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推荐文章
高功率激光与光学
表面划痕中残余抛光颗粒对材料热损伤特性的影响
郭文华, 陶冶, 张蓉竹
2020, 32: 031001. doi: 10.11884/HPLPB202032.190303
摘要:
建立了高功率激光辐照下光学表面存在划痕且残存抛光颗粒时的热损伤分析模型,对这种复杂缺陷条件下的光学材料热损伤性能进行了研究。利用有限差分法计算了不同尺度抛光颗粒处于划痕中不同位置时光学材料表面的光场调制和温度场的分布。根据表面温度分布,得到了对应条件下光学材料的热损伤阈值变化规律。结果表明:除了抛光颗粒半径对材料损伤阈值存在影响外,当抛光颗粒位于划痕宽度方向不同位置时,材料的热损伤阈值也会有比较明显的变化;当位于划痕中心时,抛光颗粒对材料光场调制最强,更容易造成材料的熔化损伤。
基于激光雷达的垂直能见度反演算法及其误差评估
宋海润, 王晓蕾, 李浩
2020, 32: 031002. doi: 10.11884/HPLPB202032.190250
摘要:
针对大气垂直方向上消光系数分布不均匀难以用传统方法直接测量垂直能见度的问题,提出了一种基于激光雷达探测垂直能见度的计算方法。根据大气辐射传输基本原理,借助于辐射传输方程,推导出了垂直能见度的计算公式;然后利用激光雷达原理方程和Klett算法反演出大气垂直方向上的消光系数分布,基于此提出了垂直能见度的迭代算法。最后,利用灰色模型GM(1,1)和批统计算法,对激光雷达反演得到的后向散射系数进行了评估,给出了误差置信区间为(0.760±0.339)×10−4(srad·km)−1。结果表明,该方法是一种特别有效的计算垂直能见度的方法,符合探测的基本需求,且误差小精度高。
各向异性堆叠结构环氧树脂复合材料的热防护性能
李佳蓬, 夏岚松, 张平, 刘东
2020, 32: 031003. doi: 10.11884/hplpb202032.190342
摘要:
基于导热-隔热原理,通过在环氧树脂(Epon)中添加质量分数为5%,15%,25%的六方氮化硼(h-BN)作为填料制备环氧基散热层,质量分数为1%的膨胀蛭石(E-ver)作为填料制备环氧基隔热层,设计了宏观交替堆叠的环氧复合材料,并进行了热防护性能的研究。研究结果表明:具有各向异性结构的复合材料,顶部中心温度较传统材料的温度下降13~16 ℃,热延迟时间大大提升,并随着h-BN含量的增加,热性能得到明显改善。理论分析了该堆叠结构下复合材料“横向散热、纵向抑热”的机理。
ICF材料专题
紫外熔石英元件高精度低缺陷控形控性制造技术研究进展
石峰, 舒勇, 宋辞, 田野, 铁贵鹏, 薛帅, 肖航
2020, 32: 032002. doi: 10.11884/HPLPB202032.190399
摘要:
传统的紫外熔石英元件加工方法本身会引入各类制造缺陷,需要后期加工来消除前期加工带来的缺陷,限制了熔石英元件的加工 质量和加工效率。针对这些问题,课题组提出了采用磁流变、离子束、保形光顺和流体动压抛光等可控柔体加工技术提升熔石英元件的加工效果,并开展了相关研究。主要介绍了课题组在关键技术上取得的重要进展,包括亚纳米精度表面控形制造技术、纳米精度本征表面控性生成方法、熔石英元件高精度低缺陷组合工艺与设备等一系列关键技术。通过探讨关键技术及其发展现状,为未来紫外熔石英元件高精度低缺陷制造技术的发展提供参考。
液晶相位调控器件的高功率激光应用相关问题
刘晓凤, 赵元安, 彭丽萍, 汪小双, 李大伟, 邵建达
