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2012年  24卷  第06期

推荐文章
本期封面及目录
《强激光与粒子束》2012年06期封面及目录
《强》刊编辑部
研究快报
窄线宽全光纤激光器实现666 W高功率输出
王小林, 周朴, 肖虎, 粟荣涛, 郭少锋, 司磊, 许晓军, 刘泽金
2012, 24: 1261-1262. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1261
摘要:
搭建了一台主振荡功率放大(MOPA)结构的窄线宽全光纤激光器。利用噪声相位调制技术将单频激光线宽展宽至0.3 GHz,通过四级放大器结构对10 mW的窄线宽种子激光进行放大,获得了功率为666 W的窄线宽激光输出。该窄线宽激光器输出功率仅受限于泵浦功率,增加泵浦功率有望进一步提高输出功率。
综述
快脉冲直线变压器气体开关技术
丛培天, 邱爱慈
2012, 24: 1263-1268. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1263
摘要:
阐述了Z箍缩驱动惯性聚变装置对快脉冲直线变压器气体开关的需求背景,介绍了快脉冲直线变压器气体开关技术发展的基本要求及国际研究进展,归纳了近年来主要研究成果和对当前研究有重要借鉴意义的结论,给出了提高静态稳定性、降低触发阈值和延长开关寿命的措施。介绍了气体放电的汤逊和流注理论,指出:在不大于1.5106 Pacm范围内,汤逊理论完全适用于描述气体开关自击穿过程。根据巴申定律、Meek击穿判据,给出了开关气压和间距设计要点,分析了多间隙开关间隙数量和间隙的电压分布均匀性对开关自击穿电压的影响。根据触发击穿延时经验公式,归纳了降低触发电压阈值的技术途径。介绍了1维的电极熔蚀判据,并总结了减轻电极烧蚀的方法和措施最后指出开关技术研究总体策略和方法。
高重复频率脉冲功率技术及其应用:(3)磁开关的作用
江伟华
2012, 24: 1269-1275. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1269
摘要:
描述了磁开关的原理和使用方法,并结合实例介绍了磁开关在具体装置中的作用。从磁性材料的磁化特性出发,概述了磁饱和现象的机理和特征。 讲解了磁开关在脉冲压缩、磁助器和可饱和变压器等方面的应用。在此基础上,描述了典型的高重复频率脉冲功率发生器、高功率脉冲功率发生器和半导体断路开关(SOS)驱动电路中的磁开关的工作原理。
高功率激光与光学
SiO2/HfO2高反射膜的研制
程鑫彬, 沈正祥, 焦宏飞, 马彬, 张锦龙, 丁涛, 王占山
2012, 24: 1276-1280. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1276
摘要:
主要讨论了电子束蒸发SiO2/HfO2薄膜的面形控制和损伤性能。研究了电子束蒸发工艺参数对薄膜应力以及面形的影响;分析了制备工艺对薄膜吸收、节瘤缺陷密度的影响,测量了制备薄膜的损伤阈值。研究结果表明:调整SiO2蒸发时的氧分压可以有效地将薄膜的应力控制在-250~-50 MPa。同时采用金属Hf蒸发可以显著地将节瘤缺陷密度从12.6 mm-2降低至2.7 mm-2,同时将损伤阈值从30 J/cm2提高至55 J/cm2。
自适应光学系统变形镜控制电压预测
史晓雨, 冯勇, 陈颖, 谭治英, 李新阳
2012, 24: 1281-1286. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1281
摘要:
在校正大气湍流畸变波前相差的自适应光学系统中,利用基于Levenberg-Marquardt学习算法的非线性反向传播神经网络技术(LMBP)对变形镜控制电压进行预测。以对受横向风影响的大气湍流畸变波前斜率数据为研究对象,通过数值仿真方法,研究了基于LMBP算法的自适应光学系统变形镜电压非线性预测控制算法。通过实验发现,预测电压和变形镜实际控制电压拟合效果良好。讨论了回溯帧数对预测效果的影响,并与基于递推最小二乘(RLS)算法的线性预测算法进行比较。对比结果表明,基于LMBP算法的非线性电压预测方法比基于递推最小二乘法的线性电压预测方法能更有效地降低系统由伺服延迟引起的误差。
高功率全光纤激光器特性
, 杨春平, 李伟, 董海燕, 杨超, 王琦, 肖小果
2012, 24: 1287-1289. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1287
摘要:
介绍了采用国产光纤光栅研制的全光纤激光器,单端泵浦获得468 W的连续激光输出。从理论上分析了光纤光栅的反射率与波长的关系,计算了输出谱宽值,与实验测得的数据相符。全光纤激光器的光-光转换效率达到70%,且随着功率的增加,光纤光栅的中心波长有向长波方向漂移的趋势。在最高输出功率下180 s之内输出功率波动在0.04%以内。
光纤激光相干合成高速高精度相位控制器
粟荣涛, 周朴, 王小林, 韩凯, 许晓军
2012, 24: 1290-1294. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1290
摘要:
基于随机并行梯度下降算法(SPGD)和现场可编程逻辑阵列(FPGA)设计制作了相干合成(CBC)相位控制器。理论分析表明,该控制器单次迭代速率大于1.125 MHz,对于2路和16路相干合成,其平均控制带宽的理论值分别大于70 kHz和9 kHz,与现有的SPGD算法相位控制器相比有了量级上的提高。利用该控制器进行了验证性实验,表明该控制器能够实现高速高精度相位控制。当利用相位控制器对两路激光的相位进行锁定时,目标圆孔内能量提高了1.51倍,远场光斑对比度提高了5.29倍。
压电驱动器布置对光栅拼接误差的影响
, 陈伟, 周忆, 王逍, 周海, 刘朋威, 黄金勇
2012, 24: 1295-1300. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1295
摘要:
分析了两种光栅拼接调整机构(三角形和L形),利用有限元分析软件对这两种光栅调整机构进行了模态分析和优化分析设计。相同光栅尺寸下(以口径为450 mm420 mm60 mm光栅为例),驱动器三角形分布的固有频率与L形分布的固有频率相差无几,一阶频率分别为58.816 Hz和58.864 Hz。对两种驱动器布置方式引入的误差进行了分析比较,计算结果表明:三角形调整机构的最大误差比L形的大,同时三角形分布控制算法较L形的复杂。在主动控制中三角形模型误差迭代次数多,不利于控制。因此L形的压电驱动器布置方式优于三角形。
等截面超-超引射器流场结构及引射性能
陈健, 王振国, 吴继平, 徐万武
2012, 24: 1301-1305. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1301
摘要:
为考察超声速引射器直接引射超声速二次流时的性能,采用纹影技术和压力测量手段对一等截面超-超引射器的流场结构及其引射性能进行了实验研究。研究结果表明:一、二次流交汇后在混合室前段形成了复杂的超声速流场结构。根据二次流在混合室入口流动状态的不同,可将超-超引射划分为非饱和超-超引射和饱和超-超引射两种工作状态;二次流在混合室入口处产生的激波提高了引射器的压力匹配性能;在给定的引射系数下,引射器的增压性能随二次流马赫数的增大而降低,而引射马赫数对引射器压力恢复性能的影响不大。
中红外高能激光探测单元
陈绍武, 张检民, 宇文璀蕾, 冯刚
2012, 24: 1306-1310. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1306
摘要:
基于光电导探测原理,分析了影响室温光导型InSb探测器在中红外激光功率参数测量中的因素,得到了材料掺杂数密度、环境温度对探测器暗电阻、光谱响应率和光谱探测率的影响规律;开展了探测器在强激光辐照下的热效应理论模拟和实验研究,模拟分析了探测器在激光辐照下的动态响应特性。结果表明:针对测量系统中所使用的探测器,在激光功率密度小于4 W/cm2时,激光热效应对测量结果的影响可忽略;研制了相应的恒流源驱动电路,实现了中红外高能激光功率参数的探测。
H2+和H3+系统的电子频谱与高次谐波谱
代春燕, 于川, 张贵忠, 向望华, 姚建铨
2012, 24: 1311-1314. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1311
摘要:
针对单电子H2+和双电子H3+系统,采用对称分裂算符法求解波函数的时间演化。计算了电子的含时频谱和体系的高次谐波谱,结果表明:电子频谱和高次谐波谱呈互补规律,即电子频谱峰值出现在基波的偶数倍频率位置,高次谐波则出现在奇数位置。对高次谐波谱随软化库仑参数的变化规律进行了数值研究,发现只在软化库仑参数的一定范围内才产生高次谐波,对该现象作了解释。
无衍射贝塞尔光束非球面透镜设计
张前安, 吴逢铁, 郑维涛
2012, 24: 1315-1318. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1315
摘要:
提出一种可产生无衍射贝塞尔光束的非球面透镜-贝塞尔透镜,该透镜由球面和非球面组成,呈旋转对称结构。利用光学设计软件ZEMAX通过光线追迹法对贝塞尔透镜进行设计,在设计和优化过程中,将出射光线与光轴的夹角作为边界条件,二次曲线参量和高次项系数作为变量。结果表明:利用标准二次曲线加上第一个高次项就可以得到比较理想的优化结果,设计的非球面贝塞尔透镜可以产生具有贝塞尔光束特性的无衍射光束。
基于主元分析的随机相移算法
徐建程, 孙莉莉
2012, 24: 1319-1323. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1319
摘要:
将统计理论中的主元分析应用到干涉条纹分析中,提出一种基于主元分析的随机相移算法。该算法先将多帧条纹数据分解成不相关的主元成分,然后从主元成分中提取2维相位信息。数值模拟结果表明:该算法不需要迭代运算就能从4帧完全随机相移干涉图中有效提取相位信息,运算时间少,精度高。实验结果表明主元分析相移算法比现有迭代相移算法更适合于随机相移干涉图分析。
反射式液晶空间光调制器电控光束偏转
赵祥杰, 张大勇, 骆永全
2012, 24: 1324-1328. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1324
摘要:
为获得较大的光束电控偏转范围,使用空间分辨力高达8 m的反射式液晶空间光调制器实现了对入射632 nm激光的电控偏转。利用双光束共焦干涉方法测量了液晶空间光调制器的电控相位延迟特性,最大相移量可达3。根据二元光学理论和器件的电控相位延迟特性,设计了周期台阶相位模式和相应的加载灰度图,以最大衍射效率实现对入射光束的闪耀电控偏转。结果表明:相位模式台阶数为8时,可以实现10 mrad的光束偏转,闪耀级次衍射效率可达46%。利用二元光学的衍射模型对影响衍射效率的关键因素进行了分析,认为器件较低的填充因子和周期台阶模式相位重置点诱导的指向矢回程区是限制光束衍射效率的主要因素。
紫外激光标记空气开关的工艺研究
吴煜文, 郭亮, 张庆茂, 吕启涛, 张超
2012, 24: 1329-1334. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1329
摘要:
激光器的打标速度、频率、填充间隔、电流、离焦量等工艺参数直接影响空气开关的打标效果。实验根据5因素4水平正交表L16(45)改变激光工艺参数,利用分光测色计和二维码扫描器对激光标记分别进行色差和读码率的测量,通过正交分析法和极差法研究激光工艺参数对打标效果的影响。研究表明:色差与读码率的数据趋于正比关系,并且存在一个阈值色差;当激光参数的速度为1 000 mm/s、频率为20~30 kHz、填充间隔为0.04 mm、电流为28 A、离焦量为-1 mm时,在空气开关上打标出点密度合适、色差对比度高、易于读取的二维码。
高分辨力哈特曼传感器的快速波面重构和拼接
颜宏, 雒仲祥, 叶一东, 向汝建, 王锋, 何丽
2012, 24: 1335-1338. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1335
摘要:
建立哈特曼传感器的模型,证明在高空间分辨力下,可以采用Hudgin模型进行波面重构,避免了采用Fried模型带来的复杂性。对哈特曼子孔径缺失破坏连续性的问题进行了分析,介绍了相应的边缘处理算法。完成了基于离散傅里叶变换的波面重构算法数值模拟,实现了波面的无损重构。针对实际应用中输入波面在被遮挡处不连续的问题,提出了基于最小二乘解的拼接方案,实现了非连续波面拼接。分析了影响波面重构速度的主要因素,提出了提高波面重构性能的方法。
精确跟瞄控制技术研究
熊珍凯, 陈汀峰,
2012, 24: 1339-1343. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1339
摘要:
针对目标跟瞄多功能的需求,将最小方差估计和跟踪控制的思想结合,设计了一种跟瞄控制器,实现了目标位置预测与伺服控制的融合,优化了系统结构。采用基于当前统计模型的改进卡尔曼滤波算法,预测出目标运动状态参数;采用自适应滑模的解算控制方法,实现伺服系统的位置控制。通过仿真实验,系统状态稳定,抗干扰能力加强,通过对数据分析,跟瞄精度明显提高。
大口径非球面元件可控气囊抛光系统
潘日, 杨炜, 王振忠, 郭隐彪, 王健, 钟波
2012, 24: 1344-1348. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1344
摘要:
根据大口径非球面光学元件的实际加工需要,设计并制造可控气囊抛光系统,并对机构进行运动学仿真,仿真结果表明,气囊自转轴的运动空间可以满足大口径非球面光学元件的连续进动加工要求。为了证明所设计系统的可加工性,以直径320 mm的圆形平面光学元件进行加工实验。经过该气囊抛光工具24 h的抛光后,工件达到较好的面型精度,光学元件的表面粗糙度由0.272减小到0.068(=632.8 nm), PV值从1.671降低到0.905。对光学元件的实际加工实验结果表明:可控气囊抛光系统在加工过程中结构稳定性好,符合设计要求,可有效提高加工工件面型精度。
实际大气中闪烁指数测量的数据处理
李菲, 吴毅, 侯再红
2012, 24: 1349-1352. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1349
摘要:
在闪烁指数定义的基础上,综合考虑背景光噪声、探测器固有噪声和散粒噪声等影响闪烁指数测量精确度的因素,修改了测量系统的数学模型,并对现有数据处理方法做出改进。在1 km距离上进行了激光水平传输实验,分别采用了现有方法和改进方法处理实验数据,并对获取的3种闪烁指数进行了比较。实验结果显示:修改后数学模型相比现有模型更符合实测值;相比系统本底噪声,探测器散粒噪声要高出一个数量级,将会严重影响测量准确度;在信噪比有较大波动的条件下,改进方法受到的影响小于现有方法;在信噪比较低时,改进方法的准确度优于现有方法。
基于固定校正镜的折衍共形光学系统设计
沈满德
2012, 24: 1353-1356. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1353
摘要:
设计了一个大扫描视场的折衍混合红外共形光学系统,共形成像系统工作波段为3.7~4.8 m,相对孔径为1/2,焦距为120 mm,扫描视场为40。由于共形光学系统具有大偏心、大倾斜光学特性,像差校正难度较大,设计中采用固定校正镜和折衍混合混合结构校正了共形光学元件的像差,引入了非球面和衍射面有效消除了各个扫描视场的像差。设计结果表明:光学系统光阑与探测器冷光阑重合,满足100%冷光阑效率。在40扫描视场范围内,共形光学系统的光学传递函数曲线接近衍射极限,成像良好。
