3月15日的结果表明,科学家距“聚变点火”的目标又近了一步。http://i0.sinaimg.cn/IT/2012/0718/U2727P2DT20120718080654.jpg这些激光只持续230亿分之一秒,产生的能量却比整个美国在任何特定时间所用的电量多1000多倍。  新浪科技讯 北京时间7月18日消息,据国外媒体报道,位于加利福尼亚州、体育场大小的美国国家点火装置本月制造出人类历史上能量最大的激光脉冲。7月5日,192束激光融合成一个紫外线激光脉冲,产生500万亿瓦特峰值功率,这比美国在任何特定时刻内使用的总电量还要高1000多倍。  对旨在用类似于发生在氢弹中的核聚变反应产生巨大能量的“聚变”设备来说,这个脉冲的产生具有重大历史意义。美国国家点火装置负责人爱德华-摩西表示:“它正全面运作。科学家在清洁聚变能源的探索上迈出了重要一步。”  麻省理工学院高级研究科学家理查德-帕特拉索表示:“这个500万亿瓦功率的激光脉冲是美国国家点火装置研究小组的非凡成就----在实验中创造出迄今为止只出现于恒星内部深处的史无前例的聚变反应。对美国和世界各地像我们一样在极端条件下不懈追求基础科学和实验室聚变点火目标的科学家来说,这是一个非同寻常、令人兴奋的成就。”  加利福尼亚大学伯克利分校天文学、地球与行星学教授雷蒙德-简罗茨表示:“美国国家点火装置成功制造出500万亿瓦功率、具有里程碑意义的激光脉冲,这是世界上经过最严格的控制产生的能量最大的激光。”  这个脉冲只持续了230亿分之一秒。这个激光阵列并未朝着目标物发射,但2年内,科学家将朝着一个1毫米氢球发射这192束激光。美国国家点火装置的科学家希望它将来点燃聚变反应堆的聚变,从而释放出比这些激光所输入的能量还要多的能量。  受控的核聚变可以生成一种从50年代以来科学家一种试图制造出来的清洁能源,但在氢弹中核聚变是不受控制的。由于激光脉冲的持续时间极其短暂,所以所需总能量并不像听起来的那么多,它们被储存在美国国家点火装置电池一样的巨大容器中。 美国国家点火装置负责人摩西表示:“该事件在国家点火计划对聚变点火的探索中是个重要里程碑。国家点火装置用单个激光束进行过许多次类似的能量生成示范,但用192束激光在这个音障上进行操作还是头一次。”点火将成为一种释放出远超过“得失相当点”的巨大能量的自持反应。  美国国家点火装置试用了超重氢和在“重水”中发现的氢同位素重氢的小球,通过激光器把这些小球压缩到起初尺寸的数百分之一大。这个反应把这些原子融合成氮原子,释放出移动迅速、名为中子的亚原子粒子,这可能用于给水加热和为蒸汽轮机提供动力。  但聚变并非没有争议。美国国家点火装置还参与了美国的武器研发计划。这个聚变过程还被用于氢弹中。美国国家点火装置在这个国家的“库存维护与管理计划”中扮演着重要角色,以确保核军火库发挥它应有的作用。绿色和平组织等环境机构认为应把聚变研究的经费转移到研发风力和波浪发电等技术上来。(孝文)

  • 美造出67阿秒迄今最短极紫外激光脉冲

    中国科技网讯 美国中弗罗里达大学(UCF)一个研究小组9月5日(北京时间)表示,他们造出了仅67阿秒(1阿秒=10-18秒)的极紫外激光脉冲,这是迄今为止最短的激光脉冲,之前纪录是80阿秒。该技术有望带来一种新工具,帮助科学家研究亚原子世界和迄今未知的量子力学行为。这一成果也标志着近4年来激光脉冲领域的首个重大突破。研究结果提前发表在《光学通信》网站上。 该成果的非凡意义还在于他们并没有使用特殊设备,如英里级的粒子加速器、体育场那么大的圆形同步加速器。UCF物理系教授常增虎(音译)和光学与光子学院同事们在该校弗罗里达阿秒科技(FAST)实验室,利用迄今最强激光在更小空间进行了高水平的研究。 常增虎的小组发明了一种叫做“双光栅”的技术,能将极紫外线以特殊方式切断,在尽可能最短的光脉冲内凝聚大量能量。除了生成了激光脉冲,他还制造了迄今最快的摄像机对光脉冲进行了检测。 “该研究造出了迄今最短的激光脉冲,为理解亚原子世界打开新的大门,让我们看到电子在原子、分子中的运动,跟踪化学反应过程。”UCF理学院院长、物理学家迈克尔·约翰逊说,“设想一下,现在我们可能看到量子力学过程了,这是令人震撼的。” 量子力学是研究微观物理学,尤其是微观水平的能量和物质。这一技术能帮助科学家理解构成世界的最小物质是怎样运作,还能帮助研究在特殊物理、生理过程中,如数据传输过程、治疗癌症或诊断疾病时递送标靶药物的过程中是如何利用能量的。 2001年时,科学家首次演示了阿秒级脉冲。自那时起,全世界科学家就在致力于制造这种最短脉冲激光,以往纪录是2008年德国马克斯·普朗克研究院创造的80阿秒脉冲。“自50多年前发明激光以来,人们对激光脉冲的要求越来越短。” UCF光学与光子学中心院长巴哈·萨雷说,“最新进展不仅让中弗罗里达大学跻身该领域前沿,也为人们打开了研究超快动态原子现象的新视野。”(记者毛黎 常丽君) 总编辑圈点 研究小尺度世界的运动规律,需要“超小号工具”。要干预和观察那些稍纵即逝的现象,就需要能量集中在极短时间的光脉冲。如果人们制造不出相应的光学机器,就没办法监测单个粒子,只能对粒子运动做出统计学意义上的描述;而在人们脑海中,基本粒子世界也只能是全景图,而不是精细的工笔画。美国研究小组的成果,让科学家向着观察量子尺度的运动又走近了一步。微观世界不为人知的景色,有望在极短激光的照射下现出真相。 《科技日报》(2012-09-06 一版)

  • 世界最快激光脉冲定格超速运行电子原子(图)

