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RSS2009年 21卷 第09期
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2009, 21.
摘要:
氧碘化学激光器(COIL)的混合喷管内发生的是气体动力学、化学反应动力学以及光学等相互耦合的复杂过程，每个过程都对COIL性能有着至关重要的影响。利用3维计算流体动力学技术，通过求解层流Navier-Stokes方程与组分输运方程对简化的氧碘化学激光RADICL模型进行数值模拟与分析，结合10种组分和21个基元反应的化学反应模型，对COIL超声速段射流情况下喷管内的流动及混合情况，尤其是产率、分解率、泵浦率和小信号增益系数的细致3维空间分布进行研究。结果证明超声速段进行射流有利于提高COIL的性能表现，可以充分利用高增益区，光腔位置增益可以达到0.012 cm-1，与亚声速段射流相比总压恢复性能提高，混合有待加强。
氧碘化学激光器(COIL)的混合喷管内发生的是气体动力学、化学反应动力学以及光学等相互耦合的复杂过程，每个过程都对COIL性能有着至关重要的影响。利用3维计算流体动力学技术，通过求解层流Navier-Stokes方程与组分输运方程对简化的氧碘化学激光RADICL模型进行数值模拟与分析，结合10种组分和21个基元反应的化学反应模型，对COIL超声速段射流情况下喷管内的流动及混合情况，尤其是产率、分解率、泵浦率和小信号增益系数的细致3维空间分布进行研究。结果证明超声速段进行射流有利于提高COIL的性能表现，可以充分利用高增益区，光腔位置增益可以达到0.012 cm-1，与亚声速段射流相比总压恢复性能提高，混合有待加强。
2009, 21.
摘要:
高功率气体激光器的非对称复杂电极系统中，电极参数的变化以及预电离结构的引入将会使所设计的均匀电场发生具体的改变。采用高精度有限元方法，对这类复杂电极系统进行建模并且计算其电场分布，根据分析结果更合理地指导激光器设计。对一种典型的非对称复杂电极系统TEA CO2激光器，应用该方法并结合了预电离过程，研究了引入预电离器导体和变化电极形状对电极表面的电场强度起伏和放电空间的均匀电场面积产生的影响。结果表明:通过这种预先模拟,合理选择电极构型参数和预电离结构安装位置，可以产生性质较好的均匀电场以及效率较高的激光输出。
高功率气体激光器的非对称复杂电极系统中，电极参数的变化以及预电离结构的引入将会使所设计的均匀电场发生具体的改变。采用高精度有限元方法，对这类复杂电极系统进行建模并且计算其电场分布，根据分析结果更合理地指导激光器设计。对一种典型的非对称复杂电极系统TEA CO2激光器，应用该方法并结合了预电离过程，研究了引入预电离器导体和变化电极形状对电极表面的电场强度起伏和放电空间的均匀电场面积产生的影响。结果表明:通过这种预先模拟,合理选择电极构型参数和预电离结构安装位置，可以产生性质较好的均匀电场以及效率较高的激光输出。
2009, 21.
摘要:
在不影响喷管性能的前提下，将环形HYLTE喷管叶片分解为4个1/4圆环，经过进一步简化设计后，得到只有3个截面中心共面的内部管道的1/4环形叶片。提出了两种环形HYLTE喷管叶片的加工方法：真空钎焊的方法和嵌铸的方法，并对两种方法进行了比较。对于真空钎焊的方法，进行了验证加工，测试结果表明喷管叶片焊接处气密性良好，力学性能优良，可在较高温度下正常工作。嵌铸的方法在一体化加工方面优势明显，可作为环形喷管加工的备选方法。
在不影响喷管性能的前提下，将环形HYLTE喷管叶片分解为4个1/4圆环，经过进一步简化设计后，得到只有3个截面中心共面的内部管道的1/4环形叶片。提出了两种环形HYLTE喷管叶片的加工方法：真空钎焊的方法和嵌铸的方法，并对两种方法进行了比较。对于真空钎焊的方法，进行了验证加工，测试结果表明喷管叶片焊接处气密性良好，力学性能优良，可在较高温度下正常工作。嵌铸的方法在一体化加工方面优势明显，可作为环形喷管加工的备选方法。
2009, 21.
摘要:
研究了15 MW峰值功率脉冲激光与600 μm芯径石英光纤耦合中存在的空气击穿现象。对聚焦区域的空气击穿现象进行了理论和实验研究，测得空气击穿阈值为0.79×109 W/cm2。测得固体介质的激光损伤阈值为2.12×109 W/cm2，与理论计算结果相符。提出了七合一光纤耦合器用于解决空气击穿的办法，实验测得7根光纤并束的耦合效率为67.21%。结果表明光纤耦合器可有效解决15 MW峰值功率脉冲激光与600 μm芯径石英光纤的耦合。
研究了15 MW峰值功率脉冲激光与600 μm芯径石英光纤耦合中存在的空气击穿现象。对聚焦区域的空气击穿现象进行了理论和实验研究，测得空气击穿阈值为0.79×109 W/cm2。测得固体介质的激光损伤阈值为2.12×109 W/cm2，与理论计算结果相符。提出了七合一光纤耦合器用于解决空气击穿的办法，实验测得7根光纤并束的耦合效率为67.21%。结果表明光纤耦合器可有效解决15 MW峰值功率脉冲激光与600 μm芯径石英光纤的耦合。
2009, 21.
