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RSS2014年 26卷 第11期
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2014, 26: 110101.
doi: 10.11884/HPLPB201426.110101
摘要:
报道了32路光纤激光相干阵列的相位锁定实验研究。搭建了32路光纤激光相干阵列实验系统，基于现场可编程逻辑阵列（FPGA）设计制作了高速高精度相位控制器。当相位控制器执行随机并行梯度下降（SPGD）算法对各路激光的相位进行锁定时，相干阵列输出的激光功率与不进行相位锁定时相比提高了约26倍。
报道了32路光纤激光相干阵列的相位锁定实验研究。搭建了32路光纤激光相干阵列实验系统，基于现场可编程逻辑阵列（FPGA）设计制作了高速高精度相位控制器。当相位控制器执行随机并行梯度下降（SPGD）算法对各路激光的相位进行锁定时，相干阵列输出的激光功率与不进行相位锁定时相比提高了约26倍。
2014, 26: 111001.
doi: 10.11884/HPLPB201426.111001
摘要:
光纤激光器系统需要高可靠性、高亮度、高功率光纤耦合输出二极管激光器模块作为泵浦源。基于mini-bar二极管激光器芯片，采用光束精密准直技术、自由空间合束技术来获得高亮度、高功率光纤耦合输出，针对光纤芯径为200 m、数值孔径为 0.22的多模光纤，开展了线偏振二极管激光光纤耦合实验，实验结果表明：光纤稳定输出功率达280 W，对应亮度为5.87 MW/（cm2sr），电-光效率为45.0%。采用偏振合束技术，光纤预期输出功率可达500 W，对应亮度超过10 MW/（cm2sr）。该方法可应用于研制数百瓦级高亮度二极管激光光纤耦合输出激光器模块。
光纤激光器系统需要高可靠性、高亮度、高功率光纤耦合输出二极管激光器模块作为泵浦源。基于mini-bar二极管激光器芯片，采用光束精密准直技术、自由空间合束技术来获得高亮度、高功率光纤耦合输出，针对光纤芯径为200 m、数值孔径为 0.22的多模光纤，开展了线偏振二极管激光光纤耦合实验，实验结果表明：光纤稳定输出功率达280 W，对应亮度为5.87 MW/（cm2sr），电-光效率为45.0%。采用偏振合束技术，光纤预期输出功率可达500 W，对应亮度超过10 MW/（cm2sr）。该方法可应用于研制数百瓦级高亮度二极管激光光纤耦合输出激光器模块。
2014, 26: 111002.
doi: 10.11884/HPLPB201426.111002
摘要:
针对采用经验模式分解直接阈值(EMD-DT)和经验模式分解间隔阈值(EMD-IT)在激光雷达回波信号的去噪应用中会产生的模态混叠现象，采用一种可变间隔阈值的经验模式分解（EMD-SIT）的去噪方法。首先，对信号进行经验模式分解。然后，采用过零率方法将分解出的含有噪声的固有模态函数分离。最后，应用过零点阈值，设立一个新的可变阈值，将EMD-IT和EMD-DT有效融合对信号进行去噪。通过与多种阈值的仿真对比以及激光雷达的回波信号去噪实验，结果表明该方法可以有效地去除噪声，抑制模态混叠，较EMD-IT和EMD-DT更具有优越性，因此有着很好的应用前景。
针对采用经验模式分解直接阈值(EMD-DT)和经验模式分解间隔阈值(EMD-IT)在激光雷达回波信号的去噪应用中会产生的模态混叠现象，采用一种可变间隔阈值的经验模式分解（EMD-SIT）的去噪方法。首先，对信号进行经验模式分解。然后，采用过零率方法将分解出的含有噪声的固有模态函数分离。最后，应用过零点阈值，设立一个新的可变阈值，将EMD-IT和EMD-DT有效融合对信号进行去噪。通过与多种阈值的仿真对比以及激光雷达的回波信号去噪实验，结果表明该方法可以有效地去除噪声，抑制模态混叠，较EMD-IT和EMD-DT更具有优越性，因此有着很好的应用前景。
2014, 26: 111003.
doi: 10.11884/HPLPB201426.111003
摘要:
采用数值模拟方法对化学氧碘化学激光器光腔通道、超声速扩压器一体化方案的优化展开研究,对扩压器的角度、构型、背压等参数对扩压性能的影响以及对光腔内流场的影响进行计算和分析。研究结果表明：传统的直接扩散型以及平直段+扩散段型的超声速扩压器,抵抗背压影响的能力较弱,且光腔出口处静压急剧升高,影响了光腔内的流场；通过在平直段+扩散段型的超声速扩压器的平直段部分,插入数片楔形体,可以将扩压器的工作背压提升33%以上,且可以有效地隔绝扩压器对光腔内流场的不利影响,从而使光腔下游的逆压梯度大大降低；同时,由于缩短了扩压器的长度,扩压器的总压损失明显降低,冷流状态下的总压恢复系数达到0.484。
采用数值模拟方法对化学氧碘化学激光器光腔通道、超声速扩压器一体化方案的优化展开研究,对扩压器的角度、构型、背压等参数对扩压性能的影响以及对光腔内流场的影响进行计算和分析。研究结果表明：传统的直接扩散型以及平直段+扩散段型的超声速扩压器,抵抗背压影响的能力较弱,且光腔出口处静压急剧升高,影响了光腔内的流场；通过在平直段+扩散段型的超声速扩压器的平直段部分,插入数片楔形体,可以将扩压器的工作背压提升33%以上,且可以有效地隔绝扩压器对光腔内流场的不利影响,从而使光腔下游的逆压梯度大大降低；同时,由于缩短了扩压器的长度,扩压器的总压损失明显降低,冷流状态下的总压恢复系数达到0.484。
2014, 26: 111004.
doi: 10.11884/HPLPB201426.111004
摘要:
为验证光学加工碳纤维材料的可行性,利用飞秒激光和连续激光对碳纤维块体材料进行了加工。获得了利用飞秒和连续激光加工的表面形貌。与连续激光加工相比,利用脉宽40 fs的激光加工效率较高,加工区边缘形貌较好,加工质量较高。通过不同激光功率下加工孔径尺寸的研究获得了飞秒激光加工阈值在1012 W/cm2量级。研究结果证明了光学加工碳纤维体材料的可行性。
为验证光学加工碳纤维材料的可行性,利用飞秒激光和连续激光对碳纤维块体材料进行了加工。获得了利用飞秒和连续激光加工的表面形貌。与连续激光加工相比,利用脉宽40 fs的激光加工效率较高,加工区边缘形貌较好,加工质量较高。通过不同激光功率下加工孔径尺寸的研究获得了飞秒激光加工阈值在1012 W/cm2量级。研究结果证明了光学加工碳纤维体材料的可行性。
2014, 26: 111005.
doi: 10.11884/HPLPB201426.111005
摘要:
为了减小相位测量轮廓术中因数字化设备内部结构的量化处理过程引起的相位量化误差，提高相位测量精度。针对相位测量精度要求较高且表面凹凸变化不大的被扫描物体提出了一种能够有效校正相位测量轮廓术量化误差的算法，测量相位中的每一个像素点利用其相邻像素点进行校正。实验结果显示，校正之后，相位量化误差标准差减小了41.38%，相位测量的精度得到了提高。
为了减小相位测量轮廓术中因数字化设备内部结构的量化处理过程引起的相位量化误差，提高相位测量精度。针对相位测量精度要求较高且表面凹凸变化不大的被扫描物体提出了一种能够有效校正相位测量轮廓术量化误差的算法，测量相位中的每一个像素点利用其相邻像素点进行校正。实验结果显示，校正之后，相位量化误差标准差减小了41.38%，相位测量的精度得到了提高。
2014, 26: 111006.
doi: 10.11884/HPLPB201426.111006
摘要:
主要对光学测量仪器体视显微镜与CCD成像系统在高阶贝塞尔光束光斑测量中的应用进行分析，通过以非相干LED绿光经过螺旋相位板和轴棱锥产生的高阶贝塞尔（Bessel）光束为例，模拟出沿轴向不同距离处的截面光强分布图，并与相应的实验参数（如：最大无衍射距离、中心暗斑直径等）进行比较。实验结果表明，体视显微镜与CCD成像系统的测量结果相吻合，但是体视显微镜测量误差较大会影响测量结果的准确度。
主要对光学测量仪器体视显微镜与CCD成像系统在高阶贝塞尔光束光斑测量中的应用进行分析，通过以非相干LED绿光经过螺旋相位板和轴棱锥产生的高阶贝塞尔（Bessel）光束为例，模拟出沿轴向不同距离处的截面光强分布图，并与相应的实验参数（如：最大无衍射距离、中心暗斑直径等）进行比较。实验结果表明，体视显微镜与CCD成像系统的测量结果相吻合，但是体视显微镜测量误差较大会影响测量结果的准确度。
2014, 26: 111007.
doi: 10.11884/HPLPB201426.111007
摘要:
为了研究低温条件下Yb:YAG放大器的增益和热特性，搭建了一套液氮冷却的低温放大器，开展了实验研究。测量了不同泵浦强度下的小信号增益以及低温和常温下的介质热致波前畸变。结果表明:低温条件下，可以用更少的泵浦能量得到高于常温的增益; 常温下泵浦电流200 A、脉冲宽度1200 s的小信号增益为1.59；低温下泵浦电流200 A、脉冲宽度400 s的小信号增益为1.82，光光效率显著提高。自发辐射放大（ASE）问题在低温下更加显著，采用短脉冲泵浦有利于降低ASE的影响。低温的热管理效果较常温有显著提高，可以在更高的平均功率下运行。
为了研究低温条件下Yb:YAG放大器的增益和热特性，搭建了一套液氮冷却的低温放大器，开展了实验研究。测量了不同泵浦强度下的小信号增益以及低温和常温下的介质热致波前畸变。结果表明:低温条件下，可以用更少的泵浦能量得到高于常温的增益; 常温下泵浦电流200 A、脉冲宽度1200 s的小信号增益为1.59；低温下泵浦电流200 A、脉冲宽度400 s的小信号增益为1.82，光光效率显著提高。自发辐射放大（ASE）问题在低温下更加显著，采用短脉冲泵浦有利于降低ASE的影响。低温的热管理效果较常温有显著提高，可以在更高的平均功率下运行。
2014, 26: 111008.
doi: 10.11884/HPLPB201426.111008
摘要:
讨论了不同In组分对InGaAsSb/GaSb量子阱能带结构，即带隙及带边不连续性(带阶)的影响。给出了较为精准的InGaAsSb禁带宽度与In组分的关系。分析了In组分对InGaAsSb/GaSb导带、价带带阶的作用。研究表明，随In组分的增加，InGaAsSb禁带宽度减小，应力加大，能带漂移增大，InGaAsSb/GaSb导带、价带的带阶减小。同时，利用上述研究结果合理地解释了InGaAsSb/GaSb自发发射谱的增益、发射峰位及半峰宽与In组分关系。研究In组分对InGaAsSb/GaSb量子阱能带结构及自发发射谱的影响，可以定性地解释已有的实验报道。
讨论了不同In组分对InGaAsSb/GaSb量子阱能带结构，即带隙及带边不连续性(带阶)的影响。给出了较为精准的InGaAsSb禁带宽度与In组分的关系。分析了In组分对InGaAsSb/GaSb导带、价带带阶的作用。研究表明，随In组分的增加，InGaAsSb禁带宽度减小，应力加大，能带漂移增大，InGaAsSb/GaSb导带、价带的带阶减小。同时，利用上述研究结果合理地解释了InGaAsSb/GaSb自发发射谱的增益、发射峰位及半峰宽与In组分关系。研究In组分对InGaAsSb/GaSb量子阱能带结构及自发发射谱的影响，可以定性地解释已有的实验报道。
2014, 26: 111009.
doi: 10.11884/HPLPB201426.111009
摘要:
为提高光谱伪装目标图像分类精度，提出了一种基于局部Gabor二进制模式（LGBP)的空间分类方法。LGBP作为一种多尺度算法，被用来提取高光谱图像的纹理特征。然后高光谱图像中的每一个像元可以用一个光谱特征向量及一个纹理特征向量表示。通过这种方法，增大类间距离。最后使用多核支持向量机结合光谱信息和空间纹理信息实现对高光谱伪装目标图像的分类。实验证明了该方法的有效性，分类总体精度和Kappa系数分别达到了95.6%和0.937。所提出的方法对于提高分类精度及鲁棒性具有重要意义。
为提高光谱伪装目标图像分类精度，提出了一种基于局部Gabor二进制模式（LGBP)的空间分类方法。LGBP作为一种多尺度算法，被用来提取高光谱图像的纹理特征。然后高光谱图像中的每一个像元可以用一个光谱特征向量及一个纹理特征向量表示。通过这种方法，增大类间距离。最后使用多核支持向量机结合光谱信息和空间纹理信息实现对高光谱伪装目标图像的分类。实验证明了该方法的有效性，分类总体精度和Kappa系数分别达到了95.6%和0.937。所提出的方法对于提高分类精度及鲁棒性具有重要意义。
2014, 26: 111010.
doi: 10.11884/HPLPB201426.111010
摘要:
从分子运动的角度，通过对不同分子沉降过程的量化计算，发现不同污染物沉降速率的差异，由此提出了一种包含污染物化学成分的有效洁净度的概念。有效洁净度从描述物质沉降过程的输运方程出发，通过计算不同理化性质的污染物分子沉降速率对不同污染物进行区分，并将该信息与原标准下的洁净度信息结合。使用美国国家标准与技术学会(NIST)数据库提供的数据代入有效洁净度理论，计算了几种主要污染物的有效洁净度数值，计算结果与法国LIL激光装置中有代表性的污染物的沉降速率及曝光后形成污染的程度进行了对比，与实验观测基本吻合。
从分子运动的角度，通过对不同分子沉降过程的量化计算，发现不同污染物沉降速率的差异，由此提出了一种包含污染物化学成分的有效洁净度的概念。有效洁净度从描述物质沉降过程的输运方程出发，通过计算不同理化性质的污染物分子沉降速率对不同污染物进行区分，并将该信息与原标准下的洁净度信息结合。使用美国国家标准与技术学会(NIST)数据库提供的数据代入有效洁净度理论，计算了几种主要污染物的有效洁净度数值，计算结果与法国LIL激光装置中有代表性的污染物的沉降速率及曝光后形成污染的程度进行了对比，与实验观测基本吻合。
2014, 26: 111011.
doi: 10.11884/HPLPB201426.111011
摘要:
使用红外透过差示光谱法，对低羟基石英基片上的有机物吸收峰进行了定量测量表征。从理论上研究了该方法的可行性和特点，并初步检验了该方法的灵敏度。利用这种手段采集了大量真空精密干冰清洗石英基片的数据，统计发现这些数据能够体现一定的规律性：干冰清洗有机物的效果与原始污染状况紧密联系，某一时刻污染物越多，清洗效率越高；无机物或大颗粒的混入会降低有机物清洗效率；表面形态也能够影响清洗效率。这些成果证明了该定量表征方法的正确性和实用性。实验过程和所得结论表明，将清洗初始状态控制在相对一致的状态下，是精密干冰清洗定量研究和工程化参数优化的一个重要因素。
使用红外透过差示光谱法，对低羟基石英基片上的有机物吸收峰进行了定量测量表征。从理论上研究了该方法的可行性和特点，并初步检验了该方法的灵敏度。利用这种手段采集了大量真空精密干冰清洗石英基片的数据，统计发现这些数据能够体现一定的规律性：干冰清洗有机物的效果与原始污染状况紧密联系，某一时刻污染物越多，清洗效率越高；无机物或大颗粒的混入会降低有机物清洗效率；表面形态也能够影响清洗效率。这些成果证明了该定量表征方法的正确性和实用性。实验过程和所得结论表明，将清洗初始状态控制在相对一致的状态下，是精密干冰清洗定量研究和工程化参数优化的一个重要因素。
2014, 26: 111012.
doi: 10.11884/HPLPB201426.111012
摘要:
实验研究了CW激光辐照铝合金薄板的热力响应过程，利用三维数字图像相关技术（3D-DIC）结合红外测温系统对整个过程的变形场和温度场实现了全场实时测量。分析了入射激光功率对变形场和温度场的影响，发现变形和温度均随入射激光功率线性增长。建立了三维有限元模型对实验过程进行模拟，模拟结果与实验结果吻合较好，验证了有限元模型的可靠性。3D-DIC结合红外测温系统可以很好地对激光破坏试验中的靶体变形场和温度场进行实时测量，是一种很有效的实验测量手段。
实验研究了CW激光辐照铝合金薄板的热力响应过程，利用三维数字图像相关技术（3D-DIC）结合红外测温系统对整个过程的变形场和温度场实现了全场实时测量。分析了入射激光功率对变形场和温度场的影响，发现变形和温度均随入射激光功率线性增长。建立了三维有限元模型对实验过程进行模拟，模拟结果与实验结果吻合较好，验证了有限元模型的可靠性。3D-DIC结合红外测温系统可以很好地对激光破坏试验中的靶体变形场和温度场进行实时测量，是一种很有效的实验测量手段。
2014, 26: 112001.
doi: 10.11884/HPLPB201426.112001
摘要:
利用一套罗斯滤片系统测量激光轰击固体金属Ti平面靶产生的X射线辐射通量，系统包括两个相同的X射线探测器及相应滤膜。罗斯滤片法的优点在于利用相邻核素对X射线相似的阻止率，可滤出一个窄的能带并去除高能部分的干扰，获得了Ti平面靶K壳层X光辐射产额。实验结果表明：硬X射线能段在4.5~4.9 keV之间的K壳特征辐射占优，连续谱所占份额较低（与晶体谱仪一致）；随着激光能量的增加，特征辐射增加；激光强度接近21015 W/cm2时，能量转换效率出现峰值。
利用一套罗斯滤片系统测量激光轰击固体金属Ti平面靶产生的X射线辐射通量，系统包括两个相同的X射线探测器及相应滤膜。罗斯滤片法的优点在于利用相邻核素对X射线相似的阻止率，可滤出一个窄的能带并去除高能部分的干扰，获得了Ti平面靶K壳层X光辐射产额。实验结果表明：硬X射线能段在4.5~4.9 keV之间的K壳特征辐射占优，连续谱所占份额较低（与晶体谱仪一致）；随着激光能量的增加，特征辐射增加；激光强度接近21015 W/cm2时，能量转换效率出现峰值。
2014, 26: 112002.
doi: 10.11884/HPLPB201426.112002
摘要:
通过电火花加工技术,采用含碳较高的煤油作为电介质,利用导电性能及加工性能较好的紫铜作电极材料,实现了SiO2/CH/Au复合黑腔侧表面方形诊断孔的精密加工。采用OLYMPUS STM6测量显微镜对诊断孔尺寸,结果表明：孔的尺寸加工精度可控制在10 m内,同一电极加工的诊断孔尺寸一致性可控制在5 m内。采用扫描电镜能谱分析SiO2/CH/Au加工导电层的成分,结果表明: 电火花加工过程中,由于电介质分解生成游离态的碳以及电极材料铜熔融后沉积在CH和SiO2层表面,形成辅助导电层。通过加工辅助导电层,产生的瞬时高温使SiO2和CH层熔融气化,从而实现对绝缘层的加工。
通过电火花加工技术,采用含碳较高的煤油作为电介质,利用导电性能及加工性能较好的紫铜作电极材料,实现了SiO2/CH/Au复合黑腔侧表面方形诊断孔的精密加工。采用OLYMPUS STM6测量显微镜对诊断孔尺寸,结果表明：孔的尺寸加工精度可控制在10 m内,同一电极加工的诊断孔尺寸一致性可控制在5 m内。采用扫描电镜能谱分析SiO2/CH/Au加工导电层的成分,结果表明: 电火花加工过程中,由于电介质分解生成游离态的碳以及电极材料铜熔融后沉积在CH和SiO2层表面,形成辅助导电层。通过加工辅助导电层,产生的瞬时高温使SiO2和CH层熔融气化,从而实现对绝缘层的加工。
2014, 26: 112003.
doi: 10.11884/HPLPB201426.112003
摘要:
以乙醇、正丁醇和聚乙烯醇为水相表面活性剂，采用悬滴法测定了氟苯-水溶液体系的界面张力，观测了氟苯-水溶液体系的界面。实验结果表明：氟苯和去离子水相互饱和，氟苯-水体系界面清晰，氟苯液滴的形态和大小不发生变化；体系中界面张力与溶液中表面活性剂浓度间的关系遵守Langmuir-Szyszkowski方程；Sternling和Scriven的界面稳定性判据适用于实验中的氟苯-水体系的界面稳定性判定。
以乙醇、正丁醇和聚乙烯醇为水相表面活性剂，采用悬滴法测定了氟苯-水溶液体系的界面张力，观测了氟苯-水溶液体系的界面。实验结果表明：氟苯和去离子水相互饱和，氟苯-水体系界面清晰，氟苯液滴的形态和大小不发生变化；体系中界面张力与溶液中表面活性剂浓度间的关系遵守Langmuir-Szyszkowski方程；Sternling和Scriven的界面稳定性判据适用于实验中的氟苯-水体系的界面稳定性判定。
2014, 26: 112004.
doi: 10.11884/HPLPB201426.112004
摘要:
采用电解腐蚀装置，研究铝芯轴在1 mol/L的氢氧化钠溶液中4~28 V电压条件下的电流随时间的变化，得到电压与稳定时刻电流的关系曲线。通过改变电解液温度(20~35 ℃)，对数据拟合后得到活化能。当电压高于28 V时，铝表面完全钝化，采用扫描电子显微镜得到未钝化样品和钝化样品的表面形貌，采用X射线衍射仪对未钝化样品和钝化样品进行分析表征，得出了钝化样品表面钝化层的主要成分为三羟铝石。从钝化产物的主要成分，推断出表面反应过程及钝化机理。
采用电解腐蚀装置，研究铝芯轴在1 mol/L的氢氧化钠溶液中4~28 V电压条件下的电流随时间的变化，得到电压与稳定时刻电流的关系曲线。通过改变电解液温度(20~35 ℃)，对数据拟合后得到活化能。当电压高于28 V时，铝表面完全钝化，采用扫描电子显微镜得到未钝化样品和钝化样品的表面形貌，采用X射线衍射仪对未钝化样品和钝化样品进行分析表征，得出了钝化样品表面钝化层的主要成分为三羟铝石。从钝化产物的主要成分，推断出表面反应过程及钝化机理。
2014, 26: 112006.
doi: 10.11884/HPLPB201426.112006
摘要:
分析了氘化锂与聚变DT等离子体的相互作用，采用蒙特卡罗方法计算了在密度500 g/cm3、燃料半径100 m条件下的作用参数。结果表明：热斑加热的电子需要最小能量为4.65 MeV，氘离子需要的最小能量为122.83 MeV， 沉积在热斑中的最大能量为34.43 MeV，锂离子最小能量为368.5 MeV；最小电流强度为1.15107 A。电子、氘离子、锂离子在等离子体中沉积时间分别为0.07，0.49，0.64 ps，均小于1 ps。采用氘化锂作为加热粒子源，克服了其他单离子加热热斑的方法遇到的一些困难，是一种较好的方法。
分析了氘化锂与聚变DT等离子体的相互作用，采用蒙特卡罗方法计算了在密度500 g/cm3、燃料半径100 m条件下的作用参数。结果表明：热斑加热的电子需要最小能量为4.65 MeV，氘离子需要的最小能量为122.83 MeV， 沉积在热斑中的最大能量为34.43 MeV，锂离子最小能量为368.5 MeV；最小电流强度为1.15107 A。电子、氘离子、锂离子在等离子体中沉积时间分别为0.07，0.49，0.64 ps，均小于1 ps。采用氘化锂作为加热粒子源，克服了其他单离子加热热斑的方法遇到的一些困难，是一种较好的方法。
2014, 26: 112007.
doi: 10.11884/HPLPB201426.112007
摘要:
利用滤波荧光（FF）法建立了5~88 keV能区硬X光能谱测量系统，对闪烁探测器的灵敏度进行了精密标定，不确定度好于10%。通过研究干扰产生的原因，改善系统屏蔽，有效地排除了干扰，提高了系统的信噪比；通过更换大电流的光电倍增管，改变准直光阑的尺寸和滤片的厚度，将测量系统的线性动态范围从4提高到104。在神光Ⅲ原型物理实验中定量给出Au平面靶硬X光谱，实现硬X光能谱的精密测量。
利用滤波荧光（FF）法建立了5~88 keV能区硬X光能谱测量系统，对闪烁探测器的灵敏度进行了精密标定，不确定度好于10%。通过研究干扰产生的原因，改善系统屏蔽，有效地排除了干扰，提高了系统的信噪比；通过更换大电流的光电倍增管，改变准直光阑的尺寸和滤片的厚度，将测量系统的线性动态范围从4提高到104。在神光Ⅲ原型物理实验中定量给出Au平面靶硬X光谱，实现硬X光能谱的精密测量。
2014, 26: 112008.
doi: 10.11884/HPLPB201426.112008
摘要:
研究了真空状态下保温60 min不同退火温度对镜面纯铁的表面粗糙度、表面形貌及晶粒取向的影响。结果表明：在纯铁的多晶型性转变温度点以下，面均方根粗糙度随退火温度的升高而缓慢增大；在多晶型性转变温度及以上发生突变，从面均方根粗糙度为4~5 nm的镜面突变到700 nm；用扫描电子显微镜(SEM)观察样品表面，发现在810 ℃出现再结晶细小晶粒。研究了原材料及860~960 ℃之间几个温度点的X射线衍射{200}晶面极图，结果发现：晶粒在860 ℃开始择优取向，随温度升高，取向越来越明显；再结晶对表面粗糙度的影响不大，晶粒的择优取向使得晶粒在不同方向的膨胀系数不同，以及多晶型性转变导致体积的变化使得晶粒之间挤压造成晶粒之间的凹凸不平和表面较深较粗的晶界，这是造成粗糙度突变的主要原因。
研究了真空状态下保温60 min不同退火温度对镜面纯铁的表面粗糙度、表面形貌及晶粒取向的影响。结果表明：在纯铁的多晶型性转变温度点以下，面均方根粗糙度随退火温度的升高而缓慢增大；在多晶型性转变温度及以上发生突变，从面均方根粗糙度为4~5 nm的镜面突变到700 nm；用扫描电子显微镜(SEM)观察样品表面，发现在810 ℃出现再结晶细小晶粒。研究了原材料及860~960 ℃之间几个温度点的X射线衍射{200}晶面极图，结果发现：晶粒在860 ℃开始择优取向，随温度升高，取向越来越明显；再结晶对表面粗糙度的影响不大，晶粒的择优取向使得晶粒在不同方向的膨胀系数不同，以及多晶型性转变导致体积的变化使得晶粒之间挤压造成晶粒之间的凹凸不平和表面较深较粗的晶界，这是造成粗糙度突变的主要原因。
2014, 26: 112005.
doi: 10.11884/HPLPB201426.112005
摘要:
采用高温X射线原位衍射和变温介电谱对SrTiO3基底上外延生长的BaTiO3（嵌埋Ni颗粒）薄膜进行了相变特性分析。从X射线衍射和介电谱的分析结果得出，BaTiO3的相变温度点转变为弥散的温度区间。在这个弥散的相变温度区间内，由于基底和薄膜之间的失配，以及嵌埋Ni颗粒的应力作用，薄膜的介电响应弥散剧烈，并偏离德拜弛豫。分析Cole-Cole图获知，BaTiO3薄膜在四方相转变为立方相的相变过程中同时存在几种极化机制，在高温状态下介电损耗随温度增大而增大。降温过程中，薄膜没有立即恢复四方相，可能是基底和Ni颗粒的共同作用影响了相变弛豫。
采用高温X射线原位衍射和变温介电谱对SrTiO3基底上外延生长的BaTiO3（嵌埋Ni颗粒）薄膜进行了相变特性分析。从X射线衍射和介电谱的分析结果得出，BaTiO3的相变温度点转变为弥散的温度区间。在这个弥散的相变温度区间内，由于基底和薄膜之间的失配，以及嵌埋Ni颗粒的应力作用，薄膜的介电响应弥散剧烈，并偏离德拜弛豫。分析Cole-Cole图获知，BaTiO3薄膜在四方相转变为立方相的相变过程中同时存在几种极化机制，在高温状态下介电损耗随温度增大而增大。降温过程中，薄膜没有立即恢复四方相，可能是基底和Ni颗粒的共同作用影响了相变弛豫。
2014, 26: 113001.
doi: 10.11884/HPLPB201426.113001
摘要:
W波段扩展互作用速调管电子光学系统由皮尔斯电子枪与均匀永磁聚焦系统组成，用于电子注的产生与传输。利用Vaughan迭代综合法及数值模拟优化设计了皮尔斯电子枪，并按照电子注传输特性要求研制了均匀永磁聚焦结构。根据电子光学系统的三维模拟，导流系数0.21 P，注电流大于0.5 A，注平均半径小于0.3 mm，射程大于11 mm。永磁聚焦磁场约0.33 T，传输距离大于50 mm，电子注通过率达到100%。电子枪与聚焦系统已加工完毕并通过测试，技术指标满足要求。
W波段扩展互作用速调管电子光学系统由皮尔斯电子枪与均匀永磁聚焦系统组成，用于电子注的产生与传输。利用Vaughan迭代综合法及数值模拟优化设计了皮尔斯电子枪，并按照电子注传输特性要求研制了均匀永磁聚焦结构。根据电子光学系统的三维模拟，导流系数0.21 P，注电流大于0.5 A，注平均半径小于0.3 mm，射程大于11 mm。永磁聚焦磁场约0.33 T，传输距离大于50 mm，电子注通过率达到100%。电子枪与聚焦系统已加工完毕并通过测试，技术指标满足要求。
2014, 26: 113002.
doi: 10.11884/HPLPB201426.113002
摘要:
利用粒子模拟软件和热分析软件，对W波段回旋行波管收集极区的电子轨迹和热分布进行了仿真计算。通过对收集极磁场参数的优化，调节了收集极区的电子分布，使得电子轰击区域从17.05 cm2增加到28.52 cm2，提高了67%，从而降低了单位面积的功率密度。通过对收集极内壁热分布的仿真分析，确定了1 kW/cm2的功率密度及1.12 L/s的冷却水流量，以确保收集极内壁温度低于材料熔点，不会产生物理损坏，使得收集极能够稳定工作，保证了管子的工作稳定性。通过热仿真计算验证了优化方案的可行性，并已应用于实际。
利用粒子模拟软件和热分析软件，对W波段回旋行波管收集极区的电子轨迹和热分布进行了仿真计算。通过对收集极磁场参数的优化，调节了收集极区的电子分布，使得电子轰击区域从17.05 cm2增加到28.52 cm2，提高了67%，从而降低了单位面积的功率密度。通过对收集极内壁热分布的仿真分析，确定了1 kW/cm2的功率密度及1.12 L/s的冷却水流量，以确保收集极内壁温度低于材料熔点，不会产生物理损坏，使得收集极能够稳定工作，保证了管子的工作稳定性。通过热仿真计算验证了优化方案的可行性，并已应用于实际。
2014, 26: 113003.
doi: 10.11884/HPLPB201426.113003
摘要:
为了解决目前3 mm回旋行波管所使用的蓝宝石输出窗因功率容量不足而发生破裂的问题。从抗热震性和功率容量两个方面出发，对常用的几种窗片材料进行了对比。在国内首次以微波等离子体化学气相沉积金刚石为窗片材料，利用数值计算及ANSYS软件仿真设计了用于3 mm回旋行波管的低反射，低吸收，宽带宽，高功率容量的输出窗。结果表明，所设计的输出窗适用于TE01模式输出，其S11参数小于-20 dB的带宽为6 GHz。同时，该输出窗具有良好的抗热震性，在自然对流散热条件下具有61 kW的功率容量。;
为了解决目前3 mm回旋行波管所使用的蓝宝石输出窗因功率容量不足而发生破裂的问题。从抗热震性和功率容量两个方面出发，对常用的几种窗片材料进行了对比。在国内首次以微波等离子体化学气相沉积金刚石为窗片材料，利用数值计算及ANSYS软件仿真设计了用于3 mm回旋行波管的低反射，低吸收，宽带宽，高功率容量的输出窗。结果表明，所设计的输出窗适用于TE01模式输出，其S11参数小于-20 dB的带宽为6 GHz。同时，该输出窗具有良好的抗热震性，在自然对流散热条件下具有61 kW的功率容量。;
2014, 26: 113004.
doi: 10.11884/HPLPB201426.113004
摘要:
为了补偿不同类型功放的非线性特性,设计应用于Ka波段的可调预失真器,该电路基于三支线定向耦合器、肖特基二极管、微带线和负载电阻,产生预失真信号。通过调节肖特基二极管的偏置电压、微带线电长度及负载电阻可以提供不同的幅度和相位组合以满足不同类型的功率放大器线性化要求。仿真及实测结果表明,该预失真器在29～31 GHz频段范围内,用于行波管(TWTAs)线性化时可提供约6.5 dB的增益扩展和46的相位扩张；用于固态功率放大器(SSPAs)线性化时可提供约11 dB的增益扩展和35的相位压缩。
为了补偿不同类型功放的非线性特性,设计应用于Ka波段的可调预失真器,该电路基于三支线定向耦合器、肖特基二极管、微带线和负载电阻,产生预失真信号。通过调节肖特基二极管的偏置电压、微带线电长度及负载电阻可以提供不同的幅度和相位组合以满足不同类型的功率放大器线性化要求。仿真及实测结果表明,该预失真器在29～31 GHz频段范围内,用于行波管(TWTAs)线性化时可提供约6.5 dB的增益扩展和46的相位扩张；用于固态功率放大器(SSPAs)线性化时可提供约11 dB的增益扩展和35的相位压缩。
2014, 26: 113005.
doi: 10.11884/HPLPB201426.113005
摘要:
在分析计算金属光子晶体的正三角形晶格TE模式的色散特性、全局带隙分布图的基础上，针对TE04模光子晶体谐振腔中仍有较多的模式竞争且金属柱半径较小的问题，结合模式分布特点图，通过优化和选择工作点的位置，将TE04中的竞争模从5种减少为2种，大幅度降低了TE04工作模式中的模式竞争，并且增加了晶格常数和金属柱半径，使之能够承受更大的热损耗，有利于提高腔体功率容量。仿真验证了数值计算的正确性并得出了完整的TE04场分布。
在分析计算金属光子晶体的正三角形晶格TE模式的色散特性、全局带隙分布图的基础上，针对TE04模光子晶体谐振腔中仍有较多的模式竞争且金属柱半径较小的问题，结合模式分布特点图，通过优化和选择工作点的位置，将TE04中的竞争模从5种减少为2种，大幅度降低了TE04工作模式中的模式竞争，并且增加了晶格常数和金属柱半径，使之能够承受更大的热损耗，有利于提高腔体功率容量。仿真验证了数值计算的正确性并得出了完整的TE04场分布。
2014, 26: 113006.
doi: 10.11884/HPLPB201426.113006
摘要:
传统分析介质板次级电子倍增问题的粒子追踪算法方法存在运算耗时长、运算量大等缺点，为此采用统计方法实现了倾斜强直流场下介质击穿过程中次级电子倍增效应的数值模拟，给出了击穿过程中电子数量，电子渡越时间等关键参数的时间图像，同时研究了倾斜角、介质表面光滑度和次级电子产生率对次级电子倍增效应的影响。研究结果表明：强直流场下的次级电子倍增效应存在倾斜角的区域，倾斜角太大或者太小，都可能不会发生次级电子倍增效应，如果倾斜角位于区域内，则饱和状态时电子数目随着倾斜角度的变大而变小；选取光滑系数和次级电子产生系数越小的介质材料，抑制次级电子倍增效应的效果越好。
传统分析介质板次级电子倍增问题的粒子追踪算法方法存在运算耗时长、运算量大等缺点，为此采用统计方法实现了倾斜强直流场下介质击穿过程中次级电子倍增效应的数值模拟，给出了击穿过程中电子数量，电子渡越时间等关键参数的时间图像，同时研究了倾斜角、介质表面光滑度和次级电子产生率对次级电子倍增效应的影响。研究结果表明：强直流场下的次级电子倍增效应存在倾斜角的区域，倾斜角太大或者太小，都可能不会发生次级电子倍增效应，如果倾斜角位于区域内，则饱和状态时电子数目随着倾斜角度的变大而变小；选取光滑系数和次级电子产生系数越小的介质材料，抑制次级电子倍增效应的效果越好。
2014, 26: 113007.
doi: 10.11884/HPLPB201426.113007
摘要:
柯西法目前仅适用于诊断不包含源与负载耦合的带通滤波器。为解决这一问题，提出了一种能够诊断包含源与负载耦合的带通、带阻谐振腔滤波器的方法。利用遗传算法优化获得源与负载耦合系数并移除滤波器输入/输出端口处传输线引起的S参数的相位加载效应；使用柯西法一步确定仿真S参数对应的特征多项式；从获得的源与负载耦合系数和特征多项式中，利用已有的技术诊断出N+2阶耦合矩阵。此方法可用于指导滤波器的调试，通过对比理想的耦合矩阵与提取的耦合矩阵之间的差异，可确定滤波器问题出自何处以及调试的方向，从而加快滤波器的设计与实现。
柯西法目前仅适用于诊断不包含源与负载耦合的带通滤波器。为解决这一问题，提出了一种能够诊断包含源与负载耦合的带通、带阻谐振腔滤波器的方法。利用遗传算法优化获得源与负载耦合系数并移除滤波器输入/输出端口处传输线引起的S参数的相位加载效应；使用柯西法一步确定仿真S参数对应的特征多项式；从获得的源与负载耦合系数和特征多项式中，利用已有的技术诊断出N+2阶耦合矩阵。此方法可用于指导滤波器的调试，通过对比理想的耦合矩阵与提取的耦合矩阵之间的差异，可确定滤波器问题出自何处以及调试的方向，从而加快滤波器的设计与实现。
2014, 26: 113008.
doi: 10.11884/HPLPB201426.113008
摘要:
设计了一种适用于带状电子束高功率微波源的宽通带收集极,在有效吸收束-波相互作用后的带状电子束的同时,保证了带状电子束高功率微波源的工作模式矩形波导TM11模式高效率地通过。研究结果表明：在13~27 GHz范围内,功率传输效率大于95%,这一宽通带特性使得该类型的收集极与带状电子束高功率微波源能够更好配合,显著提高了微波源的模拟优化和实验调试效率；TM11模式微波的传输效率对收集极厚度和长度等参数不敏感；该类型收集极结构具有良好的散热能力,在不加外部水冷装置的条件下,仅靠空气自然对流冷却和辐射冷却,可以承受电流3 kA、电压300 kV、脉冲宽度30 ns及重复频率50 Hz带状电子束的连续冲击。
设计了一种适用于带状电子束高功率微波源的宽通带收集极,在有效吸收束-波相互作用后的带状电子束的同时,保证了带状电子束高功率微波源的工作模式矩形波导TM11模式高效率地通过。研究结果表明：在13~27 GHz范围内,功率传输效率大于95%,这一宽通带特性使得该类型的收集极与带状电子束高功率微波源能够更好配合,显著提高了微波源的模拟优化和实验调试效率；TM11模式微波的传输效率对收集极厚度和长度等参数不敏感；该类型收集极结构具有良好的散热能力,在不加外部水冷装置的条件下,仅靠空气自然对流冷却和辐射冷却,可以承受电流3 kA、电压300 kV、脉冲宽度30 ns及重复频率50 Hz带状电子束的连续冲击。
2014, 26: 113009.
doi: 10.11884/HPLPB201426.113009
摘要:
基于叠层片式化结构对工作于S波段的低温共烧陶瓷(LTCC)铁氧体环行器进行设计和分析，模拟研究了器件制备中面临的关键问题对器件频率特性的影响。研究结果表明，采用微波铁氧体层与陶瓷介质层构成混合结构，匹配电路以三维方式进行布线和互联，器件可以获得优良的带内特性。在器件的三维电路布线中，当连接两节阻抗线的导体圆柱端口气隙高度达到20 m时，器件的传输特性和隔离特性急剧恶化。此外，研究还发现微波铁氧体层与陶瓷介质层出现分层时，形成的气隙高度不应大于20 m，否则将导致器件的传输特性和隔离特性显著降低。因此，在进行LTCC铁氧体环行器的制备时，导体圆柱与陶瓷介质层以及微波铁氧体层与陶瓷介质层的异质材料匹配共烧是保障器件优良性能的关键。
基于叠层片式化结构对工作于S波段的低温共烧陶瓷(LTCC)铁氧体环行器进行设计和分析，模拟研究了器件制备中面临的关键问题对器件频率特性的影响。研究结果表明，采用微波铁氧体层与陶瓷介质层构成混合结构，匹配电路以三维方式进行布线和互联，器件可以获得优良的带内特性。在器件的三维电路布线中，当连接两节阻抗线的导体圆柱端口气隙高度达到20 m时，器件的传输特性和隔离特性急剧恶化。此外，研究还发现微波铁氧体层与陶瓷介质层出现分层时，形成的气隙高度不应大于20 m，否则将导致器件的传输特性和隔离特性显著降低。因此，在进行LTCC铁氧体环行器的制备时，导体圆柱与陶瓷介质层以及微波铁氧体层与陶瓷介质层的异质材料匹配共烧是保障器件优良性能的关键。
2014, 26: 113101.
doi: 10.11884/HPLPB201426.113101
摘要:
太赫兹(THz)波作为微波和毫米波的延伸,它所提供的通信带宽和容量远大于毫米波。在随机介质中传播时,不但会发生时域和空域的形变,介质中的粒子还会对入射波发生散射,这些都会使得脉冲信号发生衰减。根据Mie理论与随机离散分布粒子的波传播与散射理论,计算了THz波信号入射下雾滴粒子的消光系数。结合雾滴粒子谱分布,得到了雾媒质的平均体系散射特性,采用蒙特卡罗法得到了平流雾对THz信号的多重散射特性,计算了THz波段信号对平流雾的透过率与反射率,分析了THz波段信号的前向、后向散射特性随散射角的分布。结果表明,低能见度大气环境中,雾对THz波产生的吸收和衰减不容忽视。相关研究结果对THz在大气传输、通信等方面的应用具有重要意义。
太赫兹(THz)波作为微波和毫米波的延伸,它所提供的通信带宽和容量远大于毫米波。在随机介质中传播时,不但会发生时域和空域的形变,介质中的粒子还会对入射波发生散射,这些都会使得脉冲信号发生衰减。根据Mie理论与随机离散分布粒子的波传播与散射理论,计算了THz波信号入射下雾滴粒子的消光系数。结合雾滴粒子谱分布,得到了雾媒质的平均体系散射特性,采用蒙特卡罗法得到了平流雾对THz信号的多重散射特性,计算了THz波段信号对平流雾的透过率与反射率,分析了THz波段信号的前向、后向散射特性随散射角的分布。结果表明,低能见度大气环境中,雾对THz波产生的吸收和衰减不容忽视。相关研究结果对THz在大气传输、通信等方面的应用具有重要意义。
2014, 26: 113201.
doi: 10.11884/HPLPB201426.113201
摘要:
针对雷达的抗欺骗干扰问题,利用欺骗干扰信号强于目标信号的特点,基于粒子滤波进行了抗欺骗干扰研究。当存在欺骗干扰时,粒子滤波中各粒子的重要性权值会明显减小,据此可以检测干扰,并对受到干扰的数据点进行置零处理,使得欺骗干扰不再与匹配滤波器匹配,从而达到抑制干扰的目的。设计的粒子滤波算法不需要估计系统状态转移函数、系统量测噪声,从而使得算法更具实用性。仿真结果表明,该算法能有效地抑制欺骗干扰,且对干信比不敏感。
针对雷达的抗欺骗干扰问题,利用欺骗干扰信号强于目标信号的特点,基于粒子滤波进行了抗欺骗干扰研究。当存在欺骗干扰时,粒子滤波中各粒子的重要性权值会明显减小,据此可以检测干扰,并对受到干扰的数据点进行置零处理,使得欺骗干扰不再与匹配滤波器匹配,从而达到抑制干扰的目的。设计的粒子滤波算法不需要估计系统状态转移函数、系统量测噪声,从而使得算法更具实用性。仿真结果表明,该算法能有效地抑制欺骗干扰,且对干信比不敏感。
2014, 26: 114001.
doi: 10.11884/HPLPB201426.114001
摘要:
研究了非均匀磁场中多质量射流的运动轨迹，推导出质量色散强度表达式。考虑到不同入射方式及羽流角度的情况下，应用MATLAB模拟射流的运动轨迹，计算出质量色散强度，并同均匀磁场中的质量色散强度大小相比较，以确定该种磁场中射流质量分离的效果。模拟结果表明:非均匀磁场中多质量射流的质量色散强度大于均匀磁场的情况，可实现等离子体射流的高效质量分离。
研究了非均匀磁场中多质量射流的运动轨迹，推导出质量色散强度表达式。考虑到不同入射方式及羽流角度的情况下，应用MATLAB模拟射流的运动轨迹，计算出质量色散强度，并同均匀磁场中的质量色散强度大小相比较，以确定该种磁场中射流质量分离的效果。模拟结果表明:非均匀磁场中多质量射流的质量色散强度大于均匀磁场的情况，可实现等离子体射流的高效质量分离。
2014, 26: 114002.
doi: 10.11884/HPLPB201426.114002
摘要:
推导了碰撞产生闪光的射流起爆模型，并利用建立的光纤瞬态高温计测量系统和二级轻气炮加载系统，进行了碰撞速度相近、弹丸入射角度分别为45和60（与靶板平面的夹角）时球状铝丸超高速碰撞天然白云石板产生闪光现象的实验测试。实验结果表明：当弹丸为LY12铝、靶板为20 mm厚的天然白云石板，碰撞速度分别为1.86 km/s和1.96 km/s时，弹丸入射角度为45时的闪光强度峰值大于弹丸入射角度为60时的闪光强度峰值。
推导了碰撞产生闪光的射流起爆模型，并利用建立的光纤瞬态高温计测量系统和二级轻气炮加载系统，进行了碰撞速度相近、弹丸入射角度分别为45和60（与靶板平面的夹角）时球状铝丸超高速碰撞天然白云石板产生闪光现象的实验测试。实验结果表明：当弹丸为LY12铝、靶板为20 mm厚的天然白云石板，碰撞速度分别为1.86 km/s和1.96 km/s时，弹丸入射角度为45时的闪光强度峰值大于弹丸入射角度为60时的闪光强度峰值。
2014, 26: 114003.
doi: 10.11884/HPLPB201426.114003
摘要:
针对中子能谱实验的数值模拟研究中涉及到的探测系统能量分辨问题,基于系统探测伽玛和中子的对应关系以及对伽玛射线的能量分辨率,介绍了一种简便实用的数值模拟方案,利用探测系统对中子、伽玛的光响应对应关系以及其对伽玛的能量分辨率,得到系统对中子的能量分辨率,再进一步把它应用到中子能谱的数值模拟中,并对数值计算结果与相关实验数据进行比较分析。结果表明,该方法可以很好地应用于中子能谱的数值模拟研究。
针对中子能谱实验的数值模拟研究中涉及到的探测系统能量分辨问题,基于系统探测伽玛和中子的对应关系以及对伽玛射线的能量分辨率,介绍了一种简便实用的数值模拟方案,利用探测系统对中子、伽玛的光响应对应关系以及其对伽玛的能量分辨率,得到系统对中子的能量分辨率,再进一步把它应用到中子能谱的数值模拟中,并对数值计算结果与相关实验数据进行比较分析。结果表明,该方法可以很好地应用于中子能谱的数值模拟研究。
2014, 26: 114004.
doi: 10.11884/HPLPB201426.114004
摘要:
对基于工业CT图像重构的网格模型进行网格简化时,大多数现有网格模型简化算法会丢失特征，出现网格质量不好的问题。因此提出一种网格模型保特征简化方法，该方法用三角形折叠法对原始模型进行简化，当简化后模型的平均二面角角度误差达到允许误差后，再使用边折叠法对模型进行简化。在三角形折叠法中提出了利用被折叠三角形的法向量、各个顶点的高斯曲率及其在周边三角形上的投影确定该三角形的折叠点，利用局部体积误差与二面角角度误差的无因次化和确定折叠代价的方法；在边折叠法中提出了将二面角角度误差引入到二次误差测度（QEM）法的折叠代价中的改进QEM法。实验结果表明：与其他算法相比，该方法能够生成保特征、高质量、低几何误差的网格模型。
对基于工业CT图像重构的网格模型进行网格简化时,大多数现有网格模型简化算法会丢失特征，出现网格质量不好的问题。因此提出一种网格模型保特征简化方法，该方法用三角形折叠法对原始模型进行简化，当简化后模型的平均二面角角度误差达到允许误差后，再使用边折叠法对模型进行简化。在三角形折叠法中提出了利用被折叠三角形的法向量、各个顶点的高斯曲率及其在周边三角形上的投影确定该三角形的折叠点，利用局部体积误差与二面角角度误差的无因次化和确定折叠代价的方法；在边折叠法中提出了将二面角角度误差引入到二次误差测度（QEM）法的折叠代价中的改进QEM法。实验结果表明：与其他算法相比，该方法能够生成保特征、高质量、低几何误差的网格模型。
2014, 26: 114005.
doi: 10.11884/HPLPB201426.114005
摘要:
为验证折射率调制的脉冲射线束探测技术，建立了原理验证系统。该系统基于平行平板干涉原理，测量传感介质的折射率在射线激发下的瞬时变化。传感介质为GaAs，探针光为1310 nm单模激光，外界激发射线源平均能量为300 keV，脉宽为20 ns。使用带宽775 kHz的近红外InGaAs光电探测器，观测到了GaAs晶体在脉冲射线激发下的折射率变化。初步理论分析表明，射线脉冲在GaAs中产生的非平衡载流子浓度为1014 cm-3量级，折射率变化为10-6量级。折射率变化的实验结果与理论计算在量级上是符合的。实验结果表明，基于折射率调制的脉冲射线束探测技术基本可行，利用该系统可进一步发展高时间分辨的脉冲射线束探测技术。
为验证折射率调制的脉冲射线束探测技术，建立了原理验证系统。该系统基于平行平板干涉原理，测量传感介质的折射率在射线激发下的瞬时变化。传感介质为GaAs，探针光为1310 nm单模激光，外界激发射线源平均能量为300 keV，脉宽为20 ns。使用带宽775 kHz的近红外InGaAs光电探测器，观测到了GaAs晶体在脉冲射线激发下的折射率变化。初步理论分析表明，射线脉冲在GaAs中产生的非平衡载流子浓度为1014 cm-3量级，折射率变化为10-6量级。折射率变化的实验结果与理论计算在量级上是符合的。实验结果表明，基于折射率调制的脉冲射线束探测技术基本可行，利用该系统可进一步发展高时间分辨的脉冲射线束探测技术。
2014, 26: 114006.
doi: 10.11884/HPLPB201426.114006
摘要:
在中性束离子源引出过程中,详细分析了引出束流的产生,这有利于得到更准确的引出功率和引出电极表面的热功率沉积情况。根据HL-2A装置中性束离子源引出电极的电连接方式和束流引出的物理过程,对离子源束流引出过程进行了分析,给出抑制极电流产生的主要来源。通过分析放电气压扫描实验中的结果发现：随着放电气压的增加,不同弧放电电流情况下抑制极电流均逐渐增加,且抑制极电流与引出电流的比值近似线性增加。针对引出离子束流经过引出电极的过程建立了物理模型。计算了抑制极电流与引出电流的比值与放电气压的依赖关系,计算结果与实验结果一致,验证了引出束流分析结果的合理性。
在中性束离子源引出过程中,详细分析了引出束流的产生,这有利于得到更准确的引出功率和引出电极表面的热功率沉积情况。根据HL-2A装置中性束离子源引出电极的电连接方式和束流引出的物理过程,对离子源束流引出过程进行了分析,给出抑制极电流产生的主要来源。通过分析放电气压扫描实验中的结果发现：随着放电气压的增加,不同弧放电电流情况下抑制极电流均逐渐增加,且抑制极电流与引出电流的比值近似线性增加。针对引出离子束流经过引出电极的过程建立了物理模型。计算了抑制极电流与引出电流的比值与放电气压的依赖关系,计算结果与实验结果一致,验证了引出束流分析结果的合理性。
2014, 26: 114007.
doi: 10.11884/HPLPB201426.114007
摘要:
借助理论分析和数值模拟,设计了基于高能电子束团的辐射成像系统,并通过Geant4和GPT软件对成像系统的相关参数进行了优化。模拟中分析了影响系统空间分辨率及物质厚度分辨率的因素,结果显示,模拟中设计的成像系统空间分辨率达到m量级,并且具有一定的厚度分辨能力。该设计指标满足对一定厚度及结构的样品进行成像的要求。
借助理论分析和数值模拟,设计了基于高能电子束团的辐射成像系统,并通过Geant4和GPT软件对成像系统的相关参数进行了优化。模拟中分析了影响系统空间分辨率及物质厚度分辨率的因素,结果显示,模拟中设计的成像系统空间分辨率达到m量级,并且具有一定的厚度分辨能力。该设计指标满足对一定厚度及结构的样品进行成像的要求。
2014, 26: 114101.
doi: 10.11884/HPLPB201426.114101
摘要:
利用Nd:YAG纳秒脉冲激光(波长532 nm)在空气中对单晶硅表面进行单脉冲辐照，研究了激光能量密度和光斑面积变化对微结构的影响。通过场发射扫描电子显微镜和原子力显微镜(AFM)对样品表征，并对纳秒激光辐照硅的热力学过程进行分析。结果显示：当脉冲激光的能量密度接近硅的熔融阈值且光斑直径小于8 m时，形成尖峰微结构；随着能量密度或光斑面积增大，尖峰结构消失，形成边缘隆起和弹坑微结构。通过流体动力学模型得到微结构形貌的解析解，模拟得到的微结构形貌与实验测得的AFM数据一致。研究表明微结构的形成主要是由于表面张力引起的熔融硅流动。表面张力与表面温度和表面活性剂的质量浓度有关。温度梯度引起的热毛细流作用和表面活性剂浓度引起的毛细作用共同影响下形成尖峰、边缘隆起和弹坑微结构。
利用Nd:YAG纳秒脉冲激光(波长532 nm)在空气中对单晶硅表面进行单脉冲辐照，研究了激光能量密度和光斑面积变化对微结构的影响。通过场发射扫描电子显微镜和原子力显微镜(AFM)对样品表征，并对纳秒激光辐照硅的热力学过程进行分析。结果显示：当脉冲激光的能量密度接近硅的熔融阈值且光斑直径小于8 m时，形成尖峰微结构；随着能量密度或光斑面积增大，尖峰结构消失，形成边缘隆起和弹坑微结构。通过流体动力学模型得到微结构形貌的解析解，模拟得到的微结构形貌与实验测得的AFM数据一致。研究表明微结构的形成主要是由于表面张力引起的熔融硅流动。表面张力与表面温度和表面活性剂的质量浓度有关。温度梯度引起的热毛细流作用和表面活性剂浓度引起的毛细作用共同影响下形成尖峰、边缘隆起和弹坑微结构。
2014, 26: 114102.
doi: 10.11884/HPLPB201426.114102
摘要:
以葡萄糖为还原剂，天然石墨片为原料，采用Hummer法制备了石墨烯粉末（Graphene）；并以该产物、KMnO4和HCl为原料，采用水热法制备了MnO2/Graphene复合材料。用扫描电子显微镜和X射线衍射对所制备的复合材料进行了表征，结果表明，水热法制备的MnO2材料为纯的-MnO2相，且石墨烯粉末的加入并没有影响MnO2的晶体结构。在1 mol/L Na2SO4电解液中进行了循环伏安和计时电位扫描测试，电极材料电化学性能稳定，具有较好的可逆性，在1.27 mA/cm2电流密度下进行充放电测试时，电极比电容为147.9 F/g；再循环1000次后，电极仍能保持稳定的电容，是一种理想的电化学电极材料。
以葡萄糖为还原剂，天然石墨片为原料，采用Hummer法制备了石墨烯粉末（Graphene）；并以该产物、KMnO4和HCl为原料，采用水热法制备了MnO2/Graphene复合材料。用扫描电子显微镜和X射线衍射对所制备的复合材料进行了表征，结果表明，水热法制备的MnO2材料为纯的-MnO2相，且石墨烯粉末的加入并没有影响MnO2的晶体结构。在1 mol/L Na2SO4电解液中进行了循环伏安和计时电位扫描测试，电极材料电化学性能稳定，具有较好的可逆性，在1.27 mA/cm2电流密度下进行充放电测试时，电极比电容为147.9 F/g；再循环1000次后，电极仍能保持稳定的电容，是一种理想的电化学电极材料。
2014, 26: 114103.
doi: 10.11884/HPLPB201426.114103
摘要:
为获得激光装置密闭空间内部气溶胶分布变化情况，提出了一种基于微纳光纤传感的密闭空间气溶胶检测方法。首先通过理论计算微纳光纤表面吸附气溶胶后传输能量的变化情况，得到能量损耗与气溶胶折射率、尺度之间的关系。利用火焰熔融扫描拉锥法拉制微纳光纤，并放置在激光装置中实验验证。实验结果表明：利用直径为1.5 m的微纳光纤可以有效检测密闭空间内直径为1 m和2 m尺度的颗粒污染物，并可以通过微纳光纤的附加损耗评估颗粒污染物的数量及尺寸，得到附加损耗与空间环境洁净度之间的关系，且理论与实验结果符合较好。
为获得激光装置密闭空间内部气溶胶分布变化情况，提出了一种基于微纳光纤传感的密闭空间气溶胶检测方法。首先通过理论计算微纳光纤表面吸附气溶胶后传输能量的变化情况，得到能量损耗与气溶胶折射率、尺度之间的关系。利用火焰熔融扫描拉锥法拉制微纳光纤，并放置在激光装置中实验验证。实验结果表明：利用直径为1.5 m的微纳光纤可以有效检测密闭空间内直径为1 m和2 m尺度的颗粒污染物，并可以通过微纳光纤的附加损耗评估颗粒污染物的数量及尺寸，得到附加损耗与空间环境洁净度之间的关系，且理论与实验结果符合较好。
2014, 26: 115001.
doi: 10.11884/HPLPB201426.115001
摘要:
建立了包括脉冲电源模块和电磁轨道炮的全电路模型，实现了从电源放电至电磁轨道炮发射过程的全电路模拟。根据电源放电与洛伦兹力加速的耦合方程组，在电路模型内将电源的基本单元封装成子电路模块、弹丸受力运动模型转化为电路解耦模块，建立了针对24个基本单元组成的电源网络驱动串联型双轨增强电磁轨道炮的电路模型。将模拟结果与实验结果进行对比，电流模拟结果偏差2.6%，电枢出膛速度模拟结果偏差9.8%，模拟与实验结果基本一致，验证了模型方程和模拟方法的可靠性和合理性。
建立了包括脉冲电源模块和电磁轨道炮的全电路模型，实现了从电源放电至电磁轨道炮发射过程的全电路模拟。根据电源放电与洛伦兹力加速的耦合方程组，在电路模型内将电源的基本单元封装成子电路模块、弹丸受力运动模型转化为电路解耦模块，建立了针对24个基本单元组成的电源网络驱动串联型双轨增强电磁轨道炮的电路模型。将模拟结果与实验结果进行对比，电流模拟结果偏差2.6%，电枢出膛速度模拟结果偏差9.8%，模拟与实验结果基本一致，验证了模型方程和模拟方法的可靠性和合理性。
2014, 26: 115002.
doi: 10.11884/HPLPB201426.115002
摘要:
基于固体导热原理和多物理场耦合理论，推导出电枢表面瞬态磨损量计算方程，同时提出接触电阻和瞬态接触力的计算方法。在此基础上，总结并提出电枢瞬态磨损量的计算方法，并利用此方法分析了磨损量随着接触长度、宽度的变化规律：枢轨接触面的磨损主要分布在前端边缘以及两侧边缘，沿着接触长度方向，磨损量越来越小，沿着接触宽度方向，磨损量先减小后增大，中间部分磨损较小。电枢表面磨损率计算结果与美国德克萨斯大学高技术研究所的实验结果吻合较好，为建立电枢磨损量与转捩之间的关系奠定理论基础。
基于固体导热原理和多物理场耦合理论，推导出电枢表面瞬态磨损量计算方程，同时提出接触电阻和瞬态接触力的计算方法。在此基础上，总结并提出电枢瞬态磨损量的计算方法，并利用此方法分析了磨损量随着接触长度、宽度的变化规律：枢轨接触面的磨损主要分布在前端边缘以及两侧边缘，沿着接触长度方向，磨损量越来越小，沿着接触宽度方向，磨损量先减小后增大，中间部分磨损较小。电枢表面磨损率计算结果与美国德克萨斯大学高技术研究所的实验结果吻合较好，为建立电枢磨损量与转捩之间的关系奠定理论基础。
2014, 26: 115003.
doi: 10.11884/HPLPB201426.115003
摘要:
C型电枢通过尾翼弹性变形为电磁发射提供枢轨壁面初始接触力，初始接触状态对电磁轨道发射全过程的滑动界面状态起决定作用，影响系统效率和轨道寿命。通过建立接触模型进行模拟计算和设计多组对比试验，研究了C型电枢作用下初始接触状态。考虑材料的安全变形控制范围，在电枢头部尺寸的微小变动和尾翼的不同设计尺寸下，分析了接触压强、接触区域（面积）、接触力的变化规律。提出了控制接触状态的关键参量压入比，接触区域随压入比的增大从电枢尾部向头部移动，最大接触面积约占总接触表面的50%。讨论了良好电接触要求下最佳接触状态及其工程实现方法。
C型电枢通过尾翼弹性变形为电磁发射提供枢轨壁面初始接触力，初始接触状态对电磁轨道发射全过程的滑动界面状态起决定作用，影响系统效率和轨道寿命。通过建立接触模型进行模拟计算和设计多组对比试验，研究了C型电枢作用下初始接触状态。考虑材料的安全变形控制范围，在电枢头部尺寸的微小变动和尾翼的不同设计尺寸下，分析了接触压强、接触区域（面积）、接触力的变化规律。提出了控制接触状态的关键参量压入比，接触区域随压入比的增大从电枢尾部向头部移动，最大接触面积约占总接触表面的50%。讨论了良好电接触要求下最佳接触状态及其工程实现方法。
2014, 26: 115004.
doi: 10.11884/HPLPB201426.115004
摘要:
分析了炮射电磁脉冲弹的工作原理，分两阶段描述了实际弹道上引战配合过程：阶段1建立了电磁脉冲弹杀伤区域模型，分析了最佳起爆点应满足条件，引入毁伤参量并通过毁伤率表征了该阶段的配合效率；阶段2建立了最佳起爆时序模型，分析了延时误差的产生原因，介绍了采用小偏差法计算误差散布的方法，通过种子电流与最大值接近程度表征了该阶段的配合效率。结合两阶段分析，最后得出炮射电磁脉冲弹引战配合效率的计算模型及提高配合效率的技术途径。
分析了炮射电磁脉冲弹的工作原理，分两阶段描述了实际弹道上引战配合过程：阶段1建立了电磁脉冲弹杀伤区域模型，分析了最佳起爆点应满足条件，引入毁伤参量并通过毁伤率表征了该阶段的配合效率；阶段2建立了最佳起爆时序模型，分析了延时误差的产生原因，介绍了采用小偏差法计算误差散布的方法，通过种子电流与最大值接近程度表征了该阶段的配合效率。结合两阶段分析，最后得出炮射电磁脉冲弹引战配合效率的计算模型及提高配合效率的技术途径。
2014, 26: 115005.
doi: 10.11884/HPLPB201426.115005
摘要:
为快速估算出垂直极化平行板有界波电磁脉冲(EMP)模拟器的时域近场，将散射传递函数法应用于该类型模拟器近场的时域计算中，即对于给定的脉冲源，先寻找有效频谱范围能覆盖该源的高斯脉冲源，并应用时域有限差分(FDTD)方法计算该高斯脉冲源激励时模拟器中测试点场的时域响应，再利用傅里叶变换、系统的传递函数及傅里叶逆变换计算得到给定脉冲源激励时各测试点场的瞬态响应。所得计算结果与直接使用给定脉冲源激励时FDTD方法的计算结果符合较好。所述方法可用于同一模拟器在不同脉冲源激励时辐射近场的快速估算，能大大减少FDTD模拟计算的次数，尤其对于中大型模拟器能有效减少计算时间和内存。
为快速估算出垂直极化平行板有界波电磁脉冲(EMP)模拟器的时域近场，将散射传递函数法应用于该类型模拟器近场的时域计算中，即对于给定的脉冲源，先寻找有效频谱范围能覆盖该源的高斯脉冲源，并应用时域有限差分(FDTD)方法计算该高斯脉冲源激励时模拟器中测试点场的时域响应，再利用傅里叶变换、系统的传递函数及傅里叶逆变换计算得到给定脉冲源激励时各测试点场的瞬态响应。所得计算结果与直接使用给定脉冲源激励时FDTD方法的计算结果符合较好。所述方法可用于同一模拟器在不同脉冲源激励时辐射近场的快速估算，能大大减少FDTD模拟计算的次数，尤其对于中大型模拟器能有效减少计算时间和内存。
2014, 26: 115006.
doi: 10.11884/HPLPB201426.115006
摘要:
阐述了非线性铁氧体传输线的工作机理，并给出了等阻抗的设计方法。针对已有重复频率脉冲功率源输出脉冲特点，设计了工作重复频率可达10 kHz的铁氧体传输线，并可实现将前沿ns级的高压脉冲陡化至几百ps。采用多种NiZn铁氧体磁芯开展陡化实验，研究了磁芯参数、铁氧体传输线长度及外加励磁场等因素对陡化效果的影响，得出采用高饱和磁化强度的磁芯可以获得更快的脉冲前沿；采用小磁芯可以加快输出脉冲前沿，但需要的铁氧体长度更长；外加轴向励磁对陡化前沿也具有促进作用，但励磁场并非越大越好，而是存在一个最佳范围。目前，根据实验结果优化后，经铁氧体传输线可将脉冲前沿从4 ns陡化至450 ps，且输出脉冲电压峰值39 kV，基本实现了高重复频率、高功率及快脉冲输出。
阐述了非线性铁氧体传输线的工作机理，并给出了等阻抗的设计方法。针对已有重复频率脉冲功率源输出脉冲特点，设计了工作重复频率可达10 kHz的铁氧体传输线，并可实现将前沿ns级的高压脉冲陡化至几百ps。采用多种NiZn铁氧体磁芯开展陡化实验，研究了磁芯参数、铁氧体传输线长度及外加励磁场等因素对陡化效果的影响，得出采用高饱和磁化强度的磁芯可以获得更快的脉冲前沿；采用小磁芯可以加快输出脉冲前沿，但需要的铁氧体长度更长；外加轴向励磁对陡化前沿也具有促进作用，但励磁场并非越大越好，而是存在一个最佳范围。目前，根据实验结果优化后，经铁氧体传输线可将脉冲前沿从4 ns陡化至450 ps，且输出脉冲电压峰值39 kV，基本实现了高重复频率、高功率及快脉冲输出。
2014, 26: 115007.
doi: 10.11884/HPLPB201426.115007
摘要:
提出了具有螺旋内筒和外筒的同轴Blumlein线的结构。采用横电磁波传输理论分析脉冲形成过程，该结构具有传统Blumlein线内外线独立传输的典型特征，给出了特征阻抗、慢波系数等参数的表达式；原理实验输出脉冲顶部平坦，顶宽占半宽的80%，输出辐值和半脉宽与理论计算基本一致，验证了该结构产生长脉冲的可行性；指出了该结构容易受周围环境导体的影响，外部环境导体距离越远对脉冲输出的影响越小，在螺旋外筒底部与接地导体平板之间填充铁氧体磁芯，可把两者距离从500 mm缩减至100 mm。
提出了具有螺旋内筒和外筒的同轴Blumlein线的结构。采用横电磁波传输理论分析脉冲形成过程，该结构具有传统Blumlein线内外线独立传输的典型特征，给出了特征阻抗、慢波系数等参数的表达式；原理实验输出脉冲顶部平坦，顶宽占半宽的80%，输出辐值和半脉宽与理论计算基本一致，验证了该结构产生长脉冲的可行性；指出了该结构容易受周围环境导体的影响，外部环境导体距离越远对脉冲输出的影响越小，在螺旋外筒底部与接地导体平板之间填充铁氧体磁芯，可把两者距离从500 mm缩减至100 mm。
2014, 26: 115008.
doi: 10.11884/HPLPB201426.115008
摘要:
发射速度和能量转换效率是同步感应线圈型电磁发射装置（SICEML）最重要的两项指标。驱动线圈和电枢的结构参数、驱动线圈匝数以及电枢初始触发位置都会对这两项指标产生影响。以上述参数为变量，以发射速度和能量转换效率之积为目标函数，引入遗传算法对单级SICEML参数进行了优化设计，并利用有限元软件进行了仿真验证。结果表明：在储能与发射装置总体体积不变的前提下，优化后的系统效率由5.38%提高到13.6%，出口速度由38 m/s提高到61 m/s，系统性能得到明显改善。利用单级SICEML样机进行了堵驻试验，结果与仿真结果吻合较好，验证了本文提出的遗传算法的可行性。
发射速度和能量转换效率是同步感应线圈型电磁发射装置（SICEML）最重要的两项指标。驱动线圈和电枢的结构参数、驱动线圈匝数以及电枢初始触发位置都会对这两项指标产生影响。以上述参数为变量，以发射速度和能量转换效率之积为目标函数，引入遗传算法对单级SICEML参数进行了优化设计，并利用有限元软件进行了仿真验证。结果表明：在储能与发射装置总体体积不变的前提下，优化后的系统效率由5.38%提高到13.6%，出口速度由38 m/s提高到61 m/s，系统性能得到明显改善。利用单级SICEML样机进行了堵驻试验，结果与仿真结果吻合较好，验证了本文提出的遗传算法的可行性。
2014, 26: 115009.
doi: 10.11884/HPLPB201426.115009
摘要:
在杆箍缩二极管工作前预先填充一定密度的等离子体，可以改善二极管特性，从而提高二极管出射X射线的剂量率。建立了预充等离子体的杆箍缩二极管的粒子模拟模型，通过收集轰击到阳极上的电子，诊断其轴向分布，可以给出不同时刻的束流箍缩特性。利用剑光一号加速器低阻抗状态(1 MV/9 /40 ns)开展了预充等离子体的杆箍缩二极管实验研究。预充适当密度的等离子体后，二极管阻抗降低到10 ，X射线辐射剂量从0.76 mGy提高到3.19 mGy，侧向焦斑从9 mm降到4 mm。模拟结果和实验基本符合。
在杆箍缩二极管工作前预先填充一定密度的等离子体，可以改善二极管特性，从而提高二极管出射X射线的剂量率。建立了预充等离子体的杆箍缩二极管的粒子模拟模型，通过收集轰击到阳极上的电子，诊断其轴向分布，可以给出不同时刻的束流箍缩特性。利用剑光一号加速器低阻抗状态(1 MV/9 /40 ns)开展了预充等离子体的杆箍缩二极管实验研究。预充适当密度的等离子体后，二极管阻抗降低到10 ，X射线辐射剂量从0.76 mGy提高到3.19 mGy，侧向焦斑从9 mm降到4 mm。模拟结果和实验基本符合。
2014, 26: 115101.
doi: 10.11884/HPLPB201426.115101
摘要:
乌克兰哈尔科夫物理技术研究所（KIPT）在建的100 MeV电子直线加速器，束流功率高达100 kW，给拦截式条带靶束流截面探测器的电极选材带来巨大的困难。通过ANSYS有限元分析程序对探头与束流的相互作用进行模拟，得到了探头材料在1.2 kW束流功率条件下的真空温升和受力、变形结果；通过初步的束流实验，观测了T300碳纤维束在束流作用下的信号情况，最终锁定用T300碳纤维束作为电极材料。这是国际上首次采用碳纤维束作为靶面电极。
乌克兰哈尔科夫物理技术研究所（KIPT）在建的100 MeV电子直线加速器，束流功率高达100 kW，给拦截式条带靶束流截面探测器的电极选材带来巨大的困难。通过ANSYS有限元分析程序对探头与束流的相互作用进行模拟，得到了探头材料在1.2 kW束流功率条件下的真空温升和受力、变形结果；通过初步的束流实验，观测了T300碳纤维束在束流作用下的信号情况，最终锁定用T300碳纤维束作为电极材料。这是国际上首次采用碳纤维束作为靶面电极。
2014, 26: 115102.
doi: 10.11884/HPLPB201426.115102
摘要:
为了准确测量加速器氘离子的束流截面分布，开展了光学成像系统的设计研究。根据截面分布测量的要求，设计了光学成像系统的指标参数。采用光学设计软件ZEMAX进行了光学成像系统的设计，并通过标准白光光源和线对率板对成像效果进行检验。设计和检验的结果表明，该光学成像系统的总体成像质量较好，畸变小于0.05%，在光学分辨率为30 lp/mm的条件下，中心和边缘视场的调制传递函数（MTF）值均大于0.7。将完成设计加工的光学成像系统应用于氘离子束流截面分布测量实验，实验结果初步表明，基于荧光屏的光学方法测量束流截面分布是可行的。
为了准确测量加速器氘离子的束流截面分布，开展了光学成像系统的设计研究。根据截面分布测量的要求，设计了光学成像系统的指标参数。采用光学设计软件ZEMAX进行了光学成像系统的设计，并通过标准白光光源和线对率板对成像效果进行检验。设计和检验的结果表明，该光学成像系统的总体成像质量较好，畸变小于0.05%，在光学分辨率为30 lp/mm的条件下，中心和边缘视场的调制传递函数（MTF）值均大于0.7。将完成设计加工的光学成像系统应用于氘离子束流截面分布测量实验，实验结果初步表明，基于荧光屏的光学方法测量束流截面分布是可行的。
2014, 26: 115103.
doi: 10.11884/HPLPB201426.115103
摘要:
针对在重离子同步加速器运行过程中，如何解决设备控制器与上层数据处理程序之间的高速数据交换的问题，自主研发了基于Compact PCI总线板卡，板载FPGA，DSP，SDRAM等资源，并设计了DMA完整控制逻辑，传输协议解译全部由硬件完成（FPGA）。多个软硬件模块共同实现了该实时高速数据交换系统。该系统经实测，结构完整自洽，数据传输带宽符合重离子同步加速器运行要求，实现了数据传输的实时性。重点描述该系统数据通路上的诸多技术环节，包括硬件和软件的功能划分、FPGA、DSP、驱动程序、上层应用等各环节的技术细节。该实时数据交换系统系原创性设计，系统解决了控制与数据采集系统的设备控制层与上层数据处理层之间的实时数据交换问题。
针对在重离子同步加速器运行过程中，如何解决设备控制器与上层数据处理程序之间的高速数据交换的问题，自主研发了基于Compact PCI总线板卡，板载FPGA，DSP，SDRAM等资源，并设计了DMA完整控制逻辑，传输协议解译全部由硬件完成（FPGA）。多个软硬件模块共同实现了该实时高速数据交换系统。该系统经实测，结构完整自洽，数据传输带宽符合重离子同步加速器运行要求，实现了数据传输的实时性。重点描述该系统数据通路上的诸多技术环节，包括硬件和软件的功能划分、FPGA、DSP、驱动程序、上层应用等各环节的技术细节。该实时数据交换系统系原创性设计，系统解决了控制与数据采集系统的设备控制层与上层数据处理层之间的实时数据交换问题。
2014, 26: 119001.
doi: 10.11884/HPLPB201426.119001
摘要:
利用Nd:YAG脉冲激光器作为光源，在实验室自然大气环境下诱导产生国家标准土壤的激光等离子体，选取砷的228.8 nm特征谱线作为分析线，测量并分析了砷元素的激光诱导击穿光谱特性。在相同含量和积分时间条件下，调节延迟时间，获取了砷元素的时间演化特性。确定砷元素的最佳延迟时间为1 s，积分时间为2 s。测定不同含量下，砷的特征谱线强度，给出砷元素的定标曲线，并计算得到砷元素的检测限为45 mg/kg。
利用Nd:YAG脉冲激光器作为光源，在实验室自然大气环境下诱导产生国家标准土壤的激光等离子体，选取砷的228.8 nm特征谱线作为分析线，测量并分析了砷元素的激光诱导击穿光谱特性。在相同含量和积分时间条件下，调节延迟时间，获取了砷元素的时间演化特性。确定砷元素的最佳延迟时间为1 s，积分时间为2 s。测定不同含量下，砷的特征谱线强度，给出砷元素的定标曲线，并计算得到砷元素的检测限为45 mg/kg。
2014, 26: 119002.
doi: 10.11884/HPLPB201426.119002
摘要:
在综合考虑热源模型、对流辐射换热、相变潜热、材料非线性因素对激光沉积修复温度场影响前提下，建立了激光沉积修复的数学模型，采用有限元参数化设计语言（APDL）对多道多层激光沉积修复温度场进行了数值模拟。研究了激光沉积修复瞬时温度场及其中心高度上节点温度随时间变化情况，分析了修复件中心高度上温度梯度分布情况。搭建了激光沉积修复温度测量系统，对修复时表面温度进行了测量，并与模拟温度进行了比较，两者吻合较好。为控制激光沉积修复组织、提高修复质量提供有效手段。
在综合考虑热源模型、对流辐射换热、相变潜热、材料非线性因素对激光沉积修复温度场影响前提下，建立了激光沉积修复的数学模型，采用有限元参数化设计语言（APDL）对多道多层激光沉积修复温度场进行了数值模拟。研究了激光沉积修复瞬时温度场及其中心高度上节点温度随时间变化情况，分析了修复件中心高度上温度梯度分布情况。搭建了激光沉积修复温度测量系统，对修复时表面温度进行了测量，并与模拟温度进行了比较，两者吻合较好。为控制激光沉积修复组织、提高修复质量提供有效手段。
2014, 26: 119003.
doi: 10.11884/HPLPB201426.119003
摘要:
利用ABAQUS有限元软件进行了单个圆形高斯光斑的激光冲击强化数值模拟,分析材料表面光斑中心区域形成的残余应力洞现象,并通过分析材料的动态力学响应特征揭示了残余应力洞的形成机制。结果表明：在冲击波加载时,光斑边界处会产生很强的剪切应力,形成向四周传播的表面稀疏波和向材料内部传播的剪切波。当稀疏波同时传播到光斑中心,发生相遇、汇聚,使材料产生急剧的上下位移过程,造成冲击波加载塑性变形后的二次塑性变形。二次塑性变形中形成了较大的剪切塑性应变,并降低了冲击波加载阶段产生的轴向和径向塑性应变,使残余压应力降低,从而形成残余应力洞。
利用ABAQUS有限元软件进行了单个圆形高斯光斑的激光冲击强化数值模拟,分析材料表面光斑中心区域形成的残余应力洞现象,并通过分析材料的动态力学响应特征揭示了残余应力洞的形成机制。结果表明：在冲击波加载时,光斑边界处会产生很强的剪切应力,形成向四周传播的表面稀疏波和向材料内部传播的剪切波。当稀疏波同时传播到光斑中心,发生相遇、汇聚,使材料产生急剧的上下位移过程,造成冲击波加载塑性变形后的二次塑性变形。二次塑性变形中形成了较大的剪切塑性应变,并降低了冲击波加载阶段产生的轴向和径向塑性应变,使残余压应力降低,从而形成残余应力洞。