高斯脉冲在半导体光放大器中传输的解析表征
贺炜, 惠战强, 吴惠民
2012, 24: 1357-1364. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1357
摘要:
采用解析方法,在考虑材料损耗和色散的情况下,详细研究了无啁啾高斯脉冲和啁啾高斯脉冲在半导体光放大器中传输的物理过程,分析了强度增益、脉冲宽度和频率啁啾与线宽增强因子、色散系数、小信号增益特征参数及初始啁啾之间的关系。结果表明:当输入变换极限的高斯脉冲时,色散会引起增益压缩,脉冲展宽和频率啁啾;同样情况下,线宽增强因子越大,脉宽加宽越明显,输出脉冲啁啾越大,且随着线宽增强因子的增大,输出脉冲啁啾极大值向特征参数值较小的一边移动。当输入啁啾高斯脉冲时,初始脉冲啁啾越大,增益压缩越明显,啁啾系数为正时,脉冲单纯展宽,输出啁啾随特征参数的增大而逐渐减小,啁啾系数为负时,初始啁啾与群速度色散导致的啁啾相互竞争,致使脉冲先被压缩后被展宽;脉冲最窄处对应的特征参数随线宽增强因子的增大而先增大后减小,输出啁啾随特征参数的增大而经历振荡后趋于平稳。
双环角向偏振光束深聚焦特性
刘晓云, 田博
2012, 24: 1365-1368. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1365
摘要:
基于Richards-Wolf矢量衍射积分公式,研究了双环角向偏振光束经环状高数值孔径透镜的聚焦特性,推导了双环角向偏振光束经环状透镜深聚焦的光强表达式。根据数值模拟结果,比较了相关参量的变化对深聚焦特性的影响。研究表明:入射光束经环状高数值孔径透镜聚焦后,在焦平面得到了具有广泛应用的亚波长空心光斑,并且入射光束的相关参数和聚焦透镜的数值孔径大小都会影响光束的聚焦特性,使聚焦空心光斑达到亚波长量级;双环角向偏振光束经环状高数值孔径透镜的聚焦以后,在焦平面附近产生了一个更长的焦深(约28倍入射光波长)。
光纤放大器对短脉冲串动态响应的半解析
段志春, 周继芳, 陈建国, 王藩侯, 高曾辉, 黄永平, 陈海涛
2012, 24: 1369-1375. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1369
摘要:
针对脉冲周期在ms量级、脉宽为ns量级的高功率激光系统输出的短脉冲串,根据其周期性特征及放大过程的特点,在忽略损耗系数和自发辐射的情况下,将1个周期近似分为泵浦和放大2个阶段。运用端面泵浦瞬态速率方程组,导出了2阶段变换时刻所对应的上能级粒子数之间的半解析关系式。据此,在模拟光纤长度对增益影响的基础上,研究了2阶段腔内平均上能级粒子数密度随时间的周期性变化关系,定量分析了脉冲前沿消耗增益对脉冲后沿形状的影响。结果表明:光脉冲前沿增益可达29.22 dB,其后沿增益低至0.82 dB,光脉冲后沿波形必然存在畸变,验证了所得结论的合理性。
ICF与激光等离子体
六通道掠入射软X射线针孔照相技术
李军, 段书超, 黄显宾, 李晶, 周少彤, 张思群
2012, 24: 1376-1380. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1376
摘要:
在对平面反射镜高能X射线截止原理分析研究的基础上,为传统的针孔照相系统配置了光学滤片加平面反射镜组成的滤波系统,消除了大部分的高能尾部的影响。介绍了六通道掠入射软X射线针孔相机的结构设计、工作原理及性能。将光源按光子能量切割成6个能段分别进行记录,滤波后各通道的出射光为窄带软X射线。在阳加速器上对六通道掠入射软X射线针孔相机系统进行考核,加速器输出电流为779 kA,电流上升时间为75 ns,使用的负载为16根环形W丝阵,成功获取了6个通道的针孔照相图像,并结合Dante谱仪相应通道测得的功率时间谱进行了对比分析,确定了部分Z箍缩辐射热点的图像与功率发射谱的对应关系。
适用于放大自发辐射平滑光束的脉宽压缩方法
向益淮, 汤秀章, S.Szatmari, B.Janos
2012, 24: 1381-1384. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1381
摘要:
为了增加靶上的功率密度和耦合效率,基于饱和增益开关原理,发展了一种适用于放大自发辐射平滑光束的脉宽压缩方法。利用该方法,在赛格德大学的一台放电泵浦KrF准分子激光器上进行了实验,将该激光器输出的脉宽为14.5 ns的放大自发辐射光束压缩到了7.5 ns,并且保持了光束原有的均匀性。
激光预处理中缺陷上的激光能量覆盖
代福, 杨李茗
2012, 24: 1385-1390. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1385
摘要:
分析了不同预处理方式下缺陷上的激光能量的覆盖特点。理论分析表明,相同预处理效率下,单步预处理缺陷上激光能量覆盖率优于多步预处理。实验研究了电子束蒸发制备的HfO2/SiO2多层高反膜的激光预处理,结果发现单步预处理后薄膜的单脉冲激光损伤阈值比相同效率的4步预处理后薄膜的单脉冲激光损伤阈值要好。采用最高能量密度为112%激光损伤阈值的5步预处理后,光学薄膜的激光损伤阈值提高了83.5%。