摘要:
研制了一台偏振-米散射激光雷达，用于卷云和沙尘气溶胶后向散射光退偏振比的探测研究。介绍了偏振-米散射激光雷达的探测原理，叙述了偏振-米散射激光雷达的结构、技术参数、测量方法和数据处理方法。给出了偏振-米散射激光雷达对合肥市西郊上空卷云的结构、退偏振比垂直廓线以及光学厚度的典型探测结果，对这些结果进行了分析和讨论。初步探测结果表明，合肥西郊上空高度在6～10 km的卷云的退偏振比在0.2～0.5之间，该激光雷达可以对卷云进行有效的探测，能较好地反映卷云及其光学特性的时空分布。
研制了一台偏振-米散射激光雷达，用于卷云和沙尘气溶胶后向散射光退偏振比的探测研究。介绍了偏振-米散射激光雷达的探测原理，叙述了偏振-米散射激光雷达的结构、技术参数、测量方法和数据处理方法。给出了偏振-米散射激光雷达对合肥市西郊上空卷云的结构、退偏振比垂直廓线以及光学厚度的典型探测结果，对这些结果进行了分析和讨论。初步探测结果表明，合肥西郊上空高度在6～10 km的卷云的退偏振比在0.2～0.5之间，该激光雷达可以对卷云进行有效的探测，能较好地反映卷云及其光学特性的时空分布。
2009, 21.
摘要:
给出了基于高速磁光开关的光实时延时技术的方案。研究了拓扑结构和磁光开关对光延时性能的影响。研制了5 bit,32位的光实时延时系统，并建立了光延时的测试平台，经测试，延时线延时精度优于3 ps。对光延时单元插损进行测试,结果显示:32态单元插损为0.12~0.88 dB,各态变化呈随机性。
给出了基于高速磁光开关的光实时延时技术的方案。研究了拓扑结构和磁光开关对光延时性能的影响。研制了5 bit,32位的光实时延时系统，并建立了光延时的测试平台，经测试，延时线延时精度优于3 ps。对光延时单元插损进行测试,结果显示:32态单元插损为0.12~0.88 dB,各态变化呈随机性。
2009, 21.
摘要:
介绍了研制的小型脉冲高温超音速流场模拟装置。利用OH分子示踪速度测量技术,对实验室建立的小型脉冲高温超音速流场模拟装置产生的喷流速度分布进行了诊断。通过改变测量对应于喷流的空间位置光路调节，改变193 nm激光线相对于喷流的空间位置，分别得到了喷流不同区域的OH分子示踪速度图像，根据图像计算了测量位置喷流沿轴线方向的速度分量的分布情况。结果显示：喷流在压缩区的速度比在膨胀区低得多；在压缩初期区域喷流中心部分速度明显高于两侧部分，而在二次膨胀区域喷流中心部分速度低于两侧部分。
介绍了研制的小型脉冲高温超音速流场模拟装置。利用OH分子示踪速度测量技术,对实验室建立的小型脉冲高温超音速流场模拟装置产生的喷流速度分布进行了诊断。通过改变测量对应于喷流的空间位置光路调节，改变193 nm激光线相对于喷流的空间位置，分别得到了喷流不同区域的OH分子示踪速度图像，根据图像计算了测量位置喷流沿轴线方向的速度分量的分布情况。结果显示：喷流在压缩区的速度比在膨胀区低得多；在压缩初期区域喷流中心部分速度明显高于两侧部分，而在二次膨胀区域喷流中心部分速度低于两侧部分。
2009, 21.
摘要:
根据适应度函数的具体情况改进了微粒群算法，与基本微粒群算法相比，其复杂函数的寻优能力得到了提高。利用改进的微粒群算法对不同结构的拉曼光纤激光器理论模型对应的适应度函数进行了算法测试，保证适应度函数精度(10-5)的情况下，计算时间不超过15 s。与Newton-Raphson打靶算法配合时,有效地缩短计算时间、提高打靶算法稳定性和计算精度。最后，利用该算法数值分析了二阶掺磷拉曼光纤激光器输出端反射率、光纤长度和泵浦功率对输出功率的影响。
根据适应度函数的具体情况改进了微粒群算法，与基本微粒群算法相比，其复杂函数的寻优能力得到了提高。利用改进的微粒群算法对不同结构的拉曼光纤激光器理论模型对应的适应度函数进行了算法测试，保证适应度函数精度(10-5)的情况下，计算时间不超过15 s。与Newton-Raphson打靶算法配合时,有效地缩短计算时间、提高打靶算法稳定性和计算精度。最后，利用该算法数值分析了二阶掺磷拉曼光纤激光器输出端反射率、光纤长度和泵浦功率对输出功率的影响。
2009, 21.
摘要:
在分析瑞利、喇曼和米散射仿真回波信号的基础上，研制了一台探测大气温度、气溶胶和卷云的瑞利-喇曼-米散射激光雷达,实现了一台激光雷达针对大气温度、气溶胶和卷云光学特性的多参数探测。为提高瑞利和喇曼微弱回波信号信噪比，采用了极高灵敏度的R4632光电倍增管和光子计数技术；为实现对大气气溶胶和卷云的探测，532 nm回波信号采取高低分层技术、高层通道回波衰减方法和探测器门控技术。瑞利-喇曼-米散射激光雷达的探测结果证明了利用仿真回波信号指导激光雷达设计的可行性。
在分析瑞利、喇曼和米散射仿真回波信号的基础上，研制了一台探测大气温度、气溶胶和卷云的瑞利-喇曼-米散射激光雷达,实现了一台激光雷达针对大气温度、气溶胶和卷云光学特性的多参数探测。为提高瑞利和喇曼微弱回波信号信噪比，采用了极高灵敏度的R4632光电倍增管和光子计数技术；为实现对大气气溶胶和卷云的探测，532 nm回波信号采取高低分层技术、高层通道回波衰减方法和探测器门控技术。瑞利-喇曼-米散射激光雷达的探测结果证明了利用仿真回波信号指导激光雷达设计的可行性。
2009, 21.