    2012年10月22日 07:10 新浪科技微博 http://i1.sinaimg.cn/IT/2012/1022/U7917P2DT20121022070621.jpg世界最快激光脉冲定格超速运行电子原子http://i3.sinaimg.cn/IT/2012/1022/U7917P2DT20121022070632.jpg世界最快激光脉冲定格超速运行电子原子  新浪科技讯 北京时间10月22日消息,据物理学家组织网报道,世界最快的激光脉冲能够定格正在超速运行的电子和原子,美国亚利桑那大学的物理学家利用这种脉冲已经捕捉到分子分裂、电子从原子里逃逸出来的动态画面。他们的研究有助于我们更好地了解分子过程,并最终在很多可能的应用中控制它们。  1878年,当时的一系列照片立刻解决了一个长期存在的谜题:是不是正在飞奔的马始终都有一部分身体接触到地面?结果证明不是。爱德华-穆布里奇在赛马跑道旁拍摄的这一系列图片,标志着高速摄影时代的开始。大约134年后,亚利桑那大学物理学系的研究人员解决了一个类似的谜题,这次是一个超速运行的氧分子取代了马,超快、高能激光脉冲取代了穆布里奇的感光乳剂板。阿尔文-桑德胡及其科研组利用持续时间仅为0.0000000000000002秒的极端紫外线光脉冲,设法定格氧分子在很短时间内被高能击中后产生的超速动作。由于科学家正在试着从电子级别更好地了解量子过程,甚至最终控制这一过程,设计出新的光源,组合出新分子,或者是设计出新型超速电子元件,以及无数其他可能的发明,因此观察原子和分子里发生的极短事件变得越来越重要。  虽然桑德胡的科研组在产生世界最短光脉冲方面,并不是世界纪录保持者,但他们是最先把这些当做工具,用来解决很多悬而未决的科学问题的人。该科研组的最新成果,是展示氧分子在吸收过多能量而无法保持两个原子之间的稳定性后,突然裂开的实时快照系列。该研究成果发表在《物理评论快报》上。揭开这么短时间内的分子过程,有助于科学家更好地了解地球大气层里的臭氧形成和被摧毁背后的微观动态。桑德胡把这一原理比喻成是设法给快速飞向击球手的棒球拍照。他说:“如果我们利用常规相机,拍到的照片会非常模糊,或者棒球根本显示不出来。但是我们想很详细地研究这个球,它的表面、它的缝合线,以及在任何特定时间它的确切位置。要做到这些有两种方法。你可以制造一个拥有很快快门,能够在球做任何运动前迅速开启和关闭的相机。或者利用称之为动态镜检查(Stroboscopy)的技术,你用光照射这个棒球很短时间,并在这个时间内给它拍照。”  但是用原子或者电子取代棒球时,这种类比是不成立的。因为微观物体的运行速度非常非常快,利用机械或者电子元件根本捕捉不到它们。桑德胡称,定格原子级别的动作的唯一方法,就是利用持续时间只有几毫微微秒或者阿秒(比毫微微秒短1000倍)的光脉冲。举例说明这种光脉冲的持续时间,就是1阿秒相对于1秒,相当于1秒相对于宇宙的年龄。为了产生阿秒时长的光爆,必须发出持续时间只有毫微微秒的强烈激光脉冲。桑德胡实验室采用的毫微微秒激光脉冲释放的能量是1太瓦,相当于整个美国的电力网,只是前者持续时间非常短暂。虽然毫微微秒激光脉冲足以分辨分子运动,例如我们眼睛里的视紫红质,它们能在200毫微微秒内改变结构,对进入眼睛的光子做出响应,但是毫微微秒激光脉冲在捕捉更亮、运行速度更快的电子运动时,并不用“切开”它。  桑德胡实验室的研究生尼兰加-施瓦伦说:“我能在激光脉冲产生的强电场环境下,实时研究氦的原子结构发生了什么变化。”桑德胡科研组把这项有关阿秒电子动力学的突破性研究的成果,发表在早些时候的《物理评论快报》上。在他们的最新研究中,该科研组已经解决一个长期存在的争论,即被高能光子击中后,氧原子分裂需要1100毫微微秒。以前对这一现象的测量结果存在很大不同,最大相差100倍。这项研究的另一个创新之处,是它为测量电子摆脱超受激原子需要多长时间提供了方法。迄今为止这一过程只进行了理论模拟。桑德胡的科研组发现,这种自发电子发射发生在大约90毫微微秒内。他解释说:“我们经常假设,如果你把足够多的能量输入到一个分子里,就能迫使电子挣脱它的束缚。但是我们通过研究观察到,分子把过剩能量转移给周围的其他电子和附近的原子,试图与它们分享能量,保住它的电子,直到它突然分裂的最后一刻。”  研究生、这篇论文的第一作者亨利-提莫斯应用阿秒激光研究氧分子的动态。他说:“我们对受激分子的物理性质了解的不多,这是因为它们很难用数学方法进行模拟。你促使氧分子达到这种高能状态时,它有多种途径可以用来释放过剩能量。我们能够对每条路径进行单独分析,并分析电子脱离原子时会出现什么情况。”据桑德胡说,追踪分子、原子和电子的运动,对了解天然或人造物体的物理及化学过程非常重要。他解释说:“高能紫外线持续轰击我们的大气层,刺激它里面的分子。导致这些分子分裂成过激原子,这促使臭氧形成或分解。这些现象对了解上层大气的化学性质有分歧。能够测量最短时间段内分子内的电子和原子的动态,对我们更好地了解这些分子的基本相互作用有帮助。不过更重要的是,它将为我们提供控制或改变这些原子或分子的动态性质的方法,因为现在我们已经拥有一种光脉冲,它能对实时运动产生影响。我们不再只是在这些现象发生后,才开始研究它们之间的相互作用。事实上我们正在设法了解这种互动,并力求控制它,例如控制某一方向的化学反应。”  迄今为止产生的最短激光脉冲持续67阿秒。据桑德胡说,就连持续时间更短的“仄普托秒”激光脉冲也并非不可能产生,但是现在阿秒是人们关注的焦点。他说:“我们正在研究阿秒,是因为我们想了解比分子运动更快的过程。影响我们的生活的实际方面和我们身边的技术,都受到电子和电子运动的制约。未来我们感兴趣的问题,是很多电子彼此结合在一起,结果会出现什么情况?现在这方面的试验具有很大挑战性,理论性模拟根本不可能实现。这也是我们拥有高能和短时分辨率的原因。事实上现在我们已经能够实时查看这些过程。”(秋凌)

  • 揭开星战中激光弹的神秘面纱

    揭开星战中激光弹的神秘面纱

    http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/01/201501161459_532530_2972800_3.jpg 对于科幻迷来讲,没有什么比激光弹满天飞的星球大战更令人激动的了。那么,真正的激光弹在飞行过程中是什么样的呢?它真的是五颜六色的吗?为了解开上述困惑,近日,波兰物理化学科学院激光中心研究所和华沙大学物理学院的研究员们合作发明了一款新型便携式激光器,它能产生具有10兆瓦超高能量的长距离飞行激光脉冲,通过观察记录该脉冲在空气中的飞行过程,研究员们揭开了激光导弹不为人知的秘密。 该激光器配有一个特制的多路光学参量放大器(NOPCPA),能产生持续十几飞秒(1飞秒=10-15秒)的激光脉冲,这样的脉冲十分强大,因而能瞬间电离原子,同时产生等离子纤维(丝)。研究人员通过适当选择激光操作参数,平衡脉冲电磁场与等离子体丝间的相互作用,激光光束不但不会在空气中消失,反而能够自聚焦。“值得注意的是,尽管该激光器射出的光线属于近红外范围,但人们看到的却是白色光线。这是因为脉冲与等离子体相互作用时会产生许多不同波长的光,人眼同时接收到这些光就会看到白色光。”尤里巴克博士解释道。研究人员通过将相机与激光器的频率同步来拍摄激光飞行的过程。图中蓝色光是激光,其他颜色都是由脉冲与等离子体相互作用所产生的不同波长的光线。 新型激光器能产生长距离飞行白色激光脉冲的能力让它十分适用于远程监测大气污染的激光雷达上。不同波长的光与空气中的原子和分子相互作用能提供更为丰富的信息。因此,配备新型激光器的激光雷达能检测到更多污染大气的元素和化合物,从而为监测大气污染提供更加全面信息。

  • 世界最强X射线激光器会是什么样子的?

