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最新录用栏目展示本刊经同行评议确定正式录用的文章,这些文章目前处在编校过程,尚未确定卷期及页码,但可以根据DOI进行引用。
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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
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210238
[摘要](14) [HTML全文](6) [PDF 1309KB](1)
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
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210453
[摘要](27) [HTML全文](9) [PDF 1394KB](4)
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。
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
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.210
[摘要](27) [HTML全文](10) [PDF 2791KB](0)
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。
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
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.210436
[摘要](17) [HTML全文](9) [PDF 1430KB](2)
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。
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
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210261
[摘要](31) [HTML全文](14) [PDF 1187KB](1)
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 %。
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
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210461
[摘要](24) [HTML全文](11) [PDF 1036KB](0)
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
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210393
[摘要](34) [HTML全文](21) [PDF 810KB](0)
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
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210340
[摘要](30) [HTML全文](11) [PDF 1185KB](0)
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%。
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
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210328
[摘要](73) [HTML全文](40) [PDF 931KB](0)
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。
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
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210414
[摘要](43) [HTML全文](19) [PDF 1350KB](10)
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。
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
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210501
[摘要](32) [HTML全文](12) [PDF 898KB](2)
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。
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
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210335
[摘要](29) [HTML全文](23) [PDF 1074KB](1)
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。
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
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210454
[摘要](40) [HTML全文](25) [PDF 1181KB](0)
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。
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
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210451
[摘要](70) [HTML全文](39) [PDF 1810KB](1)
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。
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
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210274
[摘要](87) [HTML全文](135) [PDF 793KB](91)
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。
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
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210289
[摘要](87) [HTML全文](53) [PDF 1211KB](78)
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。
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
当前状态:
[摘要](68) [HTML全文](63) [PDF 977KB](8)
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 。
预发表栏目展示本刊经同行评议确定正式录用的文章,这些文章目前处在编校过程,尚未确定卷期及页码,但可以根据DOI进行引用。
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粒子加速器局部控制网形变分析
张旭东, 陈文军, 张小东, 孙国珍, 张斌, 王少明, 袁建东
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210260
[摘要](75) [HTML全文](50) [PDF 862KB](4)
摘要:
基于泰勒展开的方法实现局部控制网的拟合,使用卡方检验判断局部控制网中是否存在形变点。若存在形变点,则在选权迭代的过程中找到局部控制网中所有的形变点,并将卡方检验通过作为迭代终止条件。对哈尔滨工业大学空间地面模拟装置2号终端控制网的两期观测成果进行了分析,实验表明,将卡方检验和选权迭代法加入控制网拟合之后,可以很好地探测出局部控制网中的形变点。在找出所有形变点之后,可以求得更为准确的局部控制网拟合参数。
CCD电子辐照效应三维蒙特卡罗模拟研究
谭群, 范杰清, 赵强, 张芳, 李尧, 郝建红, 董志伟
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210390
[摘要](67) [HTML全文](35) [PDF 1297KB](8)
摘要:
CCD易受空间环境中高能电子辐射的影响,造成性能下降和工作异常,针对此问题,选取某国产N沟道3相多晶硅交迭栅、帧转移结构CCD开展了电子辐照效应研究。采用三维蒙特卡罗软件FLUKA建立电子辐照CCD的组成材料Si和SiO2模型,仿真模拟电子和材料相互作用的物理过程,计算不同能量电子在Si和SiO2中的总质量阻止本领和射程,与文献理论计算结果对比验证了本文仿真方法的正确性。建立CCD像元阵列的三维模型,模拟计算不同能量电子在CCD中能量沉积过程的影响,以及像元间有无边界对电子在CCD像元中平均原子离位(DPA)的影响,分析了辐照损伤差异产生的机理。结果表明,靠近入射点的像元能量沉积最大处对应的入射电子能量较小;对于无边界像元,电子辐照产生的DPA随入射深度的增加先增加后减小,而在有边界像元中产生的DPA随入射深度的增加先减小后增加,并且随入射深度的增加无边界像元中产生的DPA与有边界像元中产生的DPA差值越来越小。
一种基于双环差分结构的脉冲磁场传感器
王可, 段艳涛, 石立华, 张琪, 扶庆枫
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210337
[摘要](62) [HTML全文](38) [PDF 962KB](8)
摘要:
雷击近场等强电场环境下的磁场测量是电磁脉冲测量技术中的难点之一,由于输出端结构的径向非对称性,传统的环天线很难避免电场干扰。针对于此,研制了一种基于双环差分结构的脉冲磁场传感器,该传感器由双环天线和光传输系统组成。根据近场电磁场量的分布特性,双环天线选择平行镜像对称放置的方式,从而能够将终端电压区分为磁场响应分量和电场响应分量,再通过末端差分电路即可去除电场响应分量,得到纯净的磁场响应分量。试验表明,在邻近雷击环境模拟装置中,双环传感器相较于单环传感器具备更强的抗电场干扰能力,能够实现磁场的准确测量。
基于谐振电路与脉冲变压器的高压脉冲源设计
饶俊峰, 汤鹏, 王永刚, 姜松, 李孜
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210333
[摘要](98) [HTML全文](56) [PDF 1860KB](12)
摘要:
提出一种基于谐振电路与脉冲变压器结合的高压脉冲实现方案,该方案利用电容与电感的谐振效应,结合脉冲变压器的升压作用,在仅使用一个半导体开关的条件下,实现高压脉冲的输出,其结构简单,成本低,并且可实现零电压关断。并对于电路的运行模式进行了理论分析,搭建了原理样机进行实验。容性负载条件下,实现频率1~ 15 kHz、幅值0~ 10 kV可调的高压脉冲输出,对比分析了续流支路以及续流电阻对于输出高压脉冲波形的影响。利用该脉冲电源进行DBD放电实验,成功驱动介质阻挡放电反应器,验证了该方案的可行性。
基于神经网络的大孔径厚针孔成像复原算法研究
李冬, 盛亮, 李阳, 段宝军
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210345
[摘要](45) [HTML全文](33) [PDF 1027KB](3)
摘要:
为了更好地获取低强度辐射源空间分布图像,提出一种使用神经网络算法将大孔径厚针孔退化图像复原的方法。建立了孔径5 mm、10 mm、15 mm的厚针孔模型,获得了3600个汉字形状辐射源的厚针孔退化图像集。基于DnCNN神经网络模型,建立了大孔径厚针孔退化图像复原神经网络,并与维纳滤波、Lucy-Richardson这些传统算法进行了比较。在考虑噪声影响后,利用迁移学习理论,对原神经网络模型进行迁移训练,再对含噪大孔径厚针孔退化图像进行复原。神经网络算法复原的RMSE明显低于传统方法,迁移学习显著减小了噪声的影响。证明了神经网络算法在大孔径厚针孔退化图像复原领域的优越性,并验证了神经网络方法复原含噪大孔径厚针孔退化图像的可行性。
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封面目录
《强激光与粒子束》2022年34卷第1期封面目录
《强》刊编辑部
[PDF 276KB](3)
激光的热和力学效应
激光驱动材料动态压缩技术
李牧, 张红平, 陈实, 陶沛东, 祝航, 周沧涛, 赵剑衡, 孙承纬
2022, 34: 011001.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210357
[摘要](131) [HTML全文](131) [PDF 2927KB](116)
摘要:
激光驱动动态压缩实验是极端高压高密度研究的主要途径,在多个学科领域具有重要意义,包括地球行星科学,材料科学以及惯性约束聚变,有助于认识极端条件下的材料特性并拓展其在各学科的应用。近年来激光驱动压缩技术在激光装置、激光等离子体、制靶和诊断技术的同步提升下取得了突破性的进展,与其他极端条件实验平台相比,其斜波压缩、复杂路径、衰减冲击等新型加载路径得到快速发展,微介观诊断技术和宏观诊断技术相结合,具有明确的超高压、高温、高应变率以及高同步精度等技术特色。从激光驱动材料压缩的热力学路径、激光驱动的机制与特色、激光驱动实验技术、材料极端压缩物理进展等方面介绍激光驱动实验和理论方面的进展。
脉冲激光烧蚀推进技术的航天应用进展
洪延姬, 毛晨涛, 冯孝辉
2022, 34: 011002.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210275
[摘要](197) [HTML全文](145) [PDF 2244KB](53)
摘要:
脉冲激光烧蚀推进技术具有比冲高和推力可精确控制的特点,既可用于发射有效载荷也可用于星载动力,甚至可用小行星表面物质作为推进剂使其偏转轨道,因此,在航天领域得到越来越多关注。围绕激光单级入轨发射、同步轨道和火星轨道运输;激光微推力器用于航天器姿轨控,以及激光与电组合推进;激光烧蚀操控cm级空间碎片的轨道,以及激光烧蚀操控较大尺寸碎片的姿态;激光烧蚀偏转小行星轨道等方面,对脉冲激光烧蚀推进技术在航天领域研究现状和进展,进行了系统全面地归纳和总结,并对激光平均功率、波长、脉宽和推进剂选材等关键问题,进行了详细分析。
强激光驱动爆炸与冲击效应
吴先前, 黄晨光
2022, 34: 011003.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210326
[摘要](156) [HTML全文](74) [PDF 2517KB](40)
摘要:
随着高功率密度激光技术的快速发展,强激光驱动的爆炸与冲击效应逐渐引起国内外学者的广泛关注。对强激光诱导爆炸与冲击效应研究进展进行了综述,包括强激光诱导爆炸载荷特征与相似律,强激光对材料表面冲击强化处理,强激光冲击诱导材料相变动力学行为,以及利用强激光驱动微弹道冲击等方面的研究进展,并指出了强激光诱导爆炸与冲击效应研究的发展趋势和未来需要解决的关键科学问题。
光学元件的激光损伤问题
赵元安, 邵建达, 刘晓凤, 李大伟
2022, 34: 011004.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210331
[摘要](142) [HTML全文](77) [PDF 2393KB](22)
摘要:
光学元件是各类激光系统不可或缺的光学功能实现部件,其性能决定了激光系统的输出能力和光束质量。光学元件的激光损伤问题从激光发明起就一直伴随着激光技术的发展,随着激光新技术的发展和激光新应用的牵引,激光的波段、脉冲宽度以及重复频率等参数不断拓宽,使得激光损伤问题更加复杂,但万变不离其宗,激光损伤问题的核心是光学元件或光学材料对激光的吸收机制问题。从激光与光学材料相互作用的基本原理出发,以惯性约束聚变(ICF)激光驱动器应用的典型光学材料和光学元件为研究对象,回顾了针对光学元件的激光损伤问题开展的科研工作,总结了在此期间形成的关键技术和里程碑进展,同时也对依然困扰该领域的几类光学元件存在的问题瓶颈以及进一步研究发展趋势进行了展望。
高功率连续光纤激光系统热效应及其抑制措施
林傲祥, 彭昆, 俞娟, 倪力, 戴晓军, 向恒
2022, 34: 011005.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210336
[摘要](131) [HTML全文](52) [PDF 1633KB](131)
摘要:
热效应是影响高功率光纤激光系统安全运行的重要因素之一。探索光纤激光系统热效应产生的源头,积极开展热效应控制技术研究,采取合理措施抑制热集中现象,大幅提高光纤激光系统的模式不稳定阈值以避免模式劣化现象,对于进一步提升光纤激光系统安全稳定输出功率具有非常重要的现实意义。以广泛使用的端面集中泵浦技术为例,概述了高功率连续光纤激光系统的主要热效应来源,提出了针对不同热效应需要采取的解决方案与合理化建议。最后着重介绍了长距离分布式侧面泵浦技术和泵浦增益一体化复合功能激光光纤,展望了万瓦级超高功率光纤激光器的未来发展前景。
基于脉冲激光的空间碎片移除技术:综述与展望
吴冀川, 赵剑衡, 黄元杰, 张黎, 张永强, 谭福利
2022, 34: 011006.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210334
[摘要](148) [HTML全文](75) [PDF 5309KB](33)
摘要:
近年来,近地轨道的空间碎片问题对航天应用的威胁日益严峻。通过主动移除技术手段减少在轨空间碎片的数量,从而保障空间资源的可持续开发和航天器的安全运行,已成为相关领域研究的热点。溯源了空间碎片问题的产生及沿革,分析基于不同技术途径的主动移除方案的特点。重点研究了脉冲激光主动移除空间碎片的关键技术与科学问题,总结了现阶段的技术发展情况,并对未来天基激光移除空间碎片的发展方向给出了建议。
二极管泵浦高能激光研究进展和展望
尚建力, 王君涛, 彭万敬, 刘航, 汪丹, 马毅, 付博, 于益, 冯昱骏, 张黎, 阮旭, 靳全伟, 易家玉, 叶先林, 孙殷宏, 王伟平, 高清松
2022, 34: 011007.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210530
[摘要](73) [HTML全文](30) [PDF 3422KB](21)
摘要:
高能激光广泛应用于材料加工、科学研究、空间碎片清除、军事应用等领域。二极管泵浦高能激光具有结构紧凑,系统简单、全电驱无限弹仓的特点,近年来,各类二极管泵浦高能激光围绕着同时实现高功率、高效率、高光束质量这一总目标发展迅速。详细综述了国内外高平均功率块状固体激光、高功率可见光波段激光、高峰值功率激光、高功率光纤激光、碱金属蒸气激光等二极管泵浦高能激光的研究进展,并对其发展趋势进行了展望。
高能激光系统内光路热效应建模与仿真
胡鹏, 张建柱, 张飞舟
2022, 34: 011008.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210296
[摘要](58) [HTML全文](33) [PDF 2315KB](10)
摘要:
高能激光系统内光路热效应是影响系统性能的重要因素,介绍了内光路中光学元件、介质气体热效应物理模型,分析了影响热效应的主要因素,并开展了热效应变化规律研究。针对光学元件,重点研究了元件吸收率、元件材料特性、光斑分布对反射镜、窗口镜、分光镜热像差的影响规律,指出吸收率主要影响热像差的大小,而元件基底材料特性和激光分布影响热像差时间和空间变化。针对介质气体,指出介质气体升温后重力引起的自然对流是影响气体热像差的主要物理因素,细致研究了热像差随时间的变化规律,介绍了降低封闭与开放式内光路介质气体热像差的措施与方法。介绍了激光仿真软件平台Easylaser多物理仿真模块,搭建了包含反射镜、窗口镜、分光镜和介质气体的内光路计算模型,通过光-热-力-控多物理耦合仿真,研究了反射镜与窗口镜、介质气体与窗口镜热像差补偿效应,给出了激光传输远场光斑特征,表明了Easylaser的多物理仿真模块具备对内光路热效应综合仿真分析能力。
脉宽对中红外激光带内损伤HgCdTe材料的影响
胡蔚敏, 王小军, 田昌勇, 杨晶, 刘可, 彭钦军
2022, 34: 011009.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210321
[摘要](84) [HTML全文](44) [PDF 1252KB](6)
摘要:
研究了脉宽对于中红外脉冲激光带内损伤碲镉汞(HgCdTe)材料阈值的影响,使用一维自洽模型对激光辐照HgCdTe材料程中的载流子数密度,载流子对数目流,载流子对能流,载流子温度和材料晶格温度等相关参数进行仿真计算。仿真结果表明,波长2.85 μm,脉宽30 ps~10 ns单脉冲激光带内辐照HgCdTe材料的损伤阈值为200~500 mJ/cm2。其中,300 ps~3 ns脉冲激光的损伤阈值相近,均为200 mJ/cm2且低于其他脉宽激光的损伤阈值。搭建实验光路并进行相关实验验证仿真模型的正确性。实验发现,波长2.85 μm、脉宽300 ps的单脉冲激光带内辐照HgCdTe材料的损伤阈值在200 mJ/cm2左右。相同条件下,10 ns单脉冲激光带内辐照HgCdTe材料的损伤阈值约474 mJ/cm2。百皮秒脉冲激光对HgCdTe材料的损伤过程结合了热击穿和光学击穿效应,其独特的毁伤机理加剧了材料的损伤。
时空调制型干涉成像光谱仪的强光干扰效应仿真研究
孟凡欣, 邢中阳, 许中杰, 程湘爱
2022, 34: 011010.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210342
[摘要](68) [HTML全文](31) [PDF 1477KB](2)
摘要:
干涉成像光谱技术是利用光的干涉原理获取目标光谱信息的一种成像技术。为研究其在强光下的干扰效果和机理,以大孔径静态成像光谱仪为典型对象,开展了相关仿真实验研究。以实际地物的图像和光谱信息为对象,仿真生成了原始干涉成像图案,并模拟830 nm单波长激光和超连续谱激光两种干扰源,分别研究不同辐照强度下的典型干扰效果,分析时假设光谱角大于30°时原始光谱信息丢失。基于本文的仿真模型,得到的相关结果表明,在830 nm的单波长激光干扰情况下,当干扰与目标成像峰值之比大于0.2∶1时原始光谱信息无法正确复原(光谱角大于30°),但模拟加入830 nm滤光片后,干扰效果被有效滤除。在超连续谱激光干扰情况下,不考虑饱和阈值时光谱角数值最终稳定在21°;考虑探测器饱和阈值为目标成像强度峰值3倍时,干扰与目标成像峰值之比大于2.1∶1时,原始光谱信息便无法分辨。该研究可能为同类型光谱仪的激光辐照效应和损伤机理的后续研究,以及光谱成像系统的激光防护和性能优化提供参考。
激光辐照下预加载CFRC层合板断裂行为实验研究
韩永超, 韦成华, 张冉, 王家伟, 吕玉伟
2022, 34: 011011.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210329
[摘要](97) [HTML全文](43) [PDF 1021KB](3)
摘要:
针对激光与机械载荷联合作用下碳纤维/环氧树脂增强复合材料(CFRC)层合板失效时间的预测需求,实验研究了不同激光功率密度(70~210 W/cm2)、不同预应力水平(拉伸强度的50%和70%)、不同光斑尺寸(拉伸试件宽度的70%和100%)下2 mm厚层合板的失效机理,获取了不同影响因素对断裂时间的影响规律。结果表明:预加载层合板失效机制为迎光面环氧树脂基底材料热解、纤维氧化断裂,背光面剩余结构偏脆性断裂;在预应力一定条件下,试件断裂时间与辐照激光功率密度成指数规律;预应力水平对断裂时间影响显著。
1064 nm激光不同辐照时间对小鼠皮肤热损伤的实验与理论研究
周巡, 马琼, 刘智搏, 康宏向
2022, 34: 011012.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210338
[摘要](98) [HTML全文](43) [PDF 961KB](3)
摘要:
通过实验和理论分析的方法研究1064 nm激光不同辐照时间对小鼠皮肤的热损伤规律。利用皮肤镜图像和光学相干断层图像评估小鼠皮肤组织热损伤程度,利用Arrhenius热损伤方程计算热损伤参数,建立激光诱导皮肤组织热损伤模型,并与实验结果进行对比。结果表明,在靶功率密度为30 W/mm2的1064 nm激光辐照下,0~100 ms辐照时间内,小鼠皮肤组织损伤可恢复;150~280 ms辐照时间内,小鼠皮肤组织出现水肿现象和热凝固损伤;280~550 ms辐照时间内,小鼠皮肤表皮层出现汽化现象,损伤斑周围出现焦痂,真皮层发生变性;660 ms辐照时间以上,小鼠皮肤表皮层和真皮层出现汽化现象,伤口渗出组织液,皮下组织发生变性。理论分析与实验结果一致,建立的热损伤模型能够验证小鼠皮肤热损伤程度。
激光烧蚀等离子体射流与固体靶相互作用实验研究
张黎, 付博, 黄元杰, 赵宇, 李生福, 吴冀川, 张永强, 谭福利
2022, 34: 011013.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210257
[摘要](124) [HTML全文](72) [PDF 1879KB](21)
摘要:
利用激光烧蚀等离子体射流可以获得数km/s 甚至上千km/s 的射流速度,远超目前绝大多数设备所能提供的模拟速度,并且覆盖了极大的温度与密度范围,作为加载手段具有广阔的应用前景。通过实验方法,探索和发展激光烧蚀等离子体射流这一新型实验模拟手段,利用高功率激光烧蚀产生高温高压等离子体射流,实现超高速气体动力学实验室模拟的新途径。以此作为加载条件,研究超高速物体与气体相互作用的气体动力学特性。通过建立激光烧蚀等离子体射流与固体靶相互作用实验方法,可进一步研究等离子体射流的产生、发展以及高速物体气体动力学,为下一步开展天体物理、小行星形貌、超高速陨石与行星大气相互作用机制等相关研究奠定基础。