平行磨削非轴对称非球面光学元件表面形貌
张宁宁, 王振忠, 潘日, 王春锦, 郭隐彪
2012, 24: 1391-1395. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1391
摘要:
结合砂轮表面仿真及磨削过程的运动学仿真获得工件表面轮廓、形貌和粗糙度预计,可以作为磨削过程中的理论依据,是精密磨削加工技术中主要的研究内容之一。平行磨削技术是加工非轴对称非球面光学元件的重要手段,而相关的仿真过程报道还很少。提出一种基于平行磨削的精密磨削加工非球面表面生成的仿真方法,该方法主要包含使用高斯方法生成具有不同统计学特征的随机砂轮表面形貌,建立单磨粒运动轨迹方程和圆弧砂轮细分后与工件表面点接触的运动关系,据此给出平行磨削加工表面生成的数值算法,并对不同加工参数下的工件表面形貌进行仿真。仿真结果和测量结果的一致性验证了所给算法的正确性和有效性
超短超强激光产生正电子的蒙特卡罗模拟
闫永宏, 赵宗清, 吴玉迟, 谷渝秋, 曹磊峰, 姚泽恩, 滕建, 董克攻, 刘东晓, 范伟, 魏来, 余金清
2012, 24: 1396-1400. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1396
摘要:
通过理论分析,建立了超短超强激光与固体靶作用产生正电子的蒙特卡罗模拟模型及Geant4模拟程序。模拟研究了靶材料、靶厚度及超热电子温度等对正电子产额的影响,结果表明:对铝、铜、锡、钽、金、铅6种靶材料,金靶的正电子产额最高,是优秀的正电子产生靶;不同超热电子温度下存在不同的最佳靶厚度,在最佳靶厚度以下,正电子产额随靶厚度增长而增大,靶厚度取3 mm较为合适;超热电子温度越高,正电子产额也越高,提高激光强度是增加正电子产额的有效途径。模拟研究给出了正电子角分布及其能谱,结果显示,正电子发射明显前倾,从大于90方向范围发射的正电子数量极少,且超热电子温度越高前倾特点越明显,能量呈类麦克斯韦分布,靶背法线方向出射的正电子的温度随超热电子温度升高而升高。
微流控制备单分散微米级SiO2微球
高存梅, 罗炫, 方瑜, 张庆军, 杜凯, 唐永建
2012, 24: 1401-1405. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1401
摘要:
采用软模板法制备出了聚二甲基硅氧烷微流控装置。利用该装置讨论了正硅酸乙酯和氨水的用量分别对反应体系凝胶化时间的影响,确定了制备SiO2微球的优化反应体系,即二甲基乙酰胺、正硅酸乙酯和氨水的体积比为8∶4∶1,实验所需的反应温度为60 ℃。实验发现:在微流体通道中,分散相的流速越大,粒径越大;连续相流速越大,粒径越小。因此,通过控制微流控装置中分散相和连续相的流速制备了粒径40~220 m的单分散SiO2微球,并对其形貌进行表征。光学显微镜和粒径分析均表明所制备的SiO2微球球形度高,单分散性好。
四倍频磷酸二氘钾晶体
纪少华, 张少军, 徐明霞, 刘宝安, 朱丽丽, 张立松, 许心光, 王正平, 孙洵
2012, 24: 1406-1408. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1406
摘要:
生长了不同氘含量的磷酸二氘钾(DKDP)晶体,切割角度统一沿Ⅰ类非临界相位匹配方向,即与晶体z轴成90与x轴成45,分别在1 064 nm和1 053 nm两种基频波长下进行了四倍频实验,通过测定氘含量与相位匹配角的联系,确定出能够实现非临界四倍频的DKDP晶体的最佳氘含量。实验发现在1 064 nm的基频波长下通过调节DKDP晶体的氘含量无法实现室温的非临界相位匹配,而在1 053 nm基频波长下实现室温的非临界相位匹配的DKDP晶体最佳氘含量为85%左右
射频感应等离子体制备球形钛粉的成分分析
古忠涛, 叶高英, 金玉萍
2012, 24: 1409-1413. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1409
摘要:
射频等离子体制备球形钛粉技术是利用等离子体炬产生的高温热将形状不规则的钛粉快速熔融成液滴,随后急冷,冻结成球形钛粉。通过射频等离子体球化处理前后的钛粉的粒度与粒径分布的测试表明,钛粉经过球化处理后,平均粒度基本上没有改变,而粒径分布相对变窄。实验通过随机对球化处理的钛粉进行X射线衍射谱检测,发现最终获得的球形钛粉没有物质结构和相的变化。C,O,H和N的含量有所降低,而Ti的含量略有所增加,可见射频等离子体的球化处理有一定的纯化作用。
熔石英表面损伤修复点的损伤概率
蒋勇, 袁晓东, 刘春明, 贺少勃, 罗成思, 王海军, 吕海兵, 郑万国, 向霞, 祖小涛
2012, 24: 1414-1418. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1414
摘要:
针对3个光斑尺寸的CO2激光辐照尺寸小于400 m损伤点后得到的修复点,从4个方面对损伤修复点经355 nm激光辐照后的损伤概率分别进行研究。结果表明,根据修复光斑尺寸或损伤点尺寸分别讨论修复点的损伤概率,更能反映修复点的抗激光损伤能力。通过分别讨论可以看出,采用小光斑CO2激光辐照损伤点或者修复尺寸小于200 m的损伤点,修复成功率超过90%。同时,可以通过损伤修复点的激光损伤阈值都服从正态分布的规律来预测修复点的损伤概率。