    据国外媒体报道,美国国家加速器实验室近日利用世界上最强大的X射线激光器--直线加速器相干光源激光器再现恒星内部强大的压力与高温情形。这种激光器的激光能量迸发可超过一个小国家全年的发电总量。  在实验中,科学家将X射线聚焦于一个直径比人类头发丝还要细30倍的小点上,在1万亿分之一秒内将金属箔加热到200万摄氏度。金属在如此短的时间内被熔化,其所产生的极度高温和高压状态,通常只有在恒星内部才会出现。  英国牛津大学物理系科学家萨姆-文科博士等人参与了直线加速器相干光源激光器实验。文科博士表示,“如果我们要想了解现存恒星内部的情形以及我们太阳系内外巨型行星中心的情形,那么制造高温、高密度的物质非常重要。直线加速器相干光源激光器是一台神奇的机器,我们已经在多个科学领域取得了重大发现,如材料科学、生物学等。”  直线加速器相干光源激光器的实验成果近日发表于《自然》杂志之上。直线加速器相干光源长约2公里,可以产生密集的X射线爆发,亮度超过地球上任何光源10亿倍。在高峰时,光脉冲的能量甚至比一些小国家一年的发电总量都要多

  • 如何选择传感器——激光功率计和能量计

    激光功率和能量计主要用来测量光源的输出。无论光发射是来源于弱光源(如荧光),还是来源于高能量的脉冲激光器,功率和能量计都是实验室、生产部门或是工作现场等多种应用环境中必不可少的工具。 虽然功率计和能量计是分别提供的,但随着能够适用大量不同类型的光学传感器的通用型仪表盘或显示装置的发展,它们也被合起来称作单独的一类仪器——功率和能量计,或PEM。仪器所采用的光学传感器的类型,决定了其能测量光功率还是光能量,通常单位分别瓦特(W)或焦耳(J)。具体来讲,功率计能够测量连续波(CW)或者重复脉冲光源,其所使用的传感器通常是热电堆或光电二极管。能量计则通常用于测量脉冲激光,即单脉冲或者重复脉冲光源,其所使用的传感器包括热释电、热电堆,或者带有专门为测量脉冲光源而设计的电路的光电二极管。

  • 【分享】我国超短脉冲激光测量研究达到国际领先水平

    日前,由中国计量科学研究院承担的国家“十一五”科技支撑课题 “飞秒脉冲激光参数测量新技术研究”通过了专家验收。该课题自主研制的飞秒脉冲自相关仪和飞秒脉冲光谱相位相干仪实现了飞秒脉冲激光参数的准确测量,课题组提出的飞秒脉冲光谱相位还原方法降低了传统方法的测量不确定度,将我国飞秒脉冲激光参数的准确度提高到国际领先水平。  飞秒是时间单位,1飞秒相当于10-15秒。它有多快呢?我们知道,光速是1秒钟30万公里,而在1飞秒内,光只能走0.3微米,相当于一根头发丝的百分之一!飞秒脉冲是人类目前在实验室条件下能获得的在可见光至近红外波段的最短脉冲,它以其独具的持续时间极短、峰值功率极高、光谱宽度极宽等优点,在物理学、生物学、化学、光通讯、外科医疗、精细加工制造及超小器械制造等领域得到很广泛的应用。如何准确地测量超短脉冲信息已成为飞秒脉冲研究领域迫切需要解决的难题。

  • 氦氖激光器波长如何校准?

    正常情况下,FT-IR的氦氖激光器波长632.8nm是不变的,无需校准。但是在出现波数偏移时,是否需要通过校准激光器的波长来修正呢?如何校准?

  • 【求助】关于质谱仪上,激光器的问题

    大家看看我贴的图片1 这个图片中的激光器的参数该怎么翻译?2 脉冲能量稳定性:2%,是什么意义?3 beam divergence(V×H)这个翻译为激光发散角,为什么值是:0.5×0.3mrad?4 有谁知道ABI的激光器用的什么牌子的?5 激光器的衰减参数是多少?

  • 【原创】常用激光器波长

    常用激光器波长[img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=42522]常用激光器波长[/url]

  • 【原创大赛】【第八届原创】激光能量计选购时应考虑哪些因素

    激光能量计选购时应考虑哪些因素激光能量计,主要用于测试脉冲激光器激光能量。但是国内外市场上提供的能量计种类繁多,且其性能都可满足实验室使用需求,怎么来确定型号已选择到确实对自己适用的能量计呢?首先,要先从自身出发,明确自己的需求要求,这个时候需要明确所需测量的最大脉冲激光能量、脉宽以及工作频率、工作波长和光斑面积。一旦自己的需求明确了,剩下的工作就可以顺理成章的开展了,这个时候需要考虑激光能量计的参数信息了。第一个要考虑的就是探测器类型,也就是所要选择的激光能量计的损伤阈值,因为不同的探测器可以用来检测不同范围的能量,并且各探测器使用的激光器工作频率不同,选择适合自己需求的探测器这一点至关重要;第二个需要考虑探测器所能探测的波长范围,即所选的能量计要能够覆盖自己的需求波长区间;对于用户而言,第三个需要考虑的就是激光能量计的测试灵敏度,也就是能量计的分辨率,能够对多大能量的变化产生相应信号,并给出变化信息;第四点,作为分析测试人员,需要考虑的就是激光能量计的测试稳定性与重现性,由于误差的传递性,这对于分析测试结果具有十分重要的作用;最后一点,需要考虑的是激光的光斑面积,因为光斑面积的不同会同时带给能量计探头的损伤阈值和峰值能量密度的变化,进而影响到探测器类型的选择,因此在选择时需要将光斑面积和探测器类型匹配,以选择最优化组合。

  • 美探索用反物质制造伽马射线激光器 探测微小空间

    美探索用反物质造伽马射线激光器 可对非常微小的空间进行探测 科技日报讯 传统激光器的操作光波可从红外线到X射线一网打尽,而伽马射线激光器则依靠比X射线更短的光波来运行,这就使其能产生波长仅为X射线千分之一的光波,从而能对非常微小的空间进行探测,并在医学成像领域大展拳脚。不过,长期以来,建造伽马激光器一直是个难题。现在,美国科学家让一类名为“电子偶素(positronium)”的物质—反物质混合物作为增益介质,将普通光变成了激光束。 据美国趣味科学网站5月8日报道,在最新一期的《物理评论·原子分子物理》杂志上,马里兰大学联合量子研究所的王逸新(音译)、布兰登·安德森以及查尔斯·克拉克撰文表示,他们发现,当向电子偶素提供特定能量,它将产生在其他能量下无法制造出的激光;而且,要制造出激光束,这种电子偶素必须处于玻色—爱因斯坦凝聚态下。 克拉克解释道,这种奇怪的效应与电子偶素的“性格”有关。每个电子偶素“原子”实际上是一个普通的电子和一个正电子(电子的反物质)。正电子和电子分别带正负电荷。当它们相遇时,会相互湮灭并释放出两个高能光子,这两个光子位于伽马射线范围内,反向移动。 有时,电子和正电子会围绕对方旋转,就像电子围绕着质子旋转组成原子一样。然而,正电子比质子轻,因此电子偶素并不稳定,在不到十亿分之一秒内,电子和正电子会相互碰撞并发生湮灭。 为了制造出伽马射线激光器,科学家们需要使电子偶素的温度非常低,接近绝对零度(零下273摄氏度)。这一冷却过程会让电子偶素进入波色—爱因斯坦凝聚态,这种状态下物质内的所有原子,也就是电子—正电子对,进入同样的量子状态,一举一动整齐划一。 量子状态的一个方面是自旋。电子偶素的自旋数要么为1,要么为0。一束远红外线光脉冲能让电子偶素的自旋数为0。自旋为零的电子偶素会湮灭并产生双方向相干的伽马射线束—激光束。研究人员表示,能做到这一点是因为所有电子偶素“原子”拥有同样的自旋数。如果是自旋为0和自旋为1的电子偶素随机组合,那么,光会朝各个方向散射。 研究人员也计算出,为了让一台伽马射线工作,每立方厘米大约需要1018个电子偶素原子,听起来有点多,但与空气的密度相比还是少很多,同样体积的空气大约有2.5×1019个原子。 在1994年首次提出伽马射线激光器这一概念的贝尔实验室的艾伦·米尔斯表示,研究人员可以借用数学方法,让制造这种激光器所需要的环境更加精确。(刘霞)来源:中国科技网-科技日报 2014年05月10日

