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方形超高斯光束在Kerr介质中的强度演化特性
艾亦章, 吕奇霖, 马再如, 王方, 刘红婕, 杜泉
, doi: 10.11884/HPLPB202234.210238
摘要:
基于非线性薛定谔方程,采用分步傅里叶算法模拟了方形超高斯光束在Kerr介质中的传输情况,重点分析了方形超高斯光束轴向中心强度与对角方向强度的演化特性,同时还分析了其在Kerr介质中的自聚焦特性、峰值光强变化情况以及B积分变化情况。研究结果表明:方形超高斯光束通过Kerr介质后,距光束中心不同距离处有不同程度的强度增强和凹陷,光束中心附近的强度增强和凹陷较弱,光束边缘以及四角处的强度增强和凹陷较强,且对角方向上的强度增强和凹陷程度要强于轴向中心方向;减小阶数可以减缓光束的边缘强度增强,并可以减缓B积分的增长;减少Kerr介质厚度可以降低光束边缘强度增强程度,并可以减小B积分的大小。提出了光束边缘强度起伏的主要原因可能是光束的相干叠加。
C/Ku波段共口径宽角度扫描相控阵天线
邓洲, 钟选明, 程友峰, 廖成
, doi: 10.11884/HPLPB202234.210453
摘要:
设计了一款具有高功率容量与宽角度扫描特性的C/Ku双频段共口径平面相控阵天线。在同一辐射口径内,相控阵天线包含有基于平面偶极子单元的C波段4×4阵列,以及基于混合零阶谐振贴片单元的Ku波段8×9阵列。所设计的相控阵天线的宽角度扫描性能归功于双频段阵元天线的宽波束辐射特性。下层混合零阶谐振贴片天线既能作为Ku波段的宽波束辐射单元,又能够为C波段的偶极子天线提供零反射相位,进而基于镜像原理拓宽偶极子天线的波束宽度。并且,对天线进行了介质埋入式设计,避免了空气击穿以提高天线系统功率容量。全波仿真结果表明,所提出的共口径相控阵天线在C和Ku双频段均实现了±45°的波束扫描,增益波动小于3 dB,天线阵列在各单元输入功率之和为1 W时功率容量达18.9 MW。
单谐振腔束团长度监测器耦合结构设计与仿真
庹还湘, 孙葆根, 罗箐, 吴芳芳, 周天雨, 卢平
, doi: 10.11884/HPLPB202234.210261
摘要:
单谐振腔束团长度监测器利用谐振腔内的两个本征模式测量ps量级的电子束团长度,它的关键是如何将两个不同频率的模式互不干扰地耦合提取出来。为解决这个问题,基于低通和带通滤波器的理论,提出了同轴滤波耦合结构和膜片加载波导滤波结构,借助CST微波工作室对滤波器进行建模并仿真得到其S参数。为测试耦合器的应用效果,设计了一套带有该耦合结构的单谐振腔束团长度监测器探头,根据国家同步辐射实验室基于可调谐红外激光的能源化学研究大型实验装置FELiChEM的束流特点,在CST内对所设计的探头进行束流模拟仿真。仿真结果表明,该耦合器可以实现对特定模式的耦合,并有效降低其它模式的干扰,采用同轴滤波耦合结构和膜片加载波导滤波结构的谐振腔监测器可以实现对FELiChEM装置束团长度的高精度测量,测量误差小于2 %。
兰州重离子回旋加速器主场电源改造
欧恒恒, 燕宏斌, 张帅, 周宁, 赵鑫, 原振栋, 吴凤军
, doi: 10.11884/HPLPB202234.210454
摘要:
为满足分离扇回旋加速器(SSC)对于磁场精度的需求,需对其主场电源进行改造。提出开关电源与线性电源相结合的方式作为SSC主场电源的改造方案。电源总体分为两部分,采用模块化的开关电源作为前级电压源,三极管线性调整电路作为后级模块的主电路,充分利用两种电源的优势,实现高稳定度、低纹波的电流输出,同时大幅度提升电源的功率密度和可靠性。文章介绍了电源的工作原理及改造过程,详细阐述了三极管线性放大原理以及管压降控制电路、输出电流控制电路的设计与实现,通过仿真对电路进行功能验证,最终在电源样机上进行实验测试。测试结果表明:改造后主场电源输出电流稳定度达到了±3.99×10−6,电流纹波达到了2.7×10−9,各项性能均优于改造前。
