纳秒脉冲产生与测量实验中的脉冲调整技术
纳秒级激光脉冲展宽系统的分析及应用
纳秒级激光脉冲展宽系统的分析及应用张振荣;胡志云;黄梅生;叶景峰;刘晶儒【摘要】建立了一种纳秒级多腔式激光脉冲扩展系统.通过激光脉冲展宽,该系统可以有效降低脉冲激光的峰值功率,从而在激光燃烧诊断实验中避免激光诱导等离子体的产生,减少背景干扰,有效提高信噪比.建立了理论模型,对影响脉冲展宽的分束比、腔长以及光学腔个数等几个主要参数进行了分析,并通过数值计算实现了各参数的优化.利用建立的多腔串联式激光脉冲展宽器.对Nd:YAG脉冲激光器二倍频激光进行了脉冲展宽,将脉宽为7.8ns的脉冲激光分别展宽为17,35和72ns,激光的峰值功率最大可降低为原激光峰值功率的9%左右.并保持了较好的光束质量.将该展宽器应用于自发喇曼散射实验中,很好地解决了激光诱导击穿光谱对喇曼信号的干扰,取得了较好的实验结果.%A multi-cavity passive nanosecond laser pulse stretching system was designed. The system could reduce laser peak powers and avoid the laser induced plasma spark, so that it reduces background interference and improves the signal to noise ratio in combustion diagnostics. The theoretical model of the pulse-stretching process for an arbitrary number of optical ring cavities was introduced,and several key parameters that affect on pulse width, beam-splitter reflectivity, cavity length and total number of optical cavities were analyzed. Finally,the designed multi-cavity laser pulse stretcher was used in broadening the Nd:YAG laser harmonic pulse width. Results indicate that a 7.8 ns input laser pulse has been converted into approximately the output laser pulsesin 17 ns, 35 ns and 72 ns,respectively. Furthermore, the laser peak power has been reduced to 9％ of the original laser peak power, meanwhile, itmaintains the good beam quality. The stretcher was also used in the spontaneous Raman scattering experiments, and results show it well resolves the laser induced breakdown spectroscopy of the Raman signal and achieves good results.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2011(019)002【总页数】6页(P310-315)【关键词】YAG激光;脉宽展宽;光学腔;拉曼散射【作者】张振荣;胡志云;黄梅生;叶景峰;刘晶儒【作者单位】西北核技术研究所激光与物质相互作用国家重点实验室,陕西,西安,710024;西北核技术研究所激光与物质相互作用国家重点实验室,陕西,西安,710024;西北核技术研究所激光与物质相互作用国家重点实验室,陕西,西安,710024;西北核技术研究所激光与物质相互作用国家重点实验室,陕西,西安,710024;西北核技术研究所激光与物质相互作用国家重点实验室,陕西,西安,710024【正文语种】中文【中图分类】TN248.1对高能脉冲激光进行脉冲整形具有非常重要的意义,它可以很好地拓展高能脉冲激光的使用范围,使其更好地为人们服务。