  • 【求助】请问:可不可以用激光脉冲做光源,获取拉曼图谱?

    现在用的是连续激光,做为光源,激发样品。可以观测到,拉曼谱线中,两个比较强的拉曼峰。但是,其余几个较弱的拉曼峰,则完全被荧光湮灭。我考虑用大功率脉冲激光器做光源,进行外触发收集拉曼光。这样,积分时间设置得很短,同时激光脉冲的峰值功率很高,应该可以消灭荧光。不知道这样做,对不对?如果这样可以,请大家告诉我具体做法,需要注意事项。请大家指教。谢谢。

  • 关于激光脉冲法测试热扩散的几点疑问

    关于激光脉冲法测试热扩散的几点疑问

    众所周知,激光脉冲法测试原理是试样在绝热条件下前表面受瞬时脉冲热流加热根据试样背表面温度随时间的变化情况,确定试样的热扩散率。问题: 1 每种材料吸收激光的速度对测试结果有影响吗? 2 材料有没有反光的问题,如果是镜面,存在部分反光,那吸收的激光能量就没有那么多了,这样对最终测试结果有没有影响? 3 再添加一问题,采用激光脉冲法测试透明半透明材料时,在脉冲照射后样品起始升温的区域存在基线的“跃迁”,这个“跃迁”是什么导致的?耐驰说明书上写这种情况需要选择辐射模型+脉冲修正,难道说这个跃迁是材料本身辐射导致的?怎么产生辐射的?http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/03/201303272042_432667_1698940_3.jpg

  • 激光烧蚀技术简介

    [align=center][b]激光烧蚀技术简介[/b][/align]激光烧蚀技术(LA),也称激光剥蚀,是一种固体进样方式。主要是利用功率很高的激光脉冲,激光打到样品表面,可以实现原位,无损检测。不需要样品消解,无需酸的消耗,绿色环保,避免污染。从脉宽分类:纳秒级别,飞秒级别。从波长分类:213nm,193nm等。1.主要联用技术,联用ICP-OES, [url=https://insevent.instrument.com.cn/t/yp][color=#3333ff]ICP-MS[/color][/url].2.作用范围为微米级别,所以应用领域基本在微区分析。3.样品适用范围及LA特点:Ø 难消解的样品(Pt, Ph等),挥发元素(Hg)。Ø 可进行样品的原位分析,提供更多元素空间分布的特点。Ø 进样不需要稀释,提高测试灵敏度。Ø 可减少水中氧的干扰。Ø 激光对于样品会产生破坏。Ø 测定灵敏度低。Ø 有质量歧视和分馏效应。Ø 目前的标样只是玻璃,需要基体匹配才能更好地进行分析。4.可检测的样品为:金属,合金,矿产,粉末状态,熔融状态,陶瓷,生物组织,土壤沉积物,塑料,电子材料,玻璃。其中目前玻璃标样是最为常见的。5.仪器使用条件:22 ℃左右,湿度为60%以下。6.常用单位介绍:Ø mJ 能量,每个脉冲的能量。Ø J/cm2 能量密度,每个脉冲作用单位面积的能量。Ø nm 波长,激光输出波长。Ø ns 脉宽,激光输出每个脉冲的时间。7.可优化的条件:激光参数:激光能量,激光频率(剥蚀深度),激光光斑尺寸,He,Ar流速。分析需求:分析区域,分析时间,分析元素。8.联用[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/yp][color=#3333ff]ICP-MS[/color][/url]的时候,雾化器流量,炬管位置,三位监控。9. 选取仪器波长和能量成反比。选取需要适合的波长和脉宽。