高亮度蓝光半导体激光光纤耦合实验研究
谭昊, 吴华玲, 蒋全伟, 张兰平, 郭林辉, 傅波, 高松信
, doi: 10.11884/HPLPB202234.210274
摘要:
高功率蓝光半导体激光可广泛应用于高反射高导电材料的加工中。阐述了一种高效紧凑的高功率高亮度蓝光半导体激光光纤耦合的实现方法,将27只蓝光单管组成3×9阵列并耦合进100 μm/NA0.2的光纤中。研制出的光纤耦合模块可实现450 nm波段蓝光LD输出,功率约75 W,电光效率约28%,还可采用偏振合束进一步提升光纤耦合激光功率。
连续/脉冲复合体制高功率固体激光技术研究
刘磊, 王文涛, 王超, 王钢, 刘洋, 贾佑权, 李宁, 吕坤鹏, 陈露
摘要:
常规高功率激光器以连续或者长脉冲方式工作,与物质作用主要是依靠单一“加热”模式,针对其对复杂目标作用能力有限的问题, 提出一种连续和脉冲激光同时输出,脉宽、重频可调的新体制高功率激光技术,激光放大链路以特殊时域模式工作,即高重频脉冲与连续运转同时输出,在重频10 kHz时,实现输出功率4800 W,其中连续激光功率3600 W,脉冲激光功率1200 W,脉冲宽度为3.6 ns;在重频100 kHz时,实现输出功率4920 W,其中连续激光功率3100 W,脉冲激光功率1820 W,脉冲宽度为7 ns,光束质量4.8倍衍射极限 。
核科学与工程
海洋条件下自然循环铅铋反应堆偏环运行特性分析
王旭, 赵亚楠, 赵鹏程, 于涛
, doi: 10.11884/HPLPB202133.210
摘要:
基于二次开发RELAP5/MOD3.1程序,分析了典型海洋条件下的10 MW自然循环铅铋反应堆偏环运行特性。分析结果表明:反应堆在倾斜条件下偏环运行时,其系统参数对倾角变化敏感性较弱;起伏条件下,偏环运行导致流量的波动幅度降低为9%,出口温度降低约16 K。起伏幅度越大、流量波动越剧烈;起伏周期越大、流量震荡越明显,但影响效果也在减弱;摇摆条件下,堆芯流量、出口温度降低,反应堆引入更高的安全裕量;摇摆幅度越大、摇摆周期越小,流量波动幅度越大,且堆芯出口温度对周期变化敏感性明显高于摇摆幅度变化。
高功率微波技术
Ka波段大尺寸同轴多注相对论速调管放大器模拟与实验研究
李士锋, 黄华, 刘振帮, 孙利民, 何琥, 段兆云
, doi: 10.11884/HPLPB202133.210436
摘要:
为了实现毫米波段高增益、高效率、高功率的信号放大,提出一个新型内部注入大尺寸同轴多注相对论速调管放大器,新型内部注入耦合结构解决横向高过模输入腔的角向均匀模式激励,大尺寸同轴高频结构具有高的功率容量,在输出同轴波导中引入一个TEM模-扇形TE11模-TEM模解决了输入耦合器引入器件内部的通道问题。设计和研究了输入耦合器、谐振腔、输出段模式变换器的高频特性。开展了器件的束波互作用模拟研究,在模拟中获得了功率为735 MW、频率为30.5 GHz的毫米波放大信号输出,器件的电子效率为49%、增益53.7 dB。在实验中解决了多注电子束的高效率产生与引入问题,引入效率大于80%,器件输出最大功率达到501 MW,输出信号脉宽仅14 ns、频率为30.525 GHz,增益大于50 dB。实验结果验证了提出的器件在毫米波段具有高功率运行的可行性。
基于开放式TEM小室的电场探头校准及改进方法
王皓琰, 李俊娜, 龚渝涵, 刘建
, doi: 10.11884/HPLPB202234.210461
摘要:
目前的电场探头标定实验大多只考虑TEM小室结构和性能的影响,在校准实验中,探头的放入使得标定结果产生了很大的偏差,相较于TEM小室,电场探头的尺寸是产生误差的主要原因。以开放式TEM小室为基础,考虑了实际模型和电场探头的影响,利用三维电磁仿真软件,从时域角度研究了不同结构和尺寸TEM小室的辐射场分布,并从频域角度对TEM小室的S参数进行分析。比较了探头放入小室前后的误差,并根据计算结果引入了电场的校准公式。为改善探头对电场的影响,设计了一种新型结构,结果表明,新结构在保证带宽的同时,提高了电场的均匀性和探头标定的准确度。
基于区间的传输线感应电压不确定性分析方法
王旭桐, 周辉, 程引会
, doi: 10.11884/HPLPB202234.210393
摘要:
为分析多导体传输线耦合情况下线缆结构参数的不确定性对终端电压的影响,引入了一种基于区间分析的切比雪夫(Chebyshev)多项式逼近方法。该方法首先将传输线电报方程转换为常微分方程求解;其次采用Chebyshev多项式求得电报方程的扩张函数,进而获得终端电压的波动范围。相比于混沌多项式方法和蒙特卡罗法,此方法只需要输入随机参数的波动范围。针对电磁脉冲辐照下高度和间距随机变动的多导体线束进行仿真,仿真结果表明,间距基本不影响终端电压,终端电压对高度更为敏感。在计算结果基本一致的情况下,Chebyshev多项式逼近方法的计算耗时远小于MC方法。
伸缩式全金属反射阵列扫描天线
赵旭浩, 毕绍锋, 张建德, 孙云飞, 张强, 袁成卫
, doi: 10.11884/HPLPB202234.210340
摘要:
提出了一种伸缩式全金属反射单元,并在此基础上设计了一个可用于高功率微波领域的全金属反射阵列波束扫描天线。通过反射单元的上下独立滑动,阵列中每个阵元所接收电磁波的传输路径可改变,从而实现了相控波束扫描。由电磁仿真可知,设计的反射单元能够在10~13 GHz的频带范围内实现0~360°的线性相位调节,且可在15°~40°偏馈条件下相位调节时保持高功率容量。由该型单元组成的中心工作频率为10 GHz的伸缩式全金属反射阵列扫描天线具备90°锥角范围内的二维波束扫描能力,功率容量可达5 GW/m2。同时,在波束扫描过程中,天线增益变化小于3 dB,副瓣电平低于−13 dB,最大口径效率为54.59%。
基于量热法的大功率毫米波功率测量及校准系统设计
黄麒力, 胡林林, 马国武, 孙迪敏, 龚胜刚, 卓婷婷, 金晓, 张翠翠
, doi: 10.11884/HPLPB202234.210501
摘要:
在百千瓦或兆瓦级大功率毫米波系统中一般采用量热法对输出的毫米波功率进行测量。本文针对百千瓦级长脉冲大功率毫米波系统功率测量的需要开展了基于量热法的功率测量系统设计,利用吸收负载将入射的毫米波能量转换为热量,通过监测出入水口的温度和流量实现了大功率毫米波功率测量,并开展了重复性测试。为了实现量值溯源,提高测量系统的准确性,开展了能量标准装置的设计,并推导了能量测量误差。本文设计的功率测量及校准系统将应用于大功率毫米波源的功率测试中。
X波段高功率负载的优化设计与测试
李秦, 柴熙源, 唐运盖, 王改, 吴丛凤
, doi: 10.11884/HPLPB202234.210451
摘要:
利用三维电磁场仿真软件CST进行了圆形水室水负载的仿真设计,先后设计的两种不同规格的负载驻波比分别为1.032 5和1.055 3,在50 MW的峰值功率下,峰值场强分别为21.16 MV/m和17.57 MV/m;并探究了陶瓷片和水的介电性质对驻波比的影响;测试驻波比分别为1.0582和1.0763。进行了一种圆筒水负载进行了优化设计,结果表明其具有很高的功率耐受水平。最后设计了一种不锈钢干负载,对其吸收齿结构和长度进行了优化,使其更利于加工。使用ANSYS对干负载结构进行了热应力分析,结果显示,最高温度和最大应力分别为83.478 ℃和63.917 MPa,最大形变为0.0729 71 mm。