5.1脉冲功率测量技术
两级电阻分压器
两级电阻分压器
假如被测电压很高、前沿很快，如数MV、几ns，则 可能两级分压器的响应仍不能达到使用要求。可以考虑对 分压器的响应进行补偿。 补偿的方法就是抵消一部分电容的作用。
两级电阻分压器第一级一般用水电阻构成，高低压臂 连通以克服温度变化对分压比的影响，因此不便在第一级 使用补偿电感。
纳秒级测量技术
纳秒级高压脉冲的特点： 一、被测脉冲前沿快。被测脉冲前沿通常约在10ns量级， 有时可低达亚纳秒，即响应带宽可高达1GHz。为了使测量 系统上升时间不应超过被测波形上升时间的1/3。因此，通常 要求纳秒级高电压大电流脉冲测量系统的上升时间为亚纳秒 到十纳秒范围，而根据上述规律用于标定测量系统的方波脉 冲的上升时间应与之相当或者更小。 对于这样的上升时间要求，即使测量和标定系统中存在 很微小的杂散参数或不连续性，都可能对测量标定结果产生 显著的影响，因此测量和标定系统的设计都必须非常仔细地 考虑杂散参数和不连续性的影响。
罗柯线圈
罗柯线圈实际上是一种原边为单匝线圈、副边为多匝线圈的 无磁芯电流互感器，其典型布臵方式是载流导体或带电粒子束流 作为原边与弯成圆环状的无磁芯线圈的中心轴线重合，它的优点 是使用方便灵活，测量范围较宽。
罗柯线圈
分流器
分流器实际上是串联在被测电流回路中的一个小电阻， 通过测量其上的电压信号推知被测电流。 设计分流器需要考虑： 尽可能减小测量电阻的杂散电感、电容，例如可将电 阻设计为同轴形的（管式分流器）并与测量电缆的阻抗匹 配，同时确保牢靠的电接触。 还要保证测量电阻的峰值功率处于电阻能够长期可靠压器
电阻分压器
两级电阻分压器
两级电阻分压器在低压臂电阻较高时使用。假如低压 臂电阻选取为50欧，为了得到1000倍的分压比，则分压器 电阻将达到50千欧，即使分压器对地电容为1PF，其上升 时间也将达到11ns，因此，这时一级分压将很难达到使用 要求，所以考虑用两级分压。
(2021年整理)亡的多参数可调高压纳秒脉冲发生器_图文(精)
亡的多参数可调高压纳秒脉冲发生器_图文(精)编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（亡的多参数可调高压纳秒脉冲发生器_图文(精)）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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1llO仪器仪表学报第3l卷3高压纳秒脉冲发生器的研制高压纳秒脉冲发生器的原理框图如图3所示,该装置主要由高压直流电源、纳秒脉冲形成系统和脉冲整形及计数系统三大部分组成.纳秒脉冲形成系统…………….企…………….钮刮里h—习■刭一传：感厶畸器ry t图3高压纳秒脉冲发生器基本原理框图Fig.3The basic principles of the hish—voltagenanosecond pulse generator高压纳秒脉冲发生器基本原理:高压直流电源通过限流保护电阻向LC形成线网络充电,在达到自击穿开关阈值电压时，自击穿开关瞬间击穿并在匹配负载（50Q处产生幅值为充电电压一半的高压纳秒方波脉冲.电流传感器在放电回路中采集脉冲电流,经过滤波、脉冲整形处理电路引入脉冲计数器,在脉冲输出重复频率一定时,通过计数器内置继电器控制整个装置的电源输入,从而实现本装置治疗时间窗口可控。
3.1高压直流电源为减小装置的体积和重量，满足医用设备便携、简单可靠特性，高压直流电源采用高压恒流源（天津东文DW—IX303。
1FlD.输出电压:DC O一+30kV；最大输出电流:l mA，电源配有电流、电压显示模块和调节电位器,并具有过压、过流保护模块.通过调节电源输出电流来控制LC形成线网络的充电速度，进而控制自击穿开关的闭合频率,最终实现装置输出脉冲重复频率可调,便于寻找最佳肿瘤细胞治疗剂量。
纳秒级脉冲电源的研究与设计
纳秒级脉冲电源的研究与设计随着脉冲功率技术在军事、医疗、环保等领域的快速发展,对于大功率脉冲电源的上升沿宽度要求日益提高,高功率快脉冲也逐渐成为脉冲功率技术的研究热点和发展趋势。