  • 树脂基复合材料低导热系数测试时稳态法和激光脉冲法的选择

    树脂基复合材料低导热系数测试时稳态法和激光脉冲法的选择

    最近有朋友对导热系数测试方法如何选择想进行一些讨论,这里就我们在导热系数测试中的经验,以及导热系数测试设备研制和测试方法研究中的体会谈一些感受,欢迎大家批评指正。 材料的导热系数一般采用两类测试方法,一类是稳态法,主要包括护热板法、护热板热流计法和护热式圆筒法等;另一是非稳态法,主要包括激光脉冲法、热线法、热探针法和平面热源法等。这些方法国内外都有相应的测试标准,是比较成熟和经典测试方法。 对于稳态护热板法和激光脉冲法来说,这两种测试方法基本上属于互补性关系,即分别覆盖不同导热系数范围的测量。通常,稳态法的导热系数测试范围为0.005~1 W/mK;非稳态激光脉冲法的导热系数测试范围为1~400 W/mK。在满足测试条件的前提下,稳态法的测量精度可以达到±3%以内,激光脉冲法的测量精度可以达到±5%以内。 材料的导热系数一般采用两类测试方法,一类是稳态法,主要包括护热板法、护热板热流计法和护热式圆筒法等;另一是非稳态法,主要包括激光脉冲法、热线法、热探针法和平面热源法等。这些方法国内外都有相应的测试标准,是比较成熟和经典测试方法。 低导热材料一般泛指导热系数在0.1~1W/mK 范围的隔热材料。这类材料由于导热系数低常被用作工程隔热材料,如各种玻璃钢类材料、树脂基类复合材料和陶瓷材料等。在这类低导热材料的导热系数测量中,测试方法的选择常常容易出现偏差,很多测量机构由于只有激光脉冲法测试设备,而就用激光脉冲法测量这类低导热材料,测量结果往往出现比稳态法准确测量值低15%~20%的现象。采用氟塑料(导热系数0.2 W/mK 左右)和纯聚酰亚氨树脂材料Vespel SP1(导热系数0.4W/mK 左右),用稳态法和瞬态激光脉冲法进行的比对试验也证明激光脉冲法的测试结果确实偏低。有些材料研制机构也利用这种现象来证明研制的材料达到了验收标准,这样很容易误导材料设计和使用部门的正常使用。 对于低导热材料的测试,造成激光脉冲法测量结果总是要低于稳态法测量结果的主要原因是由测量装置的固有因素造成,主要体现在以下两个方面:一、激光脉冲法测量装置的影响 激光脉冲法测试设备的试样支架,一般都是采用导热系数较低的陶瓷材料做成,其目的是在固定试样的同时尽可能减少传导热损失,以保证激光脉冲加热试样后,试样内的热流沿着试样厚度方向以一维形式传递。如果被测试样的导热系数小于1W/mK,基本上与陶瓷支架相近,这样必然会引起较大的侧面热失,破坏一维传热模型。如图 1 所示,侧面热损会使得试样背面的最大温升Tm 降低,从而造成较大的测量误差。而这些热损情况在稳态测量方法中不会出现。 如图 1 所示,采用激光脉冲法测量材料热扩散时,导热系数越大,背面温升达到一半最高点的时间t0.5 越短,背面温升采集时间10t0.5 也越短。一般金属材料背面温升达到一般最大值的时间t0.5 大约在50 毫秒以内,而对低热导率材料,背面温升达到一半最大值时间t0.5 就需要上百毫秒以上,同时总的采集时间10t0.5 也将相应的增大很多,如此长的传热时间,必然会引起强烈的侧面热损。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/03/201503202143_539038_3384_3.png图1 激光脉冲法典型背面温升曲线 激光脉冲法一般都是采用间接测量方式获得被测材料的导热系数,即激光脉冲法测量材料的热扩散率,然后与其它方法测得的密度和比热容数据相乘后得到被测材料的导热系数。这样得到的导热系数数据势必会叠加上其它方法测量误差,特别是比热容的测试误差一般较大。这样获得的导热系数测量精度就势必要比稳态法直接测量的热导率误差偏大。二、激光脉冲法试验参数的影响 如图 1 所示,激光脉冲法在测试过程中,试样在激光脉冲加热后,试样背面温升快速升高,最大温升也仅1 ~ 5℃之间。但对于低导热材料,由于材料导热系数比较低,要使背面温度达到可探测的幅度很困难。为了解决背面温升的可探测性,必须通过两种途径:一是采用很薄的试样,约为1mm 厚,否则很难探测到有效信号;二是在采用薄试样的同时增大激光脉冲的能量,也就是提高脉冲加热试样的功率,使得试样前表面达到更高的温度。这两种途径都会对低导热材料的测量结果带来影响: (1)低导热材料多为复合材料,密度一般都很小。激光脉冲法的试样直径(10mm ~ 12mm)本来就很小,如果试样厚度再很薄,对于复合材料来说很难具有代表性。并且密度分布的不均匀,会使得测量结果的离散性比较大。而稳态法测量所用的试样一般较大,代表性强。 (2)激光脉冲法认为激光脉冲加热试样前表面时,前表面热量的吸收层相比试样总体厚度越小越好。而一般低导热材料的热分解温度和熔点较低,高功率脉冲激光很容易使得试样表面产生高温加热而带来化学反应,反应层厚度相比试样总体厚度较大,破坏了激光脉冲法测试模型的要求,带来测量结果的不真实性。而在稳态法测量过程中,测试过程中的温度变化都严格控制在被测材料热分解温度点以下,就是为了避免热分解现象的产生带来测量结果的不真实性。 (3)一般导热系数测量过程都带有温度变化和一定的温度梯度。激光脉冲法测量如果在静止气氛中进行,背面温升的变化会受到辐射和对流的影响。所以,激光脉冲法在测量过程中,一般需要抽真空测试,以消除对流影响。而对一般复合材料来说,密度越低,在真空下发生真空质量损失的现象也越强烈。如果被测材料密度较低,真空质量损失会使得试样厚度和质量发生变化,如果再加上激光脉冲加热更会加剧质量损失过程,对测量结果带来影响。 (4)由于低密度材料内部容易存在着空隙和气孔,如果在真空中测量这类材料,真空环境将严重的改变试样内部的传热方式,基本上不再有对流传热。因此真空下测量的热导率会比在常压大气环境的测量值明显偏低。而稳态法测试设备绝大多数是在常压大气下进行,通过特别的护热装置使得在试样外部不存在温度梯度以消除对流,传热现象只发生在试样内部,因此稳态法测量结果代表的是常压大气环境下材料的热导率。个别变真空稳态法测量装置,也是专门用来测量评价材料在不同真空度下的热导率,以用于准确表征材料在不同真空度下的隔热性能。 因此,对于低导热材料热导率的测量,如果条件允许,尽量采用稳态测量方法,并明确试验条件,建议不采用激光脉冲法测量低导热材料热导率。 目前在国内的军工系统中都普遍采用稳态的保护热流计法导热系数测定仪来进行树脂基复合材料的导热系数测试,并已经做为工艺考核标准。多数采用的是美国TA公司的MODEL 2022导热仪,圆片状试样直径有1英寸(25.4mm)和2英寸(50.8mm)两种规格,最高测试温度为300℃。同时,美国TA公司的MODEL 2022导热仪也是该公司的主流产品,由此也可以看出这种稳态测试方法的应用十分广泛。

  • 氦氖激光器与半导体激光器的性能有何差异?

    [font=宋体]同样作为激光器,氦氖激光器稳定性比普通半导体激光器的稳定性更高,主要原因在于激光器受温度影响,激光波长会发生偏移,氦氖激光器的温度稳定度相比半导体激光器更稳定,受环境影响更小。[/font]

  • 【转帖】世界首个反激光器问世

    http://i1.sinaimg.cn/IT/2011/0222/U5385P2DT20110222082412.jpg传统激光器利用增益媒介产生连续光束。http://i3.sinaimg.cn/IT/2011/0222/U5385P2DT20110222082423.jpg反激光器将被证实在电脑计算方面的应用会比在武器防御方面更有用。  北京时间2月22日消息,美国物理学家研制成世界首个反激光器,它可完全抵消激光器发出的光束。这种装置由美国耶鲁大学科研组制成,它能完全吸收入射激光束。  不过研究人员表示,该装置并不是用来防御高能激光武器的。他们认为,可以把这种反激光器应用到下一代超级电脑上,这种电脑利用光而非电子等成分制造。耶鲁大学的道格拉斯·斯通教授和他的同事最初是为了提出一项理论,用来解释哪种材料可以当作激光器的基本组成要素。  斯通解释说,当前在激光器设计方面取得的新进展,导致大量与众不同的装置产生,它们无法通过传统激光器概念进行解释。他说:“因此我们正在设想一种新理论,以便预测什么材料能够制成激光器。”通过该理论还能预测到,他们制造的反激光器不像激光器那样可以增强光,它可能会吸收入射光束。现在他们已经成功制造了一个这种装置。  他们的装置将两束特殊频率的激光束集中到一个经过特殊设计的、用硅制成的光共振腔里,硅晶片用来捕捉入射光,束缚住它们,直到它们的能量消耗完为止。他们在《科学》杂志上的论文里说,反激光器能吸收99.4%的一种特殊波长的入射光。斯通表示,改变入射光的波长,意味着可以利用光学开关有效打开和关闭反激光器。  斯通表示,制造可以吸收不同波长的光的装置非常简单,但是像反激光器一样只吸收一种特殊波长的光的装置,可能对光学电脑有好处。反激光器的一大优势是它是用硅制造的,这种物质已经广泛应用于电脑中。据斯通说,该技术不会太多应用于激光护目镜上。他说:“它会以热的形式驱散光。因此,如果一些人利用高能激光烘烤你,反激光器是无法阻止的。”

