摘要:原则上,地面高功率激光器能够通过远程诱导激光烧蚀动量使任何类型的空间碎片物体脱离低地球轨道 (LEO)。然而,效率和操作安全性的评估取决于许多因素,例如大气限制或辐射过程中碎片解体的风险。我们分析了各种目标几何形状和尺寸的激光动量,并且首次在大规模模拟中将热约束纳入激光辐照配置中。使用相干耦合的 100 kJ 激光系统,波长为 1030 nm,脉冲持续时间为 5 ns,在优化的指向仰角范围内,脉冲频率应小于 10 Hz,以防止碎片熔化。对于机械完好无损的有效载荷或火箭体,重复率应该更低。尺寸在 10 到 40 厘米之间的小碎片可以通过大约 100 到 400 次正面照射来脱离轨道,而超过 2 米的物体通常需要超过 1000 次照射才能脱离轨道。因此,基于激光的碎片清除不能被视为处理最高风险大型碎片的主要太空可持续性措施,但它可以使用全球分布的激光站点的小型网络来修复大量小型碎片。
美国宇航局兰利研究中心研制出了一种机载三脉冲积分路径差分吸收 (IPDA) 激光雷达 [1- 3]。该仪器可同时测量大气中的二氧化碳 (CO 2 ) 和水蒸气 (H 2 O)。IPDA 发射器产生波长为 2 µ m 的高能激光脉冲,重复率为 50 Hz。每次激光发射由三个 50 ns 脉冲组成,间隔 200 µ s,每个脉冲的波长设置不同 [4]。相对于 CO 2 R30 线中心,三个脉冲的工作波长选择为第一、第二和第三个脉冲分别针对 H 2 O 吸收、CO 2 吸收和最小吸收(离线)[1]。IPDA 接收器由一个 0.4 m 牛顿望远镜组成,可将返回辐射聚焦到 300 µ m 的光斑大小上。返回辐射经过准直和滤波,然后被分离(90%-10%)到高信号通道和低信号通道。高信号通道聚焦于直径 300 µ m 的商用扩展范围 InGaAs PIN 光电探测器。低信号通道用于扩展检测动态范围,以获得高回报而不会饱和。此外,低信号通道可用于测试其他 2 µ m 检测技术 [3]。
1.1 部门讯息 电气工程是科学和数学原理的基础和应用研究,用于研究、发明、开发、设计、制造和控制机器、过程、现象和/或系统。电气工程师的工作已经并将继续对环境、能源、国防、国土安全、数据安全、医学、太空探索、安全、通信、生物等领域的人们的生活产生直接和重要影响,并延伸到所有类型的工业和制造问题。例如,电气工程师负责创造所有频率和脉冲重复率的电力和信号、现代电子设备、计算机、电子通信系统、现代飞行控制器、自动化制造、医疗诊断工具。电气工程教育继续为解决重大社会问题和提高生活质量提供机会。内华达大学拉斯维加斯分校电气与计算机工程系拥有一流的电气工程研究生教育和研究设施。此外,电气和计算机工程系的教师在电气工程学科领域经验丰富,知识渊博,包括通信、计算机工程、控制系统理论、电磁学和光学、电子学、电力系统、信号处理和固态设备。在内华达大学拉斯维加斯分校,学生有机会与教师和教职员工进行有效互动,以便根据他们的兴趣定制课程和研究论文。
激光直接写作采用多光子3D聚合化是一种科学和工业工具,用于各个领域,例如微观,医学,超材料,可编程材料等,由于高吞吐量和良好的特征融合到数百nm。技术适用性的某些局限性从照片牙质特性中出现,但是随着光激发条件的变化,任何物质修改都会强烈影响其可打印性。在这里,我们使用低峰功率激光振荡器提出了非波长的3D聚合。使用高脉冲重复率和快速激光直接写作,用于从SZ2080 TM照相抗体中推进添加剂制造,而无需任何照相机。波长为517 nm,780 nm和1035 nm的波长被证明适合于高达10 5 µm/s的写作速度,也适用于产生300 nm聚合的特征。杂交材料中有机无机比率的变化会导致动态制造窗口的变化和减少,但并没有禁止光结构。由于局部加热实现有效的3D打印,因此可以实现每个焦点的控制能量沉积。这种空间选择性的光化交叉链接扩大了非光敏感材料的光学制造能力。
与传统的非线性光学晶体(如BAB 2 O 4,KTIOPO 4或LINBO 3)相比,光子对的半导体集成源可能会在泵波长上运行。Bragg反射波导(BRW)的情况也是这种情况,将参数下转换(PDC)靶向电信C波段。藻类合金的大型非线性系数和光的强限制可实现极明亮的集成光子对源。在某些情况下,在BRW中观察到了大量有害的宽带光致发光。我们表明,这主要是由于核心附近线性吸收以及随后在半导体中深杂质水平的电子对辐射重组的结果。对于带有BRW的PDC,我们得出结论,在S波段的长波长端或短C波段附近运行的设备需要短的时间滤波,需要短于1 ns。我们预测,将工作波长转移到L波段会将光致发光量减少70%,并在材料组成中进行少量调整会导致其总还原90%。这样的措施使我们能够提高平均泵功率和/或重复率,这使得积分的光子对源具有芯片多吉格希氏兹对速率的可行,用于将来的设备。