而如何以较低的成本在提高脉冲电源电压等级的同时陡化脉冲宽度也是研究的难点之一。
以高压快脉冲为技术核心,以小型化、高重频和高效率为发展方向,本论文提出了一种低成本对称式的脉冲发生拓扑,同时以磁压缩技术陡化脉冲宽度,并深入研究了磁开关的控制技术,以实现高稳定性的纳秒级脉冲电源的研制,论文主要内容分为以下三个部分:1、提出了一种具有对称串联结构的高压脉冲电源拓扑,大幅降低成本;基于这种新型的高压脉冲电源拓扑,分析并初步验证了各种工作环境下的可行性。
搭建了该高压脉冲电源的仿真模型,仿真验证了在正常运行和发生闪络等不同状态下电路的工作原理。
在实验室完成了该高压脉冲电源的研制,实验验证了在正常运行和发生闪络等不同状态下对于电路的分析,并在实际应用中证明了该拓扑相对于现有研究的优越性。
2、介绍了脉冲磁压缩技术的工作原理,分析了各个磁芯参数对磁开关性能的影响,基于此,确定了磁芯材料的选择,并搭建了磁芯检测平台测量磁芯的磁滞曲线,对比了不同磁芯材料的区别。
基于脉冲电源体积小型化原则,分析了影响磁开关体积的因素,并利用数学模型确定了磁开关参数的最优解。
系统地分析了磁复位原理以及磁复位电路与脉冲电源的匹配问题。
最后搭建了30kV/3kW的纳秒级脉冲电源样机,验证了磁复位原理的可行性,以及在高压大功率应用场合可能遇到的问题及其解决方案。
3、针对电流型磁复位方式存在的不足,指出了对于磁开关控制的必要性,并系统地分析了磁开关控制原理,提出了相应的控制方案。
最后基于PLECS软件搭建了35kV的纳秒级脉冲电源的仿真模型,通过仿真验证了控制方案的可行性和稳定性,并从实际应用角度分析了磁开关的最佳工作区间。
纳秒脉冲产生与测量实验中的技术要点
纳秒脉冲产生与测量实验中的技术要点在当今科学研究和工程应用中，纳秒脉冲产生与测量已经成为一项关键的技术。
纳秒脉冲的产生和测量在电子学、激光技术、雷达通信等领域都有广泛的应用。
本文将讨论纳秒脉冲产生与测量实验中的一些关键技术要点。
首先，让我们来了解一下纳秒脉冲的特点。
纳秒级脉冲是一种时间极短、能量极强的脉冲信号。
它的重要特性包括脉宽短、峰值功率高、频率宽带等。
因此，在实验中产生和测量纳秒脉冲需要一些特殊的技术手段。
在纳秒脉冲的产生过程中，一个关键的技术要点是选择合适的脉冲发生器。
脉冲发生器是产生纳秒脉冲的核心设备，它通过快速开关电路来实现脉冲信号的产生。
常见的脉冲发生器包括脉冲电路、激光器、微波微带线等。
不同的应用场景需要选择不同类型的脉冲发生器。
另一个关键的技术要点是脉冲信号的调制与放大。
在产生的纳秒脉冲信号中，往往需要进行调制和放大处理，以满足实验需求。
调制技术可以通过改变脉冲信号的幅度、频率、相位等参数来实现。
而脉冲信号的放大可以通过功率放大器等设备来实现。
合理选择和搭配调制和放大设备是实验中的一项关键技术。
除了纳秒脉冲的产生，测量纳秒脉冲信号也是一个关键的技术环节。
测量纳秒脉冲信号需要一些特殊的设备和技术方法。
首先，需要选择合适的测量器件，如示波器、频谱仪、时间测量仪等。
这些设备需要具备足够高的时间分辨率和频率响应能力，以准确测量纳秒级脉冲信号。
在纳秒脉冲的测量过程中，还需要注意信号传输和连接的问题。
由于纳秒脉冲的特殊性，信号在传输和连接过程中很容易受到干扰和衰减。
因此，在选择和配置信号传输线、电缆、连接器等方面需要特别注意，以保证信号传输的质量和准确性。
另外，由于纳秒脉冲的特殊性，还需要进行一些常规信号处理的优化。
作为一种特殊的脉冲信号，纳秒脉冲的处理需要一些专门的技巧和方法。
如滤波、去噪、时频变换等技术可以用于优化纳秒脉冲信号的质量和特性。
总结起来，纳秒脉冲产生和测量实验中的技术要点包括脉冲发生器的选择、脉冲信号的调制与放大、测量器件的选择和信号传输与连接的优化。
纳秒脉冲电场技术
纳秒脉冲电场技术纳秒脉冲电场技术是一种应用于物理学和工程学领域的先进技术，它利用纳秒级的脉冲电场来实现对物质和设备的精确控制。
纳秒脉冲电场技术具有高精度、高效率和高灵活性的特点，在电子学、材料科学、生物医学等领域有着广泛的应用前景。
纳秒脉冲电场技术的原理是通过产生纳秒级的脉冲电场，对物质中的电荷和电场进行精确调控。
纳秒级的脉冲电场具有非常高的电场强度和电场变化速度，能够在极短的时间内对物质进行强烈的电场作用。