  • 布鲁克的机子激光器出问题

    布鲁克的机子激光器出问题,换样品测的时候激光器必然熄灭是什么原因啊,改变下波长时又亮了。还有超过60S的扫描时间还是熄灭了,求助,

  • 【原创】激光的知识

    实际应用的激光器种类很多,如以组成激光器的工作物质来说可分为气体激光器、液体激光器、固定激光器、半导体激光器、化学激光器等。在同一类型的激光器中又包括有许多不同材料的激光器。如固体激光器中有红宝石激光器、钇铝石榴石(Nd:YAG)激光器。气体型的激光器主要有He-Ne(氦-氖)、CO2及氩离子激光器等。由于工作物质不同,产生不同波长的光波不同,因而应用范围也不相同。最常用而范围广的有CO2laser及Nd:YAG激光。有的激光器可连续工作,如He-Ne laser;有的以脉冲形式发光工作。如红宝石激光。而另一些激光器既可连续工作,又可以脉冲工作的有CO2laser及Nd:YAG laser。   (一)固体激光器  实现激光的核心主要是激光器中可以实现粒子数反转的激光工作物质(即含有亚稳态能级的工作物质)。如工作物质为晶体状的或者玻璃的激光器,分别称为晶体激光器和玻璃激光器,通常把这两类激光器统称为固体激光器。  在激光器中以固体激光器发展最早,这种激光器体积小,输出功率大,应用方便。由于工作物质很复杂,造价高。当今用于固体激光器的物质主要有三种:掺钕铝石榴石(Nd:YAG)工作物质,输出的波长为1.06μm呈白蓝色光;钕玻璃工作物质,输出波长1.06μm呈紫蓝色光;红宝石工作物质,输出波长为694.3nm,为红色光。主要用光泵的作用,产生光放大,发出激光,即光激励工作物质。  固定激光器的结构由三个主要部分组成:工作物质,光学谐振腔、激励源。聚光腔是使光源发出的光都会聚于工作物质上。工作物质吸收足够大的光能,激发大量的粒子,促成粒子数反转。当增益大于谐振腔内的损耗时产生腔内振荡并由部分反射镜一端输出一束激光。工作物质有2条主要作用:一是产生光;二是作为介质传播光束。因此,不管哪一种激光器,对其发光性质及光学性质都有一定要求。  (二)气体激光器  工作物质主要以气体状态进行发射的激光器在常温常压下是气体,有的物质在通常条件下是液体(如非金属粒子的有水、汞),及固体(如金属离子结构的铜,镉等粒子),经过加热使其变为蒸气,利用这类蒸气作为工作物质的激光器,统归气体激光器之中。气体激光器中除了发出激光的工作气体外,为了延长器件的工作寿命及提高输出功率,还加入一定量的辅助气体与发光的工作气体相混合。  气体激光器大多应用电激励发光,即用直流,交流及高频电源进行气体放电,两端放电管的电压增压时可加速电子,带有一定能量,在工作物质中运动的电子与粒子(气体的原子或分子)碰撞时将自身的能量转移给对方,使分子或原子被激发到某一高能级上而形成粒子数反转,产生激光。气体激光器与固体激光器相比较,两者中以气体激光器的结构相对简单得多,造价较低,操作简便,但是输出功率常较小。因气体激光器中的工作物质不同。因此分中性(惰性)原子、离子气体、分子气体三种激光器。  中性原子气体激光器这类激光器中主要充有以惰性气体(氦、氖、氩、氪等)的物质。  氦-氖(He-Ne)激光器 首台氦-氖激光器诞生于1960年,它可以在可见光区及红外区中产生多种波长和激光谱线,主要产生的有632.8nm红光、和1.15μm及3.39μm红外光。632.8nm氦-氖激光器最大连续输出功率可达到一W,寿命也达到一万小时以上。借助调节放大电流大小,使功率稳定性达到30秒内的误差为0.005%,十分钟内的误差为0.015%的功率稳定度;发散角仅为0.5毫弧度。氦氖激光器除了具有一般的气体激光器所固有的方向性好,单色性好,相干性强诸优点外,还具有结构简单、寿命长、价廉、频率稳定等特点。氦氖激光在精确指示,激光测量,医疗卫生方面有很广泛的用途。  氦氖激光器的工作原理:氦氖激光器的激光放电管内的气体在涌有一定高的电压及电流(在电场作用下气体放电),放电管中的电子就会由负极以高速向正极运动。在运动中与工作物质内的氦原子进行碰撞,电子的能量传给原子,促使原子的能量提高,基态原子跃迁到高能级的激发态。这时如有基态氖原子与两能级上的氦原子相碰,氦原子的能量传递给氖原子,并从基态跃迁到激发的能级状态,而氦原子回到了基态上。因为放电管上所加的电压,电流连续不断供给,原子不断地发生碰撞。这就产生了激光必须具备的基本条件。在发生受激辐射时,分别发出波长3.39μm,632.8nm,1.53μm三种激光,而这三种激光中除632.8nm为可见光中的红外,另二种是红外区的辐射光。因反射镜的反射率不同,只输出一种较长的光波632.8nm的激光。  He-Ne激光器结构:此类激光器的结构大体可分为三部分,既放电管、谐振腔和激发的电源。现在临床上最常应用的为内腔式。  He-Ne激光的放电管,最外层是用硬质玻璃制成。放电的内管直径约2~3mm,管长几厘米到十几厘米,放电管越长功率越大,相应的放电电压就高。管内主要按5:1~10:1的比例充入氦氖混合气体达到总气压约2.66~3.99Pa。管的一端装有铝圆筒作阴极(其圆管状结构主要是为了减少放电测射),另一端装有钨针作阳极,放电管两端装有反射镜(即一头为全反射镜,出光一端为半反射镜)。这就构成了激光放电管。  在氦氖激光器中,采用的谐振腔有球面腔或平凹腔。一般腔镜内侧镀有高反射率的介质。在其中一端反射率为100%,另一端反射率由激光器的增益而定。放电毛细管长度约15~20cm,He-Ne激光器的半反射镜的半反射镜的反射率98.5%~99.5%。谐振腔的轴线和放电毛细管轴偏离不超过0.1mm。  He-Ne激光器的外界激励能源与固体激光器不相同,不能使用光泵激励,而采用电激励的方法。把工作物质封入放电管中,供以直流、交流及射频等方式激励气体放电。通过放电过程把能量传给工作物质,促使气体中的离子、原子被激发。医疗中使用的激励方法主要是以直流电激发出光。大体结构主要有高压变压器、整流与滤波回路、限流与稳流回路组成。

  • 半导体激光器的优点和缺点

    半导体激光器又称激光二极管(LaserDiode,LD),是二十世纪八十年代半导体物理发展的最新成果之一。半导体激光器的优点是体积小、重量轻、可靠性好、使用寿命长、功耗低。此外,半导体激光器采用低电压恒流供电方式,电源故障率低、使用安全,维修成本低。目前,半导体激光器的使用数量居所有激光器之首,某些重要的应用领域,过去常用的其他激光器,已逐渐被半导体激光器所取代。此外,半导体激光器品种繁多,既有波长较长的红外、红光,也有波长较短的绿光、蓝光,可以利用这些优势拓展激光粒度仪的测量范围, 提高测量精度。早期的半导体激光器激光性能受温度影响大,光束的发散角也大( 一般在几度到 20 度之间 ),所以在方向性、单色性和相干性等方面的性能并不理想。但随着科学技术的迅速发展,目前半导体激光器的的性能已经达到很高水平,光束质量也有了很大提高,因此世界上大多数品牌的激光粒度仪都使用半导体激光器做为光源,半导体激光器用作激光粒度仪的光源时,在控制电路上须采取恒流和恒温措施,以保证输出功率的稳定。

  • 激光闪光法标准测试规范:不同脉冲加热能量下热扩散系数测试的外推法

    激光闪光法标准测试规范:不同脉冲加热能量下热扩散系数测试的外推法

    [color=#cc0000]摘要:本文介绍了一种闪光法热扩散系数测试规范——闪光能量外推法,即在样品恒温阶段采用一系列不同大小的闪光脉冲加热能量进行测试,然后将相应的热扩散系数测试结果外推至零加热能量,由此准确得到与试验参数(样品厚度和加热能量)无关的热扩散系数准确值。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][color=#cc0000]1.问题的提出[/color] 在采用闪光法测量材料热扩散系数过程中,诸如样品厚度和闪光脉冲加热能量这些试验参数的选择,使得测试人员最常面临的困惑就是试验参数选择合理性和测试结果的准确性,这种现象在实际测试中主要表现在以下几个方面: (1)对于相同材料和厚度的样品,设置不同闪光脉冲加热能量,往往会得到不同测试结果,无法判断加热能量参数选择的合理性和测试结果的准确性。 (2)对于未知材料,无法确定合理的样品厚度,往往造成不同样品厚度测试的热扩散系数有明显偏差。 (3)对于相同材料和厚度的样品,不同实验室采用不同型号闪光法仪器,经常会得出不同的测试结果,有时相互之间的偏差还很大。 (4)对于相同材料和厚度的样品,不同实验室采用相同型号闪光法仪器,也常会得出不同的测试结果。 总之,由于存在以上困惑,这就需要开发出一种闪光法测试规范来准确测量热扩散系数,而最终得到的热扩散系数与闪光法仪器的试验参数无关。也就是说,希望采用任何正常的闪光法设备和任意试验参数,都可以测量得到准确的热扩散系数。 本文将介绍一种闪光法热扩散系数测试规范——闪光能量外推法,即在样品恒温阶段采用一系列不同大小的闪光脉冲加热能量进行测试,然后将相应的热扩散系数测试结果外推至零加热能量,由此准确得到与试验参数(样品厚度和加热能量)无关的热扩散系数准确值。[color=#cc0000]2.外推法的基本原理[/color] 众所周知,闪光法测试中,根据温升曲线计算得到的热扩散系数取决于测试条件,如脉冲加热能量和样品厚度。图 2-1显示了温升曲线和热扩散系数随温度的变化曲线。[align=center][img=,690,341]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/02/202002201616538529_4916_3384_3.png!w690x341.jpg[/img][/align][align=center][color=#cc0000]图 2-1 (a)温升曲线和(b)在Tbase附近温度对热扩散系数的依赖关系[/color][/align] 当在规定温度Tbase(脉冲加热前保持恒定)下进行激光测量时,样品温度会升高Tmax。热扩散系数是一种依赖于温度的物理性能,因此,样品背面温升曲线反映了测量过程中起始温度Tbase和最高温度Tmax之间热扩散系数的温度相关性,即闪光法热扩散系数测量结果是样品温度升高后的等效热扩散系数,而不是起始温度Tbase时样品的固有热扩散系数,由此所带来的误差就是等效热扩散系数与固有热扩散系数之间的差值,此差值就是常见闪光法热扩散系数测量误差的主要来源。 从图 2-1可以看出,当样品背面温升ΔT较大时,如果材料样品的热扩散系数对温度非常敏感,则等效热扩散系数与固有热扩散系数之间的差值将会较大。另外,较大ΔT可能会样品背温红外辐射器信号带来非线性影响,也会增大测量值偏差。 由此可见,由于背面温升ΔT的存在,对于某一样品厚度和加热能量下测试得到是等效热扩散系数,此等效热扩散系数取决于样品厚度、脉冲加热能量、脉冲光吸收率和样品体积热容。从理论上讲,背面温升ΔT越小,所测试的等效热扩散系数就越接近于固有热扩散系数。但在实际测试过程中,往往会选择较大的脉冲加热能量来获得漂亮的背面温升曲线,以提高背温信号的信噪比。由此可见,脉冲加热能量的大小与热扩散系数准确测量是一对矛盾。 为了解决上述试验参数对测量结果带来的影响,日本国家计量研究所(NMIJ)的Akoshima等人开发了一种外推法热扩散系数测试规范[1]。外推法的基本原理是在恒定温度Tbase下,假设样品厚度、脉冲光吸收率和样品体积热容不随温度发生改变,通过改变脉冲加热能量(即改变背面温升ΔT大小)测试得到一系列相应的等效热扩散系数。如图 2-2所示,以背面温升ΔT为横坐标、等效热扩散系数测量值为纵坐标,建立起等效热扩散系数与背面温升的线性函数关系,最终用此线性函数外推得到脉冲加热能量为零时的等效热扩散系数,由此认为此外推得到的热扩散系数即为样品材料在温度Tbase时的固有热扩散系数。[align=center][img=,690,402]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/02/202002201617142109_5211_3384_3.png!w690x402.jpg[/img][/align][align=center][color=#cc0000]图 2-2 不同加热能量时的等效热扩散系数测量结果和外推法示意图[/color][/align] 由此可见,通过外推法可以得到样品材料固有的热扩散系数,而且所得到的热扩散系数与样品厚度和脉冲加热能量无关,这样就可以在实际测试中消除了测试参数对热扩散系数测量结果的影响。[color=#cc0000]3.外推法的验证[/color] 为了全面验证外推法在闪光法热扩散系数测试中的有效性,日本国家计量研究所(NMIJ)和法国国家计量和测试实验室(LNE)开展了专门的比对测试研究[2],并计划将外推法补充到闪光法热扩散系数标准测试方法中。 对比测试选择了四种材料,分别是IG-110各项同性石墨、Armco铁、YSZ陶瓷和氮化硅,如图 3-1所示。这四种材料基本覆盖了10E-4~10E-6㎡/s范围的热扩散系数,并在脉冲光和探测光的透过性上非常有代表性,从而也代表了不同样品表面吸热涂层和遮光涂层的处理方式。[align=center][img=,690,161]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/02/202002201617320094_8341_3384_3.png!w690x161.jpg[/img][/align][align=center][color=#cc0000]图 3-1 外推法对比测试样品:从左到右的IG-110石墨、Armco铁、3YSZ和氮化硅 [/color][/align] 两个实验室分别在室温下分别对不同样品厚度的上述四种材料进行了测试,每种厚度样品采用不同脉冲加热能量测试表观热扩散系数,结果如图 3-2~图 3-5所示。然后针对每种厚度样品的表观热扩散系数测试结果计算获得零脉冲能量外推值。每个样品的外推值以及每个实验室的平均值和标准偏差如表 3-1所示。[align=center][color=#cc0000][img=,690,255]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/02/202002201617457894_7515_3384_3.png!w690x255.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#cc0000]图 3-2 两实验室分别在室温下对不同厚度IG-110石墨样品采用不同脉冲加热能量测试得到的测试值和外推值,符号表示测试值,线条表示线性回归函数[/color][/align][align=center][color=#cc0000][img=,690,256]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/02/202002201618077493_2590_3384_3.png!w690x256.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#cc0000]图 3-3 两实验室分别在室温下对不同厚度Armco铁样品采用不同脉冲加热能量测试得到的测试值和外推值,符号表示测试值,线条表示线性回归函数[/color][/align][align=center][color=#cc0000][img=,690,253]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/02/202002201618183304_8193_3384_3.png!w690x253.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#cc0000]图 3-4 两实验室分别在室温下对不同厚度3YSZ样品采用不同脉冲加热能量测试得到的测试值和外推值,样品表面带金和/或石墨涂层[/color][/align][align=center][color=#cc0000][img=,690,260]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/02/202002201618287874_3031_3384_3.png!w690x260.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#cc0000]图 3-5 两实验室分别在室温下对不同厚度Si3N4样品采用不同脉冲加热能量测试得到的测试值和外推值,样品表面带金和/或石墨涂层 [/color][/align][align=center][color=#cc0000]表 3-1 两实验室对比测试四种材料的固有热扩散系数,根据室温下不同厚度样品测量的表观热扩散系数值的平均值进行估算(LNE 296K,NMIJ 298K)[/color][/align][align=center][img=,690,793]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/02/202002201618432974_4190_3384_3.png!w690x793.jpg[/img][/align] 在各向同性石墨的情况下(其显示出室温附近热扩散系数的强温度依赖性),从具有最大温升的温升曲线计算的表观热扩散系数比使用外推法估计的固有值小3%。由于NMIJ和LNE估计热扩散系数测量的典型不确定度约为2~3%,因此这种误差就非常明显。结果表明,外推法有助于获得固有热扩散系数,同时避免测量过程中由于样品温度变化造成的偏差。通过对两种半透明性材料(3YSZ和Si3N4)的测试对比,也证明了外推法有助于检测热扩散系数的估计值是否正确,并具有识别材料任何潜在半透明效应的功能。 通过上述NMIJ和LNE这两个国家计量机构对四种固体材料进行的热扩散系数测量,验证了外推法测试技术的有效性和准确性。尽管两实验室使用了不同的测试设备和不同的温升曲线分析方法,但两实验室测量的热扩散系数依然显示出很好的一致性。由此可以确认,结合了外推法的闪光法热扩散系数测量,在10E-4~10E-6㎡/s范围内的热扩散系数测试可以不受测量条件、仪器、分析方法和实验室的影响。[color=#cc0000]4.总结[/color] 热扩散系数是材料固有的特性,据此,热扩散率不取决于测量条件、形状和尺寸。然而众所周知,闪光法热扩散系数测试经常受到这些因素的影响,因此外推法的出现为解决上述问题提出了一个很好的解决方案。 自2005年外推法提出以来,在国际度量衡委员会(CIPM)温度测量咨询委员会第9工作组(CCT-WG9)组织的实验室间热扩散系数对比框架内,一直采用外推法这一试验规程进行所有的对比测试[3]。经过多年的验证试验和实际测试,证明了外推法主要有以下特点和优势: (1)外推法是一种通用性方法。在采用外推法测试材料热扩散系数过程中,尽管不同实验室和不同测试设备采用不同脉冲加热能量和不同数据处理方法会得到不同的外推斜率,反映了与测量仪器和所用评估方法相关的测量条件,但对应于固有热扩散系数的截距值与斜率无关。 (2)外推法对热扩散系数随温度变化敏感的材料更有效。从上述石墨与金属材料的对比测试可以看出,Armco铁的外推斜率要小于IG-110石墨外推斜率,石墨材料热扩散系数在对温度变化敏感的范围内,外推法对于更能显著提高测量的准确性。 (3)有助于识别潜在的材料半透明效应。采用外推法测量时,如果材料完全不透明则会得到与样品厚度无关的相同的外推值,反之则会看出明显的厚度变化所带来的半透明效应。这种功能在识别未知材料的潜在半透明性中非常有用。 (4)由于使用外推法只需在不同脉冲加热能量下进行测量,与样品厚度和数据处理方法无关,加上目前闪光法测试设备自动化程度很高,可以自动按照设定程序改变脉冲加热能量进行连续测量,因此只需选定一种厚度样品就可以快速准确的测定热扩散系数,既能保证测量准确性又能提高测试效率。另外,通过外推法还可以在大的信噪比下进行测量,解决了信噪比与测量精度的矛盾。[color=#cc0000]5.参考文献[/color][align=left](1) M. Akoshima, T. Baba, in Proceedings of Thermal Conductivity 28/Thermal Expansion 16, ed. by R.B. Dinwiddie, M.A. White, L. McElroy (DEStech Publications, Lancaster, 2006), p. 497–506[/align][align=left](2)Akoshima M, Hay B, Neda M, et al. Experimental verification to obtain intrinsic thermal diffusivity by laser-flash method[J]. International Journal of Thermophysics, 2013, 34(5): 778-791.[/align][align=left](3)Akoshima M, Hay B, Zhang J, et al. International comparison on thermal-diffusivity measurements for iron and isotropic graphite using the laser flash method in CCT-WG9[J]. International Journal of Thermophysics, 2013, 34(5): 763-777.[/align][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]