摘要:三光子产生 (TPG) 是一种三阶非线性光学相互作用,其中能量为 ћω p 的光子分裂为三个光子,分别为 ћω 1 、 ћω 2 和 ћω 3,其中 ћω p = ћω 1 + ћω 2 + ћω 3。三重态具有与光子对不同的量子特征,这对量子信息具有浓厚的兴趣。在本研究中,我们首次实验演示了在 ћω 1 处对三重态的一种模式进行刺激的 TPG,之前对 TPG 的研究涉及在 ћω 2 和 ћω 3 处对两种模式进行刺激。非线性介质是在 λ p = 532 nm 下以皮秒模式(15 ps,10 Hz)泵浦的 KTiOPO 4 晶体。刺激光束由可调光学参量发生器发射:在刺激波长 λ 1 = 1491 nm 处发现相位匹配,三重态的另外两个模式在正交极化下为 λ 2 = λ 3 = 1654 nm。使用超导纳米线单光子探测器,对两个生成模式的极化和波长特征的测量与计算完全一致。在模式 2 和 3 上每个脉冲可以产生总计 2 × 10 4 的光子数,这相当于每个脉冲产生 10 4 个三重态,或者每秒产生 10 5 个三重态,因为重复率等于 10 Hz。我们在未耗尽泵浦和刺激近似下,在海森堡表示中的非线性动量算符的基础上开发的模型框架中解释了这些结果。
强场物理中许多有趣的实验都需要产生长波长激光脉冲[1-4]。最近,在 1 kHz 或更高重复率下工作的少周期、载波包络锁相、mJ 级短波红外 (SWIR,1.4-3 µ m) 激光器方面取得了进展,推动了水窗口 (282 至 533 eV) 中阿秒 X 射线源的开发[5]。利用中波红外 (MWIR,3-8 µ m) 驱动激光器已经证明了光谱截止超过 1 keV 的高次谐波产生[6]。3.5-5 µ m 大气透射窗口内的高峰值功率 (100 千兆瓦级) 脉冲能够通过克尔透镜效应在空气中自聚焦形成细丝[7,8];这种脉冲是国防应用的理想选择,因为它们可以以极高的精度和最小的衰减对目标造成最大伤害。由于在 MWIR 波长区域工作的增益介质有限,光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)成为最佳方法。1 µ m 激光器泵浦的氧化物非线性晶体,如砷酸钛钾(KTA),能够在 3.9 µ m 波长下产生 30 mJ、80 fs、20 Hz 脉冲[9]。2 µ m 泵浦源使基本可能的上限转换效率翻倍,并且可以使用非线性度更大的非氧化物晶体,如 ZnGeP 2(ZGP),d 36 = 75 pm/V [10 – 12]。ZGP 的热导率为 36 W/(m·K),是 KTA 的 20 倍,对于高重复率/高平均功率操作至关重要。在用 1.94 µ m Tm:光纤激光器泵浦时,Ho:YLF 能够将 2 µ m 皮秒脉冲放大到几十毫焦耳[13-15]。Ho 3 +的 5 I 8 和 5 I 7 流形分别包含 13 个和 10 个能级,如图 1 所示[16]。2.05 µ m 脉冲的放大归因于模拟的上激光能级 N 2 (在 5153 cm − 1 处)和下激光能级 N 1 (在 276 cm − 1 处)之间的发射跃迁。由于基态 N 0 (在 0 cm − 1 处)和下激光能级之间的能量差很小,Ho:YLF 被认为是准三能级增益介质。如图 1 所示,相关激光能级的粒子数随温度而变化,因此 Ho:YLF 等准三能级放大器的增益在很大程度上取决于温度。高能皮秒 Ho:YLF 激光器通常基于啁啾脉冲放大 (CPA)。在产生超过 20 mJ 能量的 2 µ m 皮秒 CPA 激光器中,前置放大器的脉冲由功率放大器增强。最终输出能量由输入脉冲能量和增强器的增益决定。最近,在 2016 年 11 月 1 日展示了一种使用再生放大器和两级增强器放大输出 56 mJ 的 Ho:YLF CPA 系统。