飞秒激光渡越辐射时间特性的实验研究
王光昶, 马春生, 张建炜, 白春燕, 刘玉红, 郑志坚
2012, 24: 1419-1423. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1419
摘要:
为了探索渡越辐射(TR)的时间特性,在100 TW掺钛蓝宝石飞秒激光器上利用光学条纹相机,在靶背表面法线方向测量了TR时间分辨成像光斑。实验测量结果显示:TR时间分辨成像光斑呈长条状,而辐射区域有发散角、有光强分布。 TR信号强而快,持续时间短,为ps量级,最先到达屏幕上。其他成分光辐射信号弱而慢,持续时间长,为ns量级,最后到达屏幕上。TR的时间特性能为鉴别和判断TR信号提供了新的依据。
量纲分析法求解辐射热传导自相似解
张璐, 晏骥, 杨家敏, 丁永坤,
2012, 24: 1424-1428. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1424
摘要:
通过量纲分析,将辐射流体方程简化为一阶常微分方程组的形式,进而结合数值计算求得热波烧蚀自相似解。流体方程涉及的内能、状态方程表达式采用依赖于温度、密度两个参量的形式,且参数可调,适用性较广。源边界条件可为恒温、恒流、恒压、常密等情况。以恒温源为例,给出了X射线加热Au壁时烧蚀质量与烧蚀压的定标关系,与文献结果及MULTI辐射流体程序计算结果吻合较好。
平面调制靶的正弦波曲面超精密加工与表征
黄燕华, 高党忠, 谢军, 童维超, 袁光辉, 马小军
2012, 24: 1429-1433. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1429
摘要:
采用超精密车削技术加工微尺度正弦波调制曲面微结构,解决了尖刃金刚石刀具刃磨和刀具对中等关键技术,研究了进给量、背吃刀量和主轴转速等主要切削参数对铜模板表面粗糙度的影响规律。加工出波长为(20~150)m0.5 m﹑峰谷高度差为(0.2~20)m0.1 m的带正弦波调制曲面。采用原子力显微镜对模板表面轮廓扫描,在20 m20 m的范围内,其表面粗糙度均方根值小于10 nm。将正弦波调制曲面测量结果与理论轮廓进行比较,采用最小二乘寻优算法评定轮廓误差。完成了曲面轮廓的功率谱表征,利用加工的曲面微结构制备了平面调制靶,实现正弦波调制曲面轮廓的精确转移。
高功率微波
95 GHz TE03模回旋管内置渐变波导设计
薛长江, 潘文武, 陈世韬
2012, 24: 1434-1438. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1434
摘要:
在耦合波理论的基础上,结合波导渐变曲线给出了普适高阶渐变波导设计方法,研究了95 GHz回旋管内置 TE03模式改进Dolph-Chebychev渐变波导。采用编制的数值计算程序进行优化,得到了可靠的最优几何参量,设计出了紧凑的95 GHz渐变波导。经全电磁场仿真验证,该内置渐变输出结构对杂模的抑制达30 dB,满足设计要求。回旋管的热测实验中测出的模式样图表明,所设计的内置渐变波导有效地实现了回旋管内径变化。该方法可以高效地指导高阶过模圆波导渐变结构的设计。
短脉冲激励的混响室设计
李爽, 王建国,
2012, 24: 1439-1444. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1439
摘要:
根据理想封闭矩形腔体内电磁场表达式,分析了对混响室内场特性有影响的因素;结合混响室的参数要求,对混响室模型的设计进行了研究,并确立了适用于短脉冲激励下的混响室的场均匀性分析指标;通过对比电场分布的均匀性,重点研究腔体形状和源搅拌方法对腔体内场分布的影响,采用连续10次移动激励源的方法可以将场分布标准差降低约0.4 dB。数值模拟结果表明:采用类似复杂腔的结构,在矩形腔的基础上引入若干复杂结构,可以有效地提高场分布的均匀性,有利于在腔内构造均匀的电磁环境;证明了连续移动激励源位置这一源搅拌方法的可行性,通过该方法可以有效地提高场分布的均匀性。
加速器技术
轴对称静电场的束流光学模拟与设计
柯建林, 伍春雷, 周长庚
2012, 24: 1445-1448. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1445
摘要:
为了对高压倍加器和静电加速器等低能加速器中一些具有特殊结构的轴对称静电元件进行模拟和设计,采用传输矩阵法编写了直流束的束流光学计算程序,并利用该程序对高频离子源预聚焦系统和移动式加速器中子源的束流光学系统进行了模拟和设计。程序将整个轴对称静电场区域看作厚透镜,并均分成若干个小区间,先利用其他电磁场软件计算区域内的轴上电势分布,然后根据该电势分布计算每个小区间内的束流传输情况得到束流的包络曲线。该程序可以用于计算非线性效应可忽略的复杂轴对称静电场中强流和弱流束的传输,且所需计算时间很短。
亚微秒脉冲下高梯度绝缘子的沿面闪络特性
朱隽, 夏连胜, 陈思富, 何佳龙, 张开志, 石金水, 章林文, 邓建军
2012, 24: 1449-1452. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1449
摘要:
介绍了一种由聚酰亚胺和不锈钢叠加而成的高梯度绝缘子的实验研究工作。该绝缘子样品的直径60 mm,厚度8 mm,在脉冲宽度120 ns(FWHM)的电压脉冲加载下最高获得了接近13 MV/m的绝缘强度。研究了测试方法以及绝缘层厚度与金属层厚度的比例对高梯度绝缘子绝缘强度的影响,并与相同尺寸的普通材料绝缘子的绝缘强度进行了对比。结果表明,高梯度绝缘子的绝缘强度明显高于仅由聚酰亚胺构成的普通绝缘子。
用于太赫兹光源的准等时性储存环的设计
朱家鹏, 徐宏亮, 冯光耀, 蓝杰钦
2012, 24: 1453-1457. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1453
摘要:
介绍了一种获得准等时性储存环的方案,即调节Lattice参数,在色散段引入负色散函数从而降低线性滑相因子,获得短束团。根据此方案设计了用于相干太赫兹光源的准等时性储存环,结果给出了线形光学函数曲线以及粒子的动力学孔径,表明了通过调节四极铁参数可以达到降低束团长度获得准等时性储存环的目的。还设计了用于准等时性储存环弯铁处的真空室的3维模型,并对其类腔体部分的本征模进行了计算,得到特性阻抗与品质因数的比值在10-3量级以下,表明类腔体部分对束流的影响很小。
分离扇回旋加速器的等时场在线优化
曾贤强, 敬岚, 姚泽恩, 郝焕锋, 苟世哲
2012, 24: 1458-1460. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1458
摘要:
针对兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)的分离扇回旋加速器(SSC)的等时场优化问题,依托HIRFL-CSR的主数据库系统Oracle,设计了系统控制界面,该界面不仅能够读取和给定电源电流值,而且能够实时更新束流相位信息。根据束流相位的实时数据,利用Kb-Kr方法以及Lagrange插值算法建立的等时场,实现了对SSC束流等时场的在线优化。优化后的等时场可以有效控制束流相位的漂移,提高束流品质。
条纹相机系统在激光脉冲整形测量中的应用
王季刚, 何志刚, 孙葆根, 卢平, 顾黎明, 唐雷雷
2012, 24: 1461-1465. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1461
摘要:
针对采用脉冲堆积法进行激光脉冲整形后获取的宏脉冲,介绍了基于条纹相机观测其纵向分布的基本原理。阐述了测量系统中的硬件配置功能以及脉冲堆积原理,并描述了使用条纹相机专用软件测量激光脉冲的详细步骤和操作界面。研究了测量系统中时序控制的调试对观测脉冲堆积后的宏脉冲的影响并给出了测量结果和测量误差分析。结果表明:采用脉冲堆积法所获得的激光脉冲整形效果非常理想,整形前激光脉冲的半高全宽值约为3.82 ps,整形后约为15.3 ps,且平顶部分的脉宽为11.5 ps,上升沿和下降沿均为1.9 ps。
粒子束技术
衰减透射法测量高能X射线能谱
王毅, 李勤, 江孝国, 李成刚
2012, 24: 1466-1470. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1466
摘要:
研究了基于衰减透射原理的高能X射线能谱测量与重建。利用蒙特卡罗方法对神龙一号直线感应加速器的X射线源穿过不同厚度铝时的衰减透射过程进行模拟实验。解谱方法采用迭代扰动法,对不同的初始能谱估计和测量噪声水平条件下的能谱重建进行计算分析。结果表明:实验测量不包含噪声时,选择合适的初始能谱可以获得比较准确的能谱重建结果;在实验测量数据包含5.0%高斯随机噪声情况下,X射线能谱重建计算结果仍比较稳定,与真实值偏差相对较小。
二极管爆炸发射阴极等离子体的膨胀扩展
左应红, 王建国, 朱金辉, 范如玉
2012, 24: 1471-1474. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1471
摘要:
分析了二极管中爆炸发射产生阴极等离子体的演化特征,在考虑了阴极等离子体朝阳极膨胀运动使二极管阴阳极间距缩短这一效应的同时,还计入了阴极等离子体沿发射表面径向扩展运动对二极管有效发射面积的影响。基于Child-Langmuir定律,利用在一个四脉冲强流电子束源装置上得到的电流、电压等实验数据,假定阴极等离子体轴向膨胀和径向扩展速度近似相等,研究了阴极等离子体的膨胀扩展动力学行为。计算结果表明,阴极等离子体朝阳极的膨胀和沿径向的扩展速度为0.9~2.8 cm/s。
增益半导体光放大器的特性
冯先成, 段文潇, 李寒
2012, 24: 1475-1478. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1475
摘要:
为满足半导体光放大器(SOA)在光纤到户FTTH系统接入网中的广泛应用,提出了基于光纤光栅外腔反馈型GC-SOA结构的全光增益机制,窄线宽激光光源经可变衰减器、隔离器和光纤光栅注入到SOA中,SOA的输出光经隔离器和光纤光栅送至光谱分析仪,通过光纤光栅反馈输入SOA形成钳制激光。对GC-SOA的阈值特性、增益特性及开关特性进行分析,结果表明:当注入电流小于GC-SOA的阈值电流时,增益随注入电流的增加而增加;当注入电流大于GC-SOA的阈值电流后,其增益不再随注入电流的变化而变化,实现了SOA的增益稳定,使SOA的饱和输出功率得到了提高。
高速摄影在流体动力学不稳定性研究中的应用
畅里华, 李作友, 肖正飞, 邹立勇, 刘金宏, 熊学仕
2012, 24: 1479-1482. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1479
摘要:
用高速摄影技术研究了高压气体膨胀驱动空气-水界面的瑞利-泰勒不稳定性,获得了空气-水界面的不稳定性清晰图像,得到气炮尖顶运动速度及湍流混合层高度增长速度与时间关系曲线。在横式激波管上用高速纹影诊断技术研究了激波作用空气-SF6界面的里克特迈耶-梅什科夫不稳定性,初步获得了实验图像,可清晰显示混合区变化过程。
电沉积铁层晶体结构变化的第一性原理计算
万小波, 唐昶环, 杜凯, 张林, 王妮, 胡文成
2012, 24: 1483-1487. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1483
摘要:
研究了以氯化亚铁为主盐的电镀铁工艺,通过扫描电子显微镜微观形貌分析,铁镀层具有均匀致密结构,铁晶体具有较小的尺寸。通过X射线衍射测试发现,铝基底对铁镀层具有明显的诱导作用,然而随着沉积时间的增加,铁镀层逐渐趋向于Fe(211)晶面择优取向。采用第一性原理计算了不同晶面的表面能,铁晶体不同晶面的表面能依次为Fe(211)< Fe(110)<Fe(200),这很好地解释了Fe(211)晶面择优取向使体系的整体能量降低,有益于铁镀层的稳定性。
脉冲功率技术
能量响应平坦的康普顿探测器设计
翁秀峰, 黑东炜, 韩和同, 宋朝晖, 傅录祥
2012, 24: 1488-1492. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1488
摘要:
以开展能量响应平坦的真空康普顿探测器为目的,采用厚薄材料叠加补偿设计思想,使用蒙特卡罗方法,对真空康普顿探测器的灵敏度能量响应进行了优化设计。优化的探测器系统采用0.01,1.00 mm厚Au叠加的发射极,3 mm厚Fe前窗以及3 mm挡铅。在f40 mm准直下,实现了在0.4~7.0 MeV 能区内,探测器本征灵敏度极值变化小于10.7%。该能量响应平坦性优于当前各种常见的探测器。
宽动态范围的双正交磁光电流传感器技术
蒙建华, 邓向阳, 李泽仁, 彭其先, 杨礼兵, 欧阳凯
2012, 24: 1493-1496. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1493
摘要:
提出了一种新的双正交磁光电流传感器技术,该技术可解决传统磁光电流传感器测量大电流脉冲时仅根据正弦或余弦信号无法唯一确定法拉第偏转角的技术难题。在该传感器中,起偏器的透光轴与两个偏振分束器的S分量偏振方向有0与45的夹角,四路输出信号两两之间有/2的相位差。针对该传感器,提出了大电流脉冲的一种反正切函数数据处理方法,该数据处理方法具有可避开正弦函数的不灵敏区间,从而提高数据处理精度的优点。采用双正交磁光电流传感器与罗果夫斯基线圈对比测量了FP-1装置的短路电流脉冲,两种测试技术的实验结果能很好地吻合,证实该光学电流传感器可有效地测量大电流脉冲。
亚纳秒脉冲高电压测量探头
卫兵, 方东凡, 卿燕玲, 孙奇志, 丰树平, 杨礼兵
2012, 24: 1497-1501. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1497
摘要:
为测量紧凑型快前沿高电压脉冲源的输出电压,设计了D-dot电压探头。分别进行了刻度因素标定和频响标定,采用前沿约50 ns的高压脉冲信号对探头进行在线标定确定探头的刻度因素。将探头安装在阻抗为50 的传输线上,用亚纳秒脉冲源进行频响标定,表明该探头的响应约为150 ps。高压实验结果表明该探头能够正确获取高电压快脉冲信号,工作稳定可靠。
多原边脉冲变压器的优化设计及应用
刘洋, 杨兰均, 陈立, 肖磊, 刘晶, 张皓维, 王维, 蒯斌
2012, 24: 1502-1506. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1502
摘要:
通过对脉冲变压器原副边回路参数、绕组结构、铁心材料的优化设计,实现了小尺寸变压器对大电流三电极开关的触发。变压器空载输出可达40 kV,增加中间储能环节后,在大电流触发管的触发极可产生百A数量级的触发电流,可以实现触发管在较低的欠压比下稳定触发。通过对脉冲变压器绝缘结构的优化设计,确保了脉冲变压器在与触发管配合过程中可以承受其输出电缆折返射造成的过电压与反灌电流。
光A/D转换器中飞秒脉冲谱分割的Matlab仿真(英)
王博, 孙圣男, 陶世兴, 李泽仁
2012, 24: 1507-1512. doi: 10.3788/HPLPB20122406.1507
摘要:
介绍了一种用于A/D转换的120 GS/s光采样时钟。讨论了生成这种采样时钟的方法,以及一种以其为基础的全光示波器。用Matlab实现飞秒激光脉冲谱分割以及复用的仿真,并进一步说明了用生成的光脉冲序列进行采样时需要考虑的问题。将Optisystem的仿真结果与Matlab的结果进行对比,并用Matlab计算的衰减率结果对Optisystem生成的采样光序列接行了优化。