  • 半导体激光器的优点和缺点有哪些?

    [font=&]半导体激光器又称激光二极管(LaserDiode,LD),是二十世纪八十年代半导体物理发展[/font][font=&]的最新成果之一。[/font][font=&]半导体激光器的优点是体积小、重量轻、可靠性好、使用寿命长、功耗低。此外,半导体激[/font][font=&]光器采用低电压恒流供电方式,电源故障率低、使用安全,维修成本低。目前,半导体激光[/font][font=&]器的使用数量居所有激光器之首,某些重要的应用领域,过去常用的其他激光器,已逐渐被[/font][font=&]半导体激光器所取代。此外,半导体激光器品种繁多,既有波长较长的红外、红光,也有波[/font][font=&]长较短的绿光、蓝光,可以利用这些优势拓展激光粒度仪的测量范围, 提高测量精度。[/font][font=&]早期的半导体激光器激光性能受温度影响大,光束的发散角也大( 一般在几度到 20 度之[/font][font=&]间 ),所以在方向性、单色性和相干性等方面的性能并不理想。但随着科学技术的迅速发展,[/font][font=&]目前半导体激光器的的性能已经达到很高水平,光束质量也有了很大提高,因此世界上大多[/font][font=&]数品牌的激光粒度仪都使用半导体激光器做为光源,半导体激光器用作激光粒度仪的光源时,[/font][font=&]在控制电路上须采取恒流和恒温措施,以保证输出功率的稳定。[/font]

  • 小型超短脉宽激光器

    各位有经验的前辈, 最近在做一些LIBS的研究, 选了一款500ps脉宽 355nm紫外小型固态激光器,峰值功率超过20KW,大家讨论一下可做哪些材料的LIBS, 多谢!

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