2020, 32: 032003. doi: 10.11884/HPLPB202032.190426
摘要:
液晶相位调控器件在聚变点火、激光加工、光电对抗、激光雷达、激光通讯、激光防护等高功率激光领域有着非常广泛的应用及应用前景。但受限于构成器件材料自身抗激光损伤能力的限制以及缺乏对高功率激光辐照下液晶相位调控器件相位调控性能退化及损伤特性的系统研究,目前液晶相位调控器件的激光耐受力还难以满足高功率激光系统的应用和发展需求。为指导高激光耐受力液晶相位调控器件的制备工艺优化,对液晶相位调控器件在高峰值和高平均功率激光应用下出现的损伤现象以及性能退化进行了综述,最后对液晶相位调控器件激光耐受力提升方法做了总结和归纳。
超低密度SiO2气凝胶的制备研究
鄢林, 杨帆, 罗炫, 张林
2020, 32: 032004. doi: 10.11884/HPLPB202032.190447
摘要:
超低密度的SiO2气凝胶是一种经典的三维网状纳米多孔材料,已经广泛应用于如保温隔热、吸附等多种领域。以四甲氧基硅烷(TMOS)为硅源,采用酸碱两步法,利用乙醇超临界干燥技术制备了超低密度的SiO2气凝胶,分别利用SEM\TEM\BET等表征手段对该气凝胶进行了一系列的研究,发现当其密度为0.6 mg/cm3时,气凝胶拥有最佳的综合性能。该种气凝胶具有超低密度、高比表面积、加工成型性好、制备周期短等优点,有望在激光惯性约束聚变实验中作为冷冻靶发挥巨大的作用。
切削参数对KDP晶体加工表面实际频率特征的影响
况良杰, 庞启龙, 陈明君, 马鲁强, 徐幼林
2020, 32: 032005. doi: 10.11884/HPLPB202032.190262
摘要:
针对采用单点金刚石超精加工的KDP晶体光学表面,研究了切削参数对微观形貌频率特征的影响。通过功率谱密度获得表面轮廓频率分布,并用连续小波重构加工过程中随切削用量变化的微观轮廓频率特征。结果表明:切削参数对微观形貌的影响具体表现在实际频率特征上,中频特征波长及幅值反映了切深及转速变化,随切深及转速增加,幅值变大;低频特征反映了进给量变化,随着进给量变小,频率及幅值变小;高频特征是加工过程中振动及材料各向异性的具体表现。
高功率微波
小型化多层双模基片集成波导平衡带通滤波器
吕大龙, 刘庆, 张俊杰, 张德伟, 周东方
2020, 32: 033001. doi: 10.11884/HPLPB202032.190199
摘要:
针对平衡滤波器小型化和高选择的应用需求,提出两种新型的多层双模基片集成波导平衡带通滤波器。首先详细分析了基于平衡端口馈电的双模基片集成波导谐振器的特性;然后根据谐振模式分布特性,设计了一种输入输出馈线同时在上层双模谐振器上的四阶平衡带通滤波器,下层双模谐振器通过十字交叉槽线结构与上层谐振器耦合,可以实现三个传输零点;又提出一种输入和输出馈线分别在上层和下层双模谐振器上的四阶平衡带通滤波器,上层和下层谐振器通过一个槽线进行耦合,可以实现两个对称的传输零点。基于提出的两种平衡滤波器结构,分别设计了一个中心频率为10 GHz的平衡带通滤波器,并进行加工和测试。测试和仿真结果一致性较好,表明了该结构可以实现小型化和高选择,并且具有很好的共模抑制特性。
一种小型化高功率微波辐射场功率密度测试系统
张翠翠, 王益, 王建忠, 何斌, 于明媚
2020, 32: 033002. doi: 10.11884/HPLPB201931.190351
摘要:
为解决现有高功率微波辐射场功率密度测量系统测量环节多、系统复杂以及长电缆无法适应复杂电磁环境测量等问题,研制了一款小型化、一体化辐射场功率密度测量系统。系统采用天线-耦合器-转换器作为接收前端,后端采用同轴信号处理单元,在屏蔽箱内完成信号衰减、功率探测及电光转换,可实现系统远程测量与监控,可用于连续波、单次脉冲、连续脉冲辐射场功率密度测量。同时,系统采用模块化校准,可有效降低测量系统不确定度。该系统具备30 dB动态,最小可测脉宽50 ns,可测辐射场功率密度100 MW/m2,系统结构紧凑,简便易携,采用光纤传输,抗电磁辐射,可实现X波段GW级高功率微波辐射场功率密度快速测量。
高性能多功能介质二次电子发射特性研究平台
何鋆, 杨晶, 苗光辉, 张娜, 崔万照
2020, 32: 033003. doi: 10.11884/HPLPB202032.190318
摘要:
介绍了一套高性能多功能介质二次电子发射特性研究平台和介质材料二次电子产额脉冲测量方法。该平台配备有三层栅网结构的收集器和30 eV~30 keV宽能量范围的电子枪,可在10−8 Pa超高真空下测量介质材料的二次电子发射特性,并具备XPS能谱分析、加热和氩离子溅射清洗原位处理分析功能。给出了测得的金和氧化铝材料的二次电子电流脉冲,通过判断电流脉冲波形随时间以及照射次数的变化,获得了介质材料带电饱和时间及材料厚度对带电量的影响。
太赫兹技术
太赫兹波在飞行器等离子体鞘套中的传输特性
耿兴宁, 徐德刚, 李吉宁, 陈锴, 钟凯, 姚建铨
2020, 32: 033101. doi: 10.11884/HPLPB202032.190291
摘要:
针对临近空间飞行器的黑障问题,根据模拟的RAM C-III飞行器周围的流场分布结果,计算了等离子体电子密度和碰撞频率,并根据其分布建立了非均匀的等离子体模型。在此基础上,利用散射矩阵方法分析了太赫兹波在等离子体中的传输特性随着等离子体密度、等离子体厚度、等离子体碰撞频率的变化以及外加磁场对传输特性的影响。结果表明,太赫兹波的传输损耗随着等离子体电子密度和等离子体厚度的增加而增加,而碰撞频率的增加会使得透射率先减小后增加。在外加磁场的作用下,左旋太赫兹波的传输特性会得到改善;而对于右旋太赫兹波,磁场的施加会引入吸收峰,并且随着磁感应强度的增加向高频方向移动。
光电导天线太赫兹辐射峰值调控研究
熊中刚, 邓琥, 熊亮, 杨洁萍, 尚丽平
2020, 32: 033102. doi: 10.11884/HPLPB202032.190302
摘要:
针对微结构光电导天线与飞秒激光之间相互作用效应以及辐射太赫兹波调控问题进行了研究。采用德鲁德-洛伦兹理论模型获得微结构光电导天线辐射光电流密度,通过时域有限差分把光电流密度迭代在激励网格上,结合麦克斯韦方程求解时变电磁场,并通过传输线格林函数获得多层介质近场到远场的辐射太赫兹波,建立了辐射光电流与辐射阻抗、电磁共振模式之间的关系模型,模拟仿真分析了微结构S型光电导天线太赫兹波辐射调控机理。研究结果表明:微结构改变了天线等效模型的辐射阻抗;同时得知耦合系数不为零时存在耦合作用,且随着耦合系数增大共振频率峰值发生辐射增强和位移;并通过设计S型光电导天线获得辐射峰值频率调整范围为0.50~0.80 THz之间,对比工形天线辐射峰值频率由原来的0.40 T移动到0.76 T,频率调整度75%,峰值辐射效率约提高70%。该研究工作为后续高功率光导天线太赫兹波辐射的共振中心频点以及结构设计奠定重要基础。
复杂电磁环境
超宽带脉冲环境下射频滤波器非线性响应分析
陆希成, 邱扬, 武静, 田锦, 杨志强