这种特殊的电场作用方式可以在微观尺度上对物质的结构和性能进行精确的改变。
在纳秒脉冲电场技术中，最关键的一步是产生纳秒级的脉冲电场。
目前，常用的方法包括电容放电、瞬态电磁辐射和超短激光等。
其中，电容放电是最常见也是最简单的方法之一。
通过将电容器充电，然后通过开关将电荷释放到负载电路中，就可以产生纳秒级的脉冲电场。
瞬态电磁辐射则是利用特殊的电磁辐射装置产生纳秒级的脉冲电场，这种方法通常用于需要更高精度和更大功率的应用。
超短激光是一种利用飞秒激光产生纳秒级脉冲电场的方法，它具有非常高的时间分辨率和空间分辨率，适用于对物质进行高精度控制的研究。
纳秒脉冲电场技术在实际应用中具有广泛的用途。
在电子学领域，纳秒脉冲电场技术可以用于集成电路的测试和故障分析，通过对电路施加纳秒级的脉冲电场，可以检测出电路中的短路、开路等问题。
在材料科学领域，纳秒脉冲电场技术可以实现对材料的超快激发和超快探测，用于研究材料的光学、电学和磁学性质。
在生物医学领域，纳秒脉冲电场技术可以用于癌症治疗和基因转导等领域，通过对细胞施加纳秒级的脉冲电场，可以实现对细胞的精确控制和改造。
纳秒脉冲电场技术的发展还面临一些挑战。
首先，在实际应用中，如何精确控制纳秒脉冲电场的参数是一个关键问题。
纳秒脉冲电场的参数包括电场强度、电场变化速度和脉冲宽度等，这些参数的变化对于不同的应用有着不同的要求。
其次，纳秒脉冲电场技术对设备的要求也比较高。
要实现纳秒级的脉冲电场，需要具备高压、高电流和高速度的电子器件和元器件。
纳秒级脉冲激光自动跟踪积分式测量方法
Ｆｉｇ．２ ＩＶＣ１０２ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔ 图 ２ ＩＶＣ１０２ 应 用 电 路
收稿日期：２０１６０１１０； 修订日期：２０１６０２２６ 基 金 项 目 ：国 家 高 技 术 发 展 计 划 项 目 作 者 简 介 ：袁 学 文 （１９６９— ），男 ，研 究 员 ，主 要 从 事 激 光 参 数 测 量 设 备 研 究 ；ｙｕａｎｘｕｅｗｅｎ＠１６３．ｃｏｍ。
激 光 光 斑 分 布 参 数 的 测 量 方 法 有 多 种 ，其 中 阵 列 探 测 器 测 量 法 是 其 中 的 一 种 重 要 方 法［１６］。 纳 秒 级 脉 冲 激 光 的脉冲宽度通常为几 ｎｓ至上百 ｎｓ，重复频率一般为几 Ｈｚ至几 ｋＨｚ。常 规 的 测 量 方 法 有 直 接 Ａ／Ｄ 采 样 和 长 时 间积分方式［７８］，直接 Ａ／Ｄ 采样对 Ａ／Ｄ 芯片的速度要 求 很 高，成 本 较 高，数 据 量 大，测 量 精 度 也 难 以 提 高。 长 时 间 积 分 方 式 只 能 测 量 一 个 时 间 段 内 的 平 均 能 量 ，不 能 直 接 给 出 每 个 脉 冲 的 能 量 ，而 且 背 景 光 较 强 时 信 噪 比 较 低。本文介绍了一种自动跟踪积分法，该方法能根据预测对单个光 脉冲信 号进 行 积分 并 保 持，然 后 再 进 行 Ａ／ Ｄ 采样，这种方案将显著降低对 Ａ／Ｄ 电路速度的要求，并能得到较高的测量精度，克服常规方式的一些缺陷。
应范围较宽，即使只有几 ｎｓ的光脉冲也能进行测量。
２ 积 分 电 路
本方案选用 ＴＩ公 司 的 电 流 积 分 器ＩＶＣ１０２ 对 光 电 流进行积分，ＩＶＣ１０２ 的 指 标 为：输 入 偏 置 电 流 １００ｆＡ； 最小积分 电 容 １０ｐＦ；最 大 线 性 输 出 电 压 ２ Ｖ（电 源 ５ Ｖ）；根据应用的 不 同，ＩＶＣ１０２ 可 以 有 多 种 组 态 方 式，对 脉 冲 光 的 测 量，可 以 按 图 ２ 的 方 式 进 行 连 接。ＩＶＣ１０２ 内部集 成 了 ３ 个 积 分 电 容，对 于 纳 秒 级 的 脉 冲 光，只 使 用 犆１即可，犆２和 犆３不 用。 在ＩＶＣ１０２ 芯 片 中，Ｓ１为 积 分 开 关，当其闭合时，开始在犆１上对光电流进行积分；Ｓ２为
纳秒激光器原理及应用
纳秒激光器原理及应用简介纳秒激光器是一种能够产生纳秒级脉冲的激光器，其原理基于激光器的工作原理，经过特殊设计和调整，使得激光器产生纳秒级的脉冲。
纳秒激光器随着其高能量、高峰值功率和短脉冲宽度的特点，被广泛应用于各个领域。
原理纳秒激光器的原理主要包括以下几个方面：1. 激光的产生：纳秒激光器通常采用固体激光介质，如2. 脉冲调制：纳秒激光器使用特殊的脉冲调制技术，如Q开关技术，能够控制激光的脉冲宽度和频率，使得激光器产生纳秒级的脉冲。
3. 能量放大：激光脉冲通过光学放大器进行能量放大，从而增加激光器的输出功率和峰值功率。
4. 脉冲整形：为了满足应用需求，纳秒激光器还需要进行脉冲整形，包括调整脉冲宽度、脉冲形状和脉冲重复频率等参数。
应用纳秒激光器在许多领域有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：1. 材料加工：纳秒激光器可以用于材料的切割、焊接、打孔等加工过程。
其高峰值功率和短脉冲宽度能够实现精细加工，应用于微电子、材料科学等领域。
2. 医疗美容：纳秒激光器可以用于皮肤色素病变的治疗、纹身去除、皮肤再生等医疗美容领域。
其短脉冲宽度可以有效保护皮肤组织，提高治疗效果。
3. 光学测量：纳秒激光器可以用于激光扫描显微镜、激光雷达等光学测量领域。
其快速响应和高能量输出能力，能够实现高精度的测量和分析。
4. 科研实验：纳秒激光器在物理实验、化学实验等科研领域有着重要的应用，如激光光谱分析、超快动力学研究等。
结论纳秒激光器通过特殊的设计和调整，实现了纳秒级脉冲的生成，具有高能量、高峰值功率和短脉冲宽度的特点。
其广泛的应用领域包括材料加工、医疗美容、光学测量和科研实验等。
随着技术的不断发展，纳秒激光器在各个领域的应用将进一步拓展和深化。
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纳秒脉冲产生与测量实验中的脉冲调整技术
近年来，纳米技术的发展推动了科学实验和应用领域的突破。
在纳米材料和器
件的研究中，纳秒脉冲成为了广泛应用的一种技术手段。
纳秒脉冲的产生与测量对于实验研究具有重要意义，而脉冲调整技术则是保证纳秒脉冲质量与精确度的关键。
纳秒脉冲的产生是通过高性能的电子设备实现的。
电子脉冲发生器通常包括精
密的时钟源、脉冲电路以及驱动器等部件。
时钟源提供了精确的时间基准，脉冲电路将时钟信号转化为脉冲信号，而驱动器则将脉冲信号输入到被测系统中。
这个过程需要稳定的电源来保证信号的连续稳定输出。
同时，电子脉冲发生器的设计还需要考虑到高频和高速电路的特性，以及电磁干扰的抑制等因素。
在纳秒脉冲的产生过程中，脉冲调整技术起到了至关重要的作用。
脉冲调整技
术主要包括脉冲宽度调节、脉冲幅度调节和脉冲重复频率调节等。
脉冲宽度调节是指通过控制电子发生器的相位、频率或电流等参数来改变脉冲的宽度。
这种调节可以通过改变波形发生器的输出频率来实现，也可以通过控制驱动器的输出电压来实现。
脉冲幅度调节是指通过控制波形发生器的电流、电压和阻抗等参数来改变脉冲的幅度。
脉冲重复频率调节是指通过控制时钟源的频率来改变脉冲的重复频率。
这些调节技术可以有效地控制纳秒脉冲的性能参数，以满足不同实验需求。
测量纳秒脉冲的质量与精确度同样是非常重要的。
在传统的脉冲测量中，常用
的方法是使用示波器或频谱仪等设备来观察和分析脉冲信号的特征。
然而，随着脉冲频率的提高和复杂度的增加，传统的测量方法已经无法满足实验的要求。
因此，研究人员提出了一系列新的脉冲测量技术。
其中一种常用的技术是相位测量法。
相位测量法通过测量脉冲信号与参考信号
之间的相位差来确定脉冲的相关性和准确度。
这种测量方法可以实现高分辨率和快速测量，适用于高频和复杂脉冲的测量。
另一种常用的技术是功率测量法。
功率测量法通过测量脉冲信号的功率来确定脉冲的能量和峰值。
这种测量方法适用于高功率和高能量脉冲的测量，可以实现较高的准确度和灵敏度。
除了传统的测量方法外，还有一些新颖的脉冲测量技术被提出并应用于实验研究中。
例如，自适应滤波技术被用于对脉冲信号进行实时滤波和处理，以提高测量的精确度。
光学测量技术则利用光学器件捕捉和分析脉冲信号，可以实现高精度和非接触式的测量。
这些新颖的脉冲测量技术为纳秒脉冲的研究和应用提供了更多的可能性。
总结而言，纳秒脉冲产生与测量实验中的脉冲调整技术对于研究人员来说具有重要意义。
脉冲调整技术可以有效地控制纳秒脉冲的性能参数，以满足不同实验需求。
脉冲测量技术则可以帮助研究人员准确地测量纳秒脉冲的特征和参数，为实验研究提供重要的数据支持。
随着纳米技术的不断发展，脉冲调整技术和测量技术也将不断创新，为纳秒脉冲的研究和应用开辟更加广阔的领域。