摘要:
用脉冲CO2激光的10.6 μm光束击穿空气产生等离子体，使用光谱仪和ICCD采集等离子体辐射光谱，在局部热力学平衡近似下，利用相对谱线强度法对激光等离子体温度进行了计算。当激光器单脉冲能量为35 J时，选择NⅡ399.5 nm和NⅡ500.5 nm两条线状谱的相对谱线强度计算了不同延迟时间下等离子体温度。实验结果表明:在等离子体的不同位置，等离子体温度均随时间经历了明显的上升到饱和再到下降的过程，等离子体前沿的温度最先达到饱和，距离靶面最近的位置温度达到饱和所需时间最长。
用脉冲CO2激光的10.6 μm光束击穿空气产生等离子体，使用光谱仪和ICCD采集等离子体辐射光谱，在局部热力学平衡近似下，利用相对谱线强度法对激光等离子体温度进行了计算。当激光器单脉冲能量为35 J时，选择NⅡ399.5 nm和NⅡ500.5 nm两条线状谱的相对谱线强度计算了不同延迟时间下等离子体温度。实验结果表明:在等离子体的不同位置，等离子体温度均随时间经历了明显的上升到饱和再到下降的过程，等离子体前沿的温度最先达到饱和，距离靶面最近的位置温度达到饱和所需时间最长。
2009, 21.
摘要:
对用X射线CCD作测量设备的在线针孔相机信号强度进行了估计。利用激光原型装置柱腔能谱曲线、PI-SX1300型号X射线CCD的量子效率曲线分别对在CCD加Be滤片和加不同材料的平面镜两种情况下的针孔相机成像获得的Ｘ射线信号在CCD上的信号强度计数进行了估算，结果表明：厚度不大于200 μm的Be滤片只能将信号强度的计数降低一个量级；3°入射的金平面镜，5°入射的镍、碳平面镜和硅平面镜虽然也可将信号强度计数降低一个量级，但这两种衰减方法得到的强度计数超过了CCD的饱和计数值。计算了不同厚度的Be滤片结合平面镜的针孔相机对信号强度计数的衰减情况，结果表明：Be的厚度在20～40 μm时，平面镜选择3°入射的金平面镜或者5°入射的镍平面镜，两者结合可以较好地衰减信号。
对用X射线CCD作测量设备的在线针孔相机信号强度进行了估计。利用激光原型装置柱腔能谱曲线、PI-SX1300型号X射线CCD的量子效率曲线分别对在CCD加Be滤片和加不同材料的平面镜两种情况下的针孔相机成像获得的Ｘ射线信号在CCD上的信号强度计数进行了估算，结果表明：厚度不大于200 μm的Be滤片只能将信号强度的计数降低一个量级；3°入射的金平面镜，5°入射的镍、碳平面镜和硅平面镜虽然也可将信号强度计数降低一个量级，但这两种衰减方法得到的强度计数超过了CCD的饱和计数值。计算了不同厚度的Be滤片结合平面镜的针孔相机对信号强度计数的衰减情况，结果表明：Be的厚度在20～40 μm时，平面镜选择3°入射的金平面镜或者5°入射的镍平面镜，两者结合可以较好地衰减信号。
2009, 21.
摘要:
介绍了等离子体密度对离子源放电的影响，为了获得长脉冲放电，采用朗缪尔探针测量等离子体密度并反馈调节离子源放电。基于朗缪尔探针测量，设计了控制部分硬件与软件构架，建立了离子源等离子体密度反馈控制系统，并成功地应用于离子源等离子体放电实验，通过反馈调节实验进气，得到了长达4.5 s的长脉冲放电，为中性束注入稳态运行提供了依据。
介绍了等离子体密度对离子源放电的影响，为了获得长脉冲放电，采用朗缪尔探针测量等离子体密度并反馈调节离子源放电。基于朗缪尔探针测量，设计了控制部分硬件与软件构架，建立了离子源等离子体密度反馈控制系统，并成功地应用于离子源等离子体放电实验，通过反馈调节实验进气，得到了长达4.5 s的长脉冲放电，为中性束注入稳态运行提供了依据。
2009, 21.
摘要:
利用整形脉冲驱动内爆是实现燃料高收缩比压缩的有效方法。单脉冲辐射驱动冲击波压缩气体靶动力学过程可分为冲击波压缩、近等熵压缩、压缩降温和膨胀降温4个阶段，其中近等熵压缩阶段是获得燃料高密度的关键。通过改变第一个台阶结束时间，可找到合适的双台阶辐射整形脉冲驱动内爆，获得比单一脉冲驱动更高的压缩密度。数值模拟结果显示：利用第1个台阶产生的冲击波多次压缩燃料，同时逐步提高燃料区压强，这样第2个冲击波传入燃料区时的强度很弱，几乎不引起熵增，但能进一步压缩燃料。同样的原理可推广到多台阶整形脉冲驱动内爆压缩研究中。
利用整形脉冲驱动内爆是实现燃料高收缩比压缩的有效方法。单脉冲辐射驱动冲击波压缩气体靶动力学过程可分为冲击波压缩、近等熵压缩、压缩降温和膨胀降温4个阶段，其中近等熵压缩阶段是获得燃料高密度的关键。通过改变第一个台阶结束时间，可找到合适的双台阶辐射整形脉冲驱动内爆，获得比单一脉冲驱动更高的压缩密度。数值模拟结果显示：利用第1个台阶产生的冲击波多次压缩燃料，同时逐步提高燃料区压强，这样第2个冲击波传入燃料区时的强度很弱，几乎不引起熵增，但能进一步压缩燃料。同样的原理可推广到多台阶整形脉冲驱动内爆压缩研究中。
2009, 21.