2020, 32: 033201. doi: 10.11884/HPLPB202032.190355
摘要:
实验研究发现,射频滤波器在连续波和超宽带脉冲条件下其带外传输性能基本一致,但在带内某些频段,超宽带脉冲环境下滤波器的传递函数远大于1。此外,滤波器在超宽带脉冲下的时域响应还出现了脉冲振荡特征。针对这些现象,从滤波器的非线性无源互调和Q值效应的两个方面,分析了滤波器在超宽带脉冲作用下的响应机理,初步解释了上述现象。此外,通过不同辐射场强下的测量结果可知,滤波器无源互调还出现了非线性现象,使得测量结果的普适性受到一定限制。基于传递函数的预测结果表明,连续波测量结果的预测波形无论是从能量上还是从峰值功率上都明显小于实测结果。这些都反映出,滤波器在超宽带脉冲环境下的响应机理与在连续波环境下的响应机理明显不同,其预测结果也差异较大。也就是说,连续波测量结果不可用于超宽带脉冲的效应分析和评估。
传输线方程的高精度龙格−库塔数值求解方法
王旭桐, 周辉, 马良, 程引会, 李进玺, 刘逸飞, 赵墨, 郭景海, 王文兵
2020, 32: 033202. doi: 10.11884/HPLPB202032.190402
摘要:
提出了一种求解传输线方程的高精度龙格-库塔(RK)方法。此方法在空间上采取高阶泰勒展开,提高了对空间微分的近似精度,减少了数值色散所带来的误差。与传统的时域有限差分法(FDTD)方法相比,在每波长采样数相同时,RK方法的计算精度更高。同时,根据Taylor模型,对外界平面波激励源进行离散,成功利用RK方法对外部场激励传输线进行求解,扩大了龙格−库塔方法在求解传输线方程时的应用范围。通过编程对平面波辐照下无限大地平面上的单导体与双导体的算例分别应用FDTD方法与RK方法进行了计算,验证了RK方法的正确性。结果表明同等计算条件下RK方法的计算精度更高。
脉冲功率技术
激光触发伪火花开关的研究
周亮, 张明, 孙承革
2020, 32: 035001. doi: 10.11884/HPLPB202032.190094
摘要:
通过等离子体建模仿真及物理实验结合的方式验证了激光触发伪火花开关的可行性。分别使用波长266 nm和532 nm的激光,对激光触发伪火花开关的最低激光触发能量、阳极着火延迟时间和时间跳动三项参数进行测试。在非聚焦模式下,仅调整激光能量,测得开关在波长266 nm激光触发下,最低触发能量为15 mJ,该触发能量下,阳极着火延迟时间约为340 ns,时间跳动约为40 ns;在波长532 nm激光触发下,最低触发能量为83 mJ,该触发能量下,阳极着火延迟时间约为420 ns,时间跳动约为60 ns。在维持实验平台不变的情况下,仅对入射激光进行聚焦,测得波长266 nm激光触发下,最低触发能量为4 mJ,当触发能量8 mJ时,阳极着火延迟时间190 ns,开关时间跳动小于1 ns;波长532 nm激光触发下,最低触发能量为6 mJ,当激光触发能量为8 mJ时,阳极着火延迟时间240 ns,开关时间跳动小于1 ns。
FLTD三电极场畸变气体开关寿命特性
李颖, 靳建伟, 陈立, 孙凤举, 李兴文, 王志国, 姜晓峰, 吴坚, 李鹏辉
2020, 32: 035002. doi: 10.11884/HPLPB202032.190339
摘要:
针对设计的一种场畸变气体开关,研究中间电极材料分别为不锈钢和黄铜条件下的烧蚀特性,结合开关寿命期间静态与触发特性的变化规律,获得决定开关寿命的关键因素,为三电极场畸变气体开关的性能优化提供理论支撑。研究结果表明,采用不锈钢和黄铜作为中间电极的烧蚀区域以及表面粗糙度均随着放电次数增加而增大,黄铜电极烧蚀较为严重且表面有明显的烧蚀圆斑,不锈钢电极则具有更高的表面粗糙度,阴阳极表面烧蚀存在明显差异,随着放电次数的增加,击穿点向电极边缘区域集中,影响开关的沿面绝缘特性,是导致开关寿命终结的主要原因。
单级电磁感应线圈发射器温升研究
熊敏, 张亚东, 龚宇佳, 张虎
2020, 32: 035003. doi: 10.11884/HPLPB202032.190300
摘要:
同步感应式线圈型电磁发射器主要采用脉冲电流对线圈直接供电,其实际工作过程中电枢和线圈会产生温升,这是当前制约线圈发射器向小型化、高速发展的一个主要因素。本文通过建立电磁线圈的温升模型,对于单次触发的情况,分别利用Comsol和自编程序Coilgun进行计算,并搭建相应的试验平台进行验证。采用直接耦合方式的Comsol计算结果最为准确,也能考虑材料参数随温度的变化。仿真得到电枢的温升大约为4.2 ℃,线圈最大温升为7.7 ℃。由于热电偶温度传感器的测量延迟性与采样频率的限制,电枢温度试验曲线未能测量到仿真曲线中出现的温度最大值点,可记录到整个试验过程中温度变化曲线,其变化形势以及最终稳定的温度与仿真的基本一致,误差最大为6.1%,说明了仿真的准确性。为后续进行多级线圈连续发射奠定基础。
新型电机驱动充电一体化分析与研究
张耀文, 张政权, 刘庆想, 欧伟丽
2020, 32: 035004. doi: 10.11884/HPLPB202032.190283
摘要:
提出了一种基于AC-link的新型电机驱动充电一体化拓扑结构,可以满足电机驱动控制和充电两种工作模式。该拓扑正向工作时驱动电机为电机驱动控制状态、反向工作时给蓄电池充电为充电状态。首先对该新型拓扑结构两种工作模式的工作原理进行详细介绍,采用有效的控制策略并使用Simulink软件搭建仿真模型,对一体化拓扑结构和控制策略进行验证,仿真结果表明,该拓扑工作在充电模式时可以满足电池全部充电阶段的不同电压需求;工作于电机驱动模式,无论是加速过程还是正常工作过程,定子电流均呈现良好的三相正弦形态,并且转速可以达到给定值,从而证明了这种拓扑结构和控制策略的可行性。
15~600 keV脉冲硬X射线能谱测量
苏兆锋, 来定国, 邱孟通, 任书庆, 徐启福, 杨实
2020, 32: 035005. doi: 10.11884/HPLPB202032.190354
摘要:
介绍了基于吸收法的脉冲硬X射线能谱测量的基本原理及设计思路,完成了探测器及吸收片的选型,设计了射线准直系统,研究了散射对测量的影响,以12路PIN探测器阵列及铜、铝吸收片为测量核心部件研制了脉冲硬X射线能谱测量系统。实验测量了真空环境下“闪光二号”加速器串级二极管产生的脉冲硬X射线强度,获得了不同衰减程度的实验波形,通过解谱获得了脉冲硬X射线的能谱,光子最高能量约600 keV,平均能量约89.1 keV,与理论计算的结果比较符合。
便携式谐振倍压电容充电电源的设计
张远绎, 凌志斌, 李旭光
2020, 32: 035006. doi: 10.11884/HPLPB202032.190400
摘要:
对输入电压为24 V,输出电压3 kV的便携式谐振倍压电容充电电源进行了设计与验证。针对高变压比的特点,电源采用串联谐振拓扑与倍压整流相结合的拓扑结构,避免了高频变压器副边匝数过多、分布参数过大可能造成的不利影响。对高频变压器、谐振电容、开关器件等核心元件进行了设计和调试。最后采用该电源进行电容充电实验,其测试结果验证了设计的正确性。