双枝节加载的L波段宽带高隔离度定向耦合器
马壮, 周东方, 张德伟, 张毅, 吕大龙
, doi: 10.11884/HPLPB202234.210289
摘要:
提出了一种小型化双枝节加载的L波段微带线定向耦合器。使用功率相消技术提高定向耦合器的隔离度,并且采用两根长度不同的加载枝节分别在两个相近的频点上反射信号,从而实现耦合器的带宽扩展;同时采用缺陷地结构的慢波特性减小该定向耦合器的物理尺寸,并利用缺陷地结构产生的陷波,合并上述两根枝节反射抵消产生的的两个陷波,进一步提高定向耦合器的带宽和隔离度。该耦合器工作在L波段,耦合度约为10 dB,在整个L波段内的隔离度均优于−20 dB,最大约为−52.81 dB,相对带宽为60%。最后对设计的定向耦合器进行加工和测试,测试与仿真结果一致性较好,证明了该电路的可行性。
粒子束及加速器技术
环路热管式光子吸收器的换热可行性
范庆梅, 刘佰奇, 李琦, 黄金印, 何平, 张红星, 周宇鹏, 魏然, 李国广
, doi: 10.11884/HPLPB202234.210328
摘要:
利用环路热管换热技术对光子吸收器进行换热可以提高光子吸收器的换热效率、减小其结构尺寸,而且运行时无振动,是未来高性能加速器中设计光子吸收器的重要技术储备。分析环路热管在光子吸收器上应用时的传热性能,发现目前环路热管的换热能力完全满足光子吸收器的换热需求,但热沉的结构、特别是导热距离需要严格优化。利用航天五院C18型号环路热管,优化设计了一台环路热管式光子吸收器样机,数值模拟其运行时的温度分布,并实验测试了光子吸收器样机的总体换热能力。
强激光物理与技术
高功率掺镱光纤激光器的辐照影响分析及研究进展
郑也, 马梓洋, 朱嘉婧, 于淼, 李思源, 张琳, 王军龙, 王学锋
, doi: 10.11884/HPLPB202234.210414
摘要:
高功率掺镱光纤激光器在空间环境中的应用日益增多,但掺镱光纤材料在空间辐照条件下会产生色心效应,导致损耗增加,影响光纤器件以及激光器整机的性能,从而给高功率光纤激光器在空间环境的长期稳定工作带来隐患。从空间辐照对高功率光纤激光器性能的影响机理、抑制方法以及研究进展等3个方面进行介绍,首先介绍了空间辐照对高功率掺镱光纤激光器中关键光学器件、放大级热负载、非线性效应等方面的影响分析,其次介绍了抑制辐照效应的典型方法及其在高功率掺镱光纤激光器中的可行性分析,最后介绍了国内外典型的高功率掺镱光纤激光器的辐照影响及抑制的研究成果,并展望了未来发展趋势。
前沿技术与交叉科学
面向嵌入式平台的轻量化神经网络手势识别方法
杨晨奕, 何玉青, 赵俊媛, 李国荣
, doi: 10.11884/HPLPB202234.210335
摘要:
针对传统基于图像分割和特征提取的手势识别算法在复杂背景下识别准确率低,灵活性差的问题,基于目标检测神经网络的手势识别算法可以有效提高复杂环境下手势识别的准确性。受嵌入式处理器体积和功耗的限制,常用的目标检测神经网络在嵌入式上的识别速度较低,不能满足实时手势识别的要求。在SSD目标检测的基础上对其进行优化,使用MobileNetv3网络实现特征提取,目标检测方面则是使用SSD-lite结构,其使用深度可分离卷积替代普通卷积,实现了轻量化MobileNetv3-SSDLite手势识别算法的设计。针对手势识别的要求,制作了包含不同手势的数据集,利用数据集在服务器上完成了模型的训练。为了满足嵌入式的算力限制,通过模型的量化压缩将float64的网络参数量化为int8,并压缩网络结构,提高网络在嵌入式上的推理速度,实现基于嵌入式的手势识别。实验结果表明,基于嵌入式的MobileNetv3-SSDLite手势识别算法可以达到平均准确率99.61%,且识别速度达到50 FPS以上,满足实时手势识别的要求。