摘要:
在利用金属丝阵Z箍缩产生强X射线辐射的方法中，为获得超强X射线，一般采用直径几μm的钨丝构成单、双或多层圆柱面状丝阵负载，其中丝阵负载的结构和装配精度是关键因素。为制备出均匀、平直的丝阵负载，进行了Z箍缩丝阵负载微型装配系统的研制，建立了基于机器视觉、微力传感器和精密运动控制系统的Z箍缩丝阵负载微型装配实验系统。该系统成功实现了双层直径5 μm钨丝丝阵的装配，且张力控制精度达0.002 N。
在利用金属丝阵Z箍缩产生强X射线辐射的方法中，为获得超强X射线，一般采用直径几μm的钨丝构成单、双或多层圆柱面状丝阵负载，其中丝阵负载的结构和装配精度是关键因素。为制备出均匀、平直的丝阵负载，进行了Z箍缩丝阵负载微型装配系统的研制，建立了基于机器视觉、微力传感器和精密运动控制系统的Z箍缩丝阵负载微型装配实验系统。该系统成功实现了双层直径5 μm钨丝丝阵的装配，且张力控制精度达0.002 N。
2009, 21.
摘要:
基于原型装置的光路设计，确定了采用半波片和偏振片实现对预放系统输出能量的精密控制的方案，并对该方案进行了流程设计和系统集成。通过实验验证了该方案的可靠性，实验结果显示：该方案可对预放系统的静态能量和发射输出能量进行有效的控制；可在30 s内将系统静态能量控制在3%以内，可在1~2发内使预放发射的输出能量的偏差迅速降到5%以内，且能量输出的结果有较好的重复性。
基于原型装置的光路设计，确定了采用半波片和偏振片实现对预放系统输出能量的精密控制的方案，并对该方案进行了流程设计和系统集成。通过实验验证了该方案的可靠性，实验结果显示：该方案可对预放系统的静态能量和发射输出能量进行有效的控制；可在30 s内将系统静态能量控制在3%以内，可在1~2发内使预放发射的输出能量的偏差迅速降到5%以内，且能量输出的结果有较好的重复性。
2009, 21.
摘要:
采用电子束蒸发方法在LBO晶体上制备了无缓冲层和具有不同缓冲层的1 064 nm，532 nm二倍频增透膜。利用分光光度计、纳米力学综合测试系统以及调Q脉冲激光装置对样品的光学性能、附着力以及抗激光损伤性能进行了测试分析。结果表明：所有样品在1 064 nm和532 nm波长的剩余反射率都分别小于0.1％和0.2％；与无缓冲层样品相比，预镀Al2O3缓冲层样品的附着力提高了43.1％，具有SiO2缓冲层样品的附着力显著提高，而MgF2缓冲层的插入却导致薄膜附着力降低。应用全塑性压痕理论和剪切理论对薄膜的附着力增强机制进行了分析。薄膜的抗激光损伤性能分析表明，SiO2缓冲层也有助于改进薄膜的激光损伤阈值。
采用电子束蒸发方法在LBO晶体上制备了无缓冲层和具有不同缓冲层的1 064 nm，532 nm二倍频增透膜。利用分光光度计、纳米力学综合测试系统以及调Q脉冲激光装置对样品的光学性能、附着力以及抗激光损伤性能进行了测试分析。结果表明：所有样品在1 064 nm和532 nm波长的剩余反射率都分别小于0.1％和0.2％；与无缓冲层样品相比，预镀Al2O3缓冲层样品的附着力提高了43.1％，具有SiO2缓冲层样品的附着力显著提高，而MgF2缓冲层的插入却导致薄膜附着力降低。应用全塑性压痕理论和剪切理论对薄膜的附着力增强机制进行了分析。薄膜的抗激光损伤性能分析表明，SiO2缓冲层也有助于改进薄膜的激光损伤阈值。
2009, 21.
摘要:
以改性聚苯乙烯微球为模板，采用化学镀法在聚苯乙烯微球表面包覆一层银，在四氢呋喃溶液中将聚苯乙烯微球溶解，得到中空Ag纳米球壳。采用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪对样品进行了表征及分析，并用紫外可见分光光度计研究了粒子的光学性质。实验结果表明：运用此法成功地制备出中空Ag纳米球壳的内径为250 nm，壁厚约为15 nm，并且成功地使纳米粒子的紫外吸收光谱由600 nm红移至900 nm左右，实现了在可见光至近红外光区调节Ag纳米结构的吸收峰。
以改性聚苯乙烯微球为模板，采用化学镀法在聚苯乙烯微球表面包覆一层银，在四氢呋喃溶液中将聚苯乙烯微球溶解，得到中空Ag纳米球壳。采用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪对样品进行了表征及分析，并用紫外可见分光光度计研究了粒子的光学性质。实验结果表明：运用此法成功地制备出中空Ag纳米球壳的内径为250 nm，壁厚约为15 nm，并且成功地使纳米粒子的紫外吸收光谱由600 nm红移至900 nm左右，实现了在可见光至近红外光区调节Ag纳米结构的吸收峰。
2009, 21.
摘要:
利用成像型速度干涉仪研究了大型激光原型装置整形脉冲驱动实验中产生的预热效应。对冲击波传输过程进行了分析，发现第１和第２个冲击波的起始时刻都在胶层里面，第３个冲击波的起始时刻在熔石英窗口里面。实验发现，由于X光离化效应的影响，第１和第２个冲击波传输引起的条纹跳变并没有观察到。第２和第３个激光脉冲前半部分产生的离化效应将透明窗口完全漂白，导致成像型速度干涉仪获得的条纹图出现了间断。实验观察到了第３个激光脉冲驱动的冲击波在熔石英中产生的加速和减速过程。对整形脉冲获得的实验结果进行了初步解释，得出现有条件下整形脉冲驱动应注意的问题为：控制最高辐射温度，选用带隙大的窗口材料，尽量减小胶层的厚度。
利用成像型速度干涉仪研究了大型激光原型装置整形脉冲驱动实验中产生的预热效应。对冲击波传输过程进行了分析，发现第１和第２个冲击波的起始时刻都在胶层里面，第３个冲击波的起始时刻在熔石英窗口里面。实验发现，由于X光离化效应的影响，第１和第２个冲击波传输引起的条纹跳变并没有观察到。第２和第３个激光脉冲前半部分产生的离化效应将透明窗口完全漂白，导致成像型速度干涉仪获得的条纹图出现了间断。实验观察到了第３个激光脉冲驱动的冲击波在熔石英中产生的加速和减速过程。对整形脉冲获得的实验结果进行了初步解释，得出现有条件下整形脉冲驱动应注意的问题为：控制最高辐射温度，选用带隙大的窗口材料，尽量减小胶层的厚度。
2009, 21.
摘要:
在惯性约束聚变(ICF)终端光学聚焦系统中，采用取样光栅将透射的高功率三倍频光按约0.5%的效率进行聚焦采样,送入能量计中进行诊断。提出了用取样光栅对结构取代单取样光栅，通过合理选择系统参数，包括两块光栅的距离、光栅倾斜角度等，设计出的消像差取样光栅可同时进行能量诊断、光脉冲响应测量、以及远场光斑质量的检测。计算结果显示：光程差从8.3 cm降低到8.7 mm，像点的均方根半径为0.777 μm，达到衍射极限和使用要求。这为ICF系统中激光能量、波前畸变的诊断提供了一种可供选择的新诊断装置。
在惯性约束聚变(ICF)终端光学聚焦系统中，采用取样光栅将透射的高功率三倍频光按约0.5%的效率进行聚焦采样,送入能量计中进行诊断。提出了用取样光栅对结构取代单取样光栅，通过合理选择系统参数，包括两块光栅的距离、光栅倾斜角度等，设计出的消像差取样光栅可同时进行能量诊断、光脉冲响应测量、以及远场光斑质量的检测。计算结果显示：光程差从8.3 cm降低到8.7 mm，像点的均方根半径为0.777 μm，达到衍射极限和使用要求。这为ICF系统中激光能量、波前畸变的诊断提供了一种可供选择的新诊断装置。
2009, 21.
摘要:
提出了一种双开口谐振环结构的新型双负介质单元模型，该模型集电、磁谐振于一体，结构简单。用时域有限差分法和CST软件对该新型结构进行了模拟对比，并对其物理机理进行了分析，解释了其双负效应发生的原因。从电磁波理论出发，导出了波导中双负介质参数的反演公式，推广了通常提取介质参数的NRW方法，并由此提取了新型双负介质的等效电磁参数。结果表明：在频率10.3 GHz附近其等效介电常数和等效磁导率的实部同时为负值，确定了其双负效应的存在。
提出了一种双开口谐振环结构的新型双负介质单元模型，该模型集电、磁谐振于一体，结构简单。用时域有限差分法和CST软件对该新型结构进行了模拟对比，并对其物理机理进行了分析，解释了其双负效应发生的原因。从电磁波理论出发，导出了波导中双负介质参数的反演公式，推广了通常提取介质参数的NRW方法，并由此提取了新型双负介质的等效电磁参数。结果表明：在频率10.3 GHz附近其等效介电常数和等效磁导率的实部同时为负值，确定了其双负效应的存在。
2009, 21.
摘要:
给出了三间隙耦合腔输出回路的等效电路，利用等效电路确定了谐振频率及间隙阻抗矩阵。从间隙阻抗出发，结合双间隙耦合腔输出回路探讨了模式重叠的机制，并将其应用于Ka波段的三间隙耦合腔输出回路。基于能量守恒的观点得到了三间隙耦合腔输出回路的互作用阻抗频率特性，从而调整电路参数，使所研究电路的3 dB带宽达到了4.48%。
给出了三间隙耦合腔输出回路的等效电路，利用等效电路确定了谐振频率及间隙阻抗矩阵。从间隙阻抗出发，结合双间隙耦合腔输出回路探讨了模式重叠的机制，并将其应用于Ka波段的三间隙耦合腔输出回路。基于能量守恒的观点得到了三间隙耦合腔输出回路的互作用阻抗频率特性，从而调整电路参数，使所研究电路的3 dB带宽达到了4.48%。
2009, 21.
摘要:
对用于UWB-1系统的可调间隙亚纳秒气体开关进行了结构优化设计，并采用Ansoft软件分别对开关绝缘子和电极处的静电场进行了模拟。优化后的调节旋钮在实验调试中使用方便，能准确地测量开关间隙的大小。绝缘子结构优化后，局部场强集中点的最大场强降低为126.6 kV·mm-1，低于理论击穿场强，满足了绝缘要求。对优化后的亚纳秒气体开关进行了高压实验，结果表明：绝缘子处没有击穿现象发生，开关工作稳定，输出脉冲的前后沿变快且脉宽变窄。系统重复频率5 Hz运行时，优化后的脉冲前后沿和脉宽分别比优化前减小了130，120和100 ps。系统重复频率100 Hz运行时，优化后的脉宽比优化前减小了150 ps，比重复频率5 Hz运行时只增加了30 ps。
对用于UWB-1系统的可调间隙亚纳秒气体开关进行了结构优化设计，并采用Ansoft软件分别对开关绝缘子和电极处的静电场进行了模拟。优化后的调节旋钮在实验调试中使用方便，能准确地测量开关间隙的大小。绝缘子结构优化后，局部场强集中点的最大场强降低为126.6 kV·mm-1，低于理论击穿场强，满足了绝缘要求。对优化后的亚纳秒气体开关进行了高压实验，结果表明：绝缘子处没有击穿现象发生，开关工作稳定，输出脉冲的前后沿变快且脉宽变窄。系统重复频率5 Hz运行时，优化后的脉冲前后沿和脉宽分别比优化前减小了130，120和100 ps。系统重复频率100 Hz运行时，优化后的脉宽比优化前减小了150 ps，比重复频率5 Hz运行时只增加了30 ps。
2009, 21.
摘要:
根据双线法测量横向阻抗的原理，从理论和模拟计算两方面对双线间距、线径因素造成的系统误差进行讨论。给出谐振腔近似下双线法测量横向阻抗的等效电路，通过此等效电路对双线间距、线径因素造成的系统误差进行讨论。通过模拟计算的方法分析了双线法测量类腔体TM110模式横向阻抗时，不同双线间距、不同线径带来的系统误差，模拟计算的结果与等效电路结果分析得到的定性结果一致。模拟计算分析表明，对于管道半径为50 mm的类腔体结构，线径小于6 mm及双线距离小于50 mm时，双线间距及线径引入的横向阻抗系统误差小于8%。
根据双线法测量横向阻抗的原理，从理论和模拟计算两方面对双线间距、线径因素造成的系统误差进行讨论。给出谐振腔近似下双线法测量横向阻抗的等效电路，通过此等效电路对双线间距、线径因素造成的系统误差进行讨论。通过模拟计算的方法分析了双线法测量类腔体TM110模式横向阻抗时，不同双线间距、不同线径带来的系统误差，模拟计算的结果与等效电路结果分析得到的定性结果一致。模拟计算分析表明，对于管道半径为50 mm的类腔体结构，线径小于6 mm及双线距离小于50 mm时，双线间距及线径引入的横向阻抗系统误差小于8%。
2009, 21.
摘要:
描述了B-dot探头测量脉冲电子束流强度和束质心位置的原理，分析了B-dot探头工作于自积分和微分模式的条件，并根据所测电子束流信号的前沿和脉冲宽度特点，确定B-dot探头工作于微分模式，设计其电感参数约为60 nH。在电子束流模拟装置上对B-dot探头的灵敏度系数和偏心曲线进行了标定，标定得到B-dot探头及测试线路的灵敏度系数为4 147 A/V。将探测器安装在神龙一号加速器上进行束测实验，多次实验结果表明该探测器可以实现电子束流强度和质心位置的准确测量。
描述了B-dot探头测量脉冲电子束流强度和束质心位置的原理，分析了B-dot探头工作于自积分和微分模式的条件，并根据所测电子束流信号的前沿和脉冲宽度特点，确定B-dot探头工作于微分模式，设计其电感参数约为60 nH。在电子束流模拟装置上对B-dot探头的灵敏度系数和偏心曲线进行了标定，标定得到B-dot探头及测试线路的灵敏度系数为4 147 A/V。将探测器安装在神龙一号加速器上进行束测实验，多次实验结果表明该探测器可以实现电子束流强度和质心位置的准确测量。
2009, 21.
摘要:
简要介绍了回流离子特性参数的检测要求，分析了多种不同检测方法的特点，进行了离子检测综合实验方案的设计。介绍了激光干涉+分幅相机测量、法拉第筒测量、基于单晶硅片的固体径迹测量3种实验方法及实验结果的分析过程，对各自的原始实验数据进行了具体分析，给出了分析结果。对3种实验方法的分析结果，采用信息融合技术，对电子束打靶时所产生的回流离子的种类、运动速度和密度等特性给出了综合性的分析结论，有助于进一步正确认识束靶作用区的物理特性。
简要介绍了回流离子特性参数的检测要求，分析了多种不同检测方法的特点，进行了离子检测综合实验方案的设计。介绍了激光干涉+分幅相机测量、法拉第筒测量、基于单晶硅片的固体径迹测量3种实验方法及实验结果的分析过程，对各自的原始实验数据进行了具体分析，给出了分析结果。对3种实验方法的分析结果，采用信息融合技术，对电子束打靶时所产生的回流离子的种类、运动速度和密度等特性给出了综合性的分析结论，有助于进一步正确认识束靶作用区的物理特性。
2009, 21.
摘要:
采用低气压等离子体喷涂在DZ4镍基高温合金表面沉积NiCoCrAlY 涂层，并利用强流脉冲电子束（HCPEB）对其进行辐照处理。对HCPEB辐照处理前后的涂层的结构和性能分析得出，经HCPEB辐照处理后，疏松的涂层表面重熔，变得致密平整，产生微区光滑、熔坑和裂纹。X射线衍射分析表明，电子束辐照后涂层中的γ′相增多，涂层没有产生明显的残余微观内应力。900 ℃静态空气等温氧化试验结果显示，HCPEB辐照处理后，涂层的抗氧化性能明显提高。原因在于电子束辐照处理的涂层氧化后表面形成了更加完整的Al2O3保护层，同时γ′相的增加也有利于其耐氧化性能的提高。
采用低气压等离子体喷涂在DZ4镍基高温合金表面沉积NiCoCrAlY 涂层，并利用强流脉冲电子束（HCPEB）对其进行辐照处理。对HCPEB辐照处理前后的涂层的结构和性能分析得出，经HCPEB辐照处理后，疏松的涂层表面重熔，变得致密平整，产生微区光滑、熔坑和裂纹。X射线衍射分析表明，电子束辐照后涂层中的γ′相增多，涂层没有产生明显的残余微观内应力。900 ℃静态空气等温氧化试验结果显示，HCPEB辐照处理后，涂层的抗氧化性能明显提高。原因在于电子束辐照处理的涂层氧化后表面形成了更加完整的Al2O3保护层，同时γ′相的增加也有利于其耐氧化性能的提高。
2009, 21.
摘要:
研究5和2 MeV质子对法布里-珀罗（FP）腔结构及分布反馈（DFB）结构的多量子阱激光二极管的辐射效应，结果显示：在5×1012～5×1013 cm-2质子注量范围内，随着注量的增大，激光二极管阈值电流逐渐增大，电流-电压特性的低压区电流渐渐增大。由60Coγ总剂量实验结果推断:质子对实验器件的损伤源于质子位移效应。采用Trim程序的模拟结果表明：在2 MeV质子射程以内，2 MeV质子要比5 MeV质子产生的空位数多。这使得相同辐照注量下，2 MeV质子要比5 MeV质子导致的阈值电流增大更多，损伤更为严重。激光二极管辐射损伤存在着正向偏置退火效应，FP和DFB结构的二极管具有相似的加电退火规律，均可拟合成指数衰减形式，退火曲线可以分成退火常数不同的几段进行拟合。正向偏置退火效应使得辐照期间，处于加电状态的激光二极管比处于短路状态的激光二极管退化程度有所减弱。
研究5和2 MeV质子对法布里-珀罗（FP）腔结构及分布反馈（DFB）结构的多量子阱激光二极管的辐射效应，结果显示：在5×1012～5×1013 cm-2质子注量范围内，随着注量的增大，激光二极管阈值电流逐渐增大，电流-电压特性的低压区电流渐渐增大。由60Coγ总剂量实验结果推断:质子对实验器件的损伤源于质子位移效应。采用Trim程序的模拟结果表明：在2 MeV质子射程以内，2 MeV质子要比5 MeV质子产生的空位数多。这使得相同辐照注量下，2 MeV质子要比5 MeV质子导致的阈值电流增大更多，损伤更为严重。激光二极管辐射损伤存在着正向偏置退火效应，FP和DFB结构的二极管具有相似的加电退火规律，均可拟合成指数衰减形式，退火曲线可以分成退火常数不同的几段进行拟合。正向偏置退火效应使得辐照期间，处于加电状态的激光二极管比处于短路状态的激光二极管退化程度有所减弱。
2009, 21.
摘要:
研究了强X射线在金属表面产生的Compton电流时空分布，利用Compton散射公式计算了出射电子动量和微分散射截面随电子出射角的变化关系，发现在光子能量为1 MeV、入射光强为1021 W·m-2的条件下,沿入射光方向形成的Compton电流密度达到107 A·m-2量级。采用1维电动力学模型计算了斜入射的X射线在金属表面产生的Compton电流密度引起的电磁脉冲，结果表明：X射线在单位长度金属辐射产生的磁场强度达到106 A·m-1量级，脉冲宽度为ps量级；电磁脉冲沿X射线反射方向传播，具有良好的定向性。
研究了强X射线在金属表面产生的Compton电流时空分布，利用Compton散射公式计算了出射电子动量和微分散射截面随电子出射角的变化关系，发现在光子能量为1 MeV、入射光强为1021 W·m-2的条件下,沿入射光方向形成的Compton电流密度达到107 A·m-2量级。采用1维电动力学模型计算了斜入射的X射线在金属表面产生的Compton电流密度引起的电磁脉冲，结果表明：X射线在单位长度金属辐射产生的磁场强度达到106 A·m-1量级，脉冲宽度为ps量级；电磁脉冲沿X射线反射方向传播，具有良好的定向性。
2009, 21.
摘要:
建立了包括电子、离子、器壁发射二次电子以及负离子多种成分的等离子体无碰撞鞘层的基本模型，讨论了二次电子发射和负离子对1维稳态等离子体鞘层结构的影响，并且分析了多种成分等离子体鞘层内的二次电子和负离子的相互作用。结果表明：二次电子发射系数的增加和负离子含量的增加，都将导致鞘层的厚度有所减小；二次电子发射系数超过临界发射系数之后，鞘层不再是离子鞘。随着器壁材料二次电子发射系数的增加，鞘层中的负离子密度分布也逐渐增加；负离子的增加，导致二次电子临界发射系数有所增加。另外，在等离子体鞘层中二次电子发射和负离子的存在，也影响着鞘层中电子的放电特性与器壁材料的腐蚀。
建立了包括电子、离子、器壁发射二次电子以及负离子多种成分的等离子体无碰撞鞘层的基本模型，讨论了二次电子发射和负离子对1维稳态等离子体鞘层结构的影响，并且分析了多种成分等离子体鞘层内的二次电子和负离子的相互作用。结果表明：二次电子发射系数的增加和负离子含量的增加，都将导致鞘层的厚度有所减小；二次电子发射系数超过临界发射系数之后，鞘层不再是离子鞘。随着器壁材料二次电子发射系数的增加，鞘层中的负离子密度分布也逐渐增加；负离子的增加，导致二次电子临界发射系数有所增加。另外，在等离子体鞘层中二次电子发射和负离子的存在，也影响着鞘层中电子的放电特性与器壁材料的腐蚀。
2009, 21.
摘要:
为了解决小型Rogowski线圈无法测量柱状高塔的自然雷电流波形的问题，提出了采用大型Rogowski线圈测量高塔雷电流的方案，研究设计了柔性骨架无磁芯大型Rogowski线圈，去除磁芯和外加积分器，通过增加线圈匝数获得高电感，以实现测量结果的自积分，降低了微分型Rogowski线圈需要额外积分器的难度。Rogowski线圈的标定表明,线圈具有良好的积分特性，采用输出误差系统辨识模型对Rogowski线圈输出波形进行了校正补偿，提高了测量波形的准确度，增大了高塔自然雷电流精确测量的可能性。
为了解决小型Rogowski线圈无法测量柱状高塔的自然雷电流波形的问题，提出了采用大型Rogowski线圈测量高塔雷电流的方案，研究设计了柔性骨架无磁芯大型Rogowski线圈，去除磁芯和外加积分器，通过增加线圈匝数获得高电感，以实现测量结果的自积分，降低了微分型Rogowski线圈需要额外积分器的难度。Rogowski线圈的标定表明,线圈具有良好的积分特性，采用输出误差系统辨识模型对Rogowski线圈输出波形进行了校正补偿，提高了测量波形的准确度，增大了高塔自然雷电流精确测量的可能性。
2009, 21.
摘要:
对采用三电极气体间隙放电开关的脉冲功率电源和采用可控硅开关的脉冲功率电源进行了辐射电磁场测量与分析。所研究的脉冲功率电源的脉冲持续时间为ms量级，电流峰值为几十到几百kA。使用多组微分式磁场探头和高采样率、高存储深度的数字示波器进行了磁场测量；通过探头校对实验，对探头系数进行了校验。通过对微分测量结果的校正与积分运算，得到了磁场的时域波形。分析了低频段按照探头系数的计算方法和积分处理方法的关系，总结了时域波形重构的一些方法。得到了两种电源的电磁场特性：三电极气体间隙放电开关产生的磁场频谱范围可达10 MHz，而可控硅开关产生的磁场在1 MHz以内；其辐射电场微弱。
对采用三电极气体间隙放电开关的脉冲功率电源和采用可控硅开关的脉冲功率电源进行了辐射电磁场测量与分析。所研究的脉冲功率电源的脉冲持续时间为ms量级，电流峰值为几十到几百kA。使用多组微分式磁场探头和高采样率、高存储深度的数字示波器进行了磁场测量；通过探头校对实验，对探头系数进行了校验。通过对微分测量结果的校正与积分运算，得到了磁场的时域波形。分析了低频段按照探头系数的计算方法和积分处理方法的关系，总结了时域波形重构的一些方法。得到了两种电源的电磁场特性：三电极气体间隙放电开关产生的磁场频谱范围可达10 MHz，而可控硅开关产生的磁场在1 MHz以内；其辐射电场微弱。
2009, 21.
摘要:
采用等效方法简化了多级传输线脉冲变压器（TLT）电路，建立了简单的TLT频率响应分析电路。在此基础上，由传输线两端口网络模型推导得到了TLT的频率响应计算公式，并计算了TLT的频率响应曲线。依据简化后的电路，对TLT的频率响应进行了数值模拟分析，数值分析与理论计算结果一致性很好。两种分析所得结果均表明，次级线电感和杂散电容取值适当时，TLT具有良好的频率响应能力。当次级线电感为6 mH和杂散电容为8 pF时，其频率响应范围可以达到30 kHz~1 GHz。
采用等效方法简化了多级传输线脉冲变压器（TLT）电路，建立了简单的TLT频率响应分析电路。在此基础上，由传输线两端口网络模型推导得到了TLT的频率响应计算公式，并计算了TLT的频率响应曲线。依据简化后的电路，对TLT的频率响应进行了数值模拟分析，数值分析与理论计算结果一致性很好。两种分析所得结果均表明，次级线电感和杂散电容取值适当时，TLT具有良好的频率响应能力。当次级线电感为6 mH和杂散电容为8 pF时，其频率响应范围可以达到30 kHz~1 GHz。
2009, 21.
摘要:
提出了一种结构紧凑的长脉冲发生器，该发生器的螺旋型Blumlein线由内导体（含磁体）、螺旋型中筒和外导体（含磁体）构成，该结构实现了螺旋型Blumlein线和Tesla变压器的一体化。通过对螺旋型Blumlein线的波传输过程分析，给出了慢波系数、开关闭合电流、用于描述形成线闭合开关处界面上波行为的变量因子等参数的计算公式。采用PIC软件对螺旋型Blumlein线的部分波传输过程进行数值模拟，慢波系数等参数的模拟值与计算值基本相符。进行了恒阻抗负载下螺旋型Blumlein线的原理性实验，实验得到的负载波形与编程计算得到的波形基本吻合。
提出了一种结构紧凑的长脉冲发生器，该发生器的螺旋型Blumlein线由内导体（含磁体）、螺旋型中筒和外导体（含磁体）构成，该结构实现了螺旋型Blumlein线和Tesla变压器的一体化。通过对螺旋型Blumlein线的波传输过程分析，给出了慢波系数、开关闭合电流、用于描述形成线闭合开关处界面上波行为的变量因子等参数的计算公式。采用PIC软件对螺旋型Blumlein线的部分波传输过程进行数值模拟，慢波系数等参数的模拟值与计算值基本相符。进行了恒阻抗负载下螺旋型Blumlein线的原理性实验，实验得到的负载波形与编程计算得到的波形基本吻合。