1。在6.5“颜色LCD,8颜色或8级单色,320 x 234像素显示窗口15分钟,在所有范围内显示为15分钟。深度,位置和关联时间每5 s存储24小时。以5 s,1或2分钟的间隔进行反击。2。显示模式导航,历史记录,DBS,日志,OS数据等。3。频率50和200 kHz 4。输出功率600 W RMS 5。范围量表5、10、20、40、100、200、400、800 m(可以为脚或fathoms选择)6。任何范围的准确性±2.5%。最小范围0.5 m(200 kHz),2.0 m(50 kHz)8。歧视20 m范围的每米深度5.8毫米,在200 m范围内0.58毫米9。脉冲重复率(PRR)深度(M)P/L(MS)PRR(脉冲/分钟)5/10 0.25 630 20 0.25 630 40 0.38 330 100 1.00 1.00 140 200 2.00 2.00 73 400,800 3.60 3.60 41 10。图片提前范围(M)显示窗口(分钟)5,10,20 1.8/15 40,100 8/15 200 20 400,800 30 11.接口(IEC 61162-1)输入:RMA,RMC,GLL,VTG,ZDA,GGA输出:SDDPT,SDDBT 12。警报浅水的视听警报,底部和电源故障13。传感器类型和梁宽50b-6b:28°,200b-8b:5.4°
对于工业应用而言,工艺总成本通常是限制超短脉冲激光系统广泛应用的因素。除此之外,产量是该技术成功实施的关键因素,产量不仅要求工艺优化,还与激光系统的平均功率成正比。因此,过去通常要求更高的平均功率。但如今,能够全天候运行的工业用超短脉冲激光系统提供高达 200 W 的平均功率,而研究开发则超过了 kW 级。例如在 2018 年,相干组合超快光纤激光器证明了其平均功率为 3.5 kW,脉冲持续时间为 430 fs,重复率为 80 MHz [5],最近这一值已被突破,达到 10.4 kW 的平均功率 [6],脉冲能量约为 130 µJ,脉冲持续时间更短,为 254 fs。使用盘式放大器可以在较低的重复频率下实现更高的脉冲能量,例如,在 [7] 中,对于脉冲持续时间为 1 ps 的脉冲,在重复频率为 2 kHz 时,脉冲能量为 97.5 mJ。使用 innoslab 技术 [8] 也可以实现高平均功率,早在 2010 年,就已证明了在重复频率为 20 MHz 和脉冲持续时间为 615 fs 时的平均功率为 1.1 kW [9],最近又证明了在重复频率为 500 kHz 时,脉冲持续时间为 30 fs 时的平均功率为 530 W [10]。因此,未来平均功率不足将不再是问题,而挑战在于如何通过保持高加工质量来解决这个问题,这将在以下章节中说明。
[3] Bitter,M.,“亚音速和超音速流动中通用火箭模型的高重复率 PIV 调查”,Exp Fluids(2011)50:1019-1030,Springer,DOI:10.1007 / s00348-010-0988-8。 [4] Babuk,VA,“固体火箭推进剂燃烧产物中铝团聚体演变模型”,推进与动力杂志,第 18 卷,第 4 期,2002 年 7 月 - 8 月,DOI:10.2514/2.6005 [5] Desrochers,MF,“地面试验火箭推力测量系统”,烟火技术杂志,第 14 期,2001 年冬季,第 50-55 页。 [6] Penn,K.,“测量模型火箭发动机推力曲线”,《物理教师》,第 48 卷,第 9 期,2010 年 12 月,第 591-593 页,DOI:10.1119/1.3517023 [7] Pappu,S.,“卫星遥感在印度史前研究和遗产管理中的应用”,《考古学杂志》,第 37 卷,第 9 期,2010 年 9 月,第 2316-2331 页,DOI:10.1016/j.jas.2010.04.005 [8] Harridon,M.,“直升机 Guimbal Cabri G2 事故分析”,《国际科学与研究出版物杂志》,第 10 卷,第 12 期,2020 年 12 月,ISSN 2250-3153, DOI : 10.29322/IJSRP.10.12.2020.p10809 [9] Harridon,M.,“马来西亚警察航空联队搜救人员对搜救一般问题的看法”,《国际科学与研究出版物杂志》,第 10 卷,第 10 期,2020 年 10 月,ISSN 2250-3153,DOI : 10.29322/IJSRP.10.10.2020.p10630 [10] Campbell,TA,“航空航天工程课程的模型火箭项目: