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RSS2016年 28卷 第08期
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2016, 28: 080101.
doi: 10.11884/HPLPB201628.160111
摘要:
基于新建成的神光Ⅲ主机装置开展了首次激光间接驱动内爆集成实验。国内首次采用多环脉冲整形激光注入黑腔产生X光辐射驱动内爆，通过优化激光打靶参数控制驱动不对称性，演示了以惯性压缩为主、收缩比约15倍的DT靶丸内爆实验能力， 实现了准一维的高静产额(YOC)和高中子产额的物理指标；其中，真空黑腔DT靶丸最高中子产额为1.91012，YOC达到60%；充气黑腔DT靶丸最高中子产额为2.41012，YOC大约70%。该实验为未来开展多台阶整形辐射驱动、更高倍数收缩比的高压缩内爆综合实验、验证点火靶物理设计和关键调控措施有效性奠定了基础。
基于新建成的神光Ⅲ主机装置开展了首次激光间接驱动内爆集成实验。国内首次采用多环脉冲整形激光注入黑腔产生X光辐射驱动内爆，通过优化激光打靶参数控制驱动不对称性，演示了以惯性压缩为主、收缩比约15倍的DT靶丸内爆实验能力， 实现了准一维的高静产额(YOC)和高中子产额的物理指标；其中，真空黑腔DT靶丸最高中子产额为1.91012，YOC达到60%；充气黑腔DT靶丸最高中子产额为2.41012，YOC大约70%。该实验为未来开展多台阶整形辐射驱动、更高倍数收缩比的高压缩内爆综合实验、验证点火靶物理设计和关键调控措施有效性奠定了基础。
2016, 28: 081001.
doi: 10.11884/HPLPB201628.151290
摘要:
以线性传输模型为对比研究了不同初始能量的环形光束在空气中的非线性传输。结果显示，在传输初始阶段，非线性克尔效应减弱了线性空间啁啾导致的聚焦作用。线性聚焦使能量向光轴方向流动导致强光强核心，在光轴附近生成类高斯脉冲结构，增强了非线性自聚焦效应，导致光强急剧增加形成光丝。环形光束的初始能量的大小能够影响自聚焦焦距、光丝长度和光强通量。自聚焦焦距随着初始脉冲能量的增加而减小，但自聚焦焦距与初始功率的开方不成反比（这点与高斯光束不同）。光丝长度随着初始脉冲能量的增加而增加。轴上光强通量随初始脉冲能量的增加而增加。
以线性传输模型为对比研究了不同初始能量的环形光束在空气中的非线性传输。结果显示，在传输初始阶段，非线性克尔效应减弱了线性空间啁啾导致的聚焦作用。线性聚焦使能量向光轴方向流动导致强光强核心，在光轴附近生成类高斯脉冲结构，增强了非线性自聚焦效应，导致光强急剧增加形成光丝。环形光束的初始能量的大小能够影响自聚焦焦距、光丝长度和光强通量。自聚焦焦距随着初始脉冲能量的增加而减小，但自聚焦焦距与初始功率的开方不成反比（这点与高斯光束不同）。光丝长度随着初始脉冲能量的增加而增加。轴上光强通量随初始脉冲能量的增加而增加。
2016, 28: 081002.
doi: 10.11884/HPLPB201628.151147
摘要:
半导体激光器封装工艺过程对于激光器的输出特性、寿命等性能有重要影响,其中焊料的选择和焊接工艺是最关键的因素。采用半自动焊接系统将mini-bar芯片通过In焊料直接焊接在Cu热沉上,并通过硬件改进、软件优化、放缓成像过程等措施实现了高精度、高可靠性的焊接。通过对激光器的性能测试发现,其焊接功率稳定,焊接精度均值可达20 m,smile效应值可以控制在0.5 m。
半导体激光器封装工艺过程对于激光器的输出特性、寿命等性能有重要影响,其中焊料的选择和焊接工艺是最关键的因素。采用半自动焊接系统将mini-bar芯片通过In焊料直接焊接在Cu热沉上,并通过硬件改进、软件优化、放缓成像过程等措施实现了高精度、高可靠性的焊接。通过对激光器的性能测试发现,其焊接功率稳定,焊接精度均值可达20 m,smile效应值可以控制在0.5 m。
2016, 28: 081003.
doi: 10.11884/HPLPB201628.151111
摘要:
研制了一台采用紫外火花预电离和横向放电结构的非链式电激励脉冲HF激光装置，采用氢闸流管结合一级磁脉冲压缩开关的高功率电激励系统。实验研究了激光工作介质SF6，H2不同压强比和总工作气压对激光输出能量的影响，得出了最佳气体组分，确定了最佳工作气压。总气压在8.8 kPa，气体组分H2与SF6气压比为1:9时，获得最佳的激光输出，输出能量达到1.3 J，激光器的光电转换效率达到2.4%。:
研制了一台采用紫外火花预电离和横向放电结构的非链式电激励脉冲HF激光装置，采用氢闸流管结合一级磁脉冲压缩开关的高功率电激励系统。实验研究了激光工作介质SF6，H2不同压强比和总工作气压对激光输出能量的影响，得出了最佳气体组分，确定了最佳工作气压。总气压在8.8 kPa，气体组分H2与SF6气压比为1:9时，获得最佳的激光输出，输出能量达到1.3 J，激光器的光电转换效率达到2.4%。:
2016, 28: 081004.
doi: 10.11884/HPLPB201628.151266
摘要:
为了探寻熔石英表面痕量杂质元素种类以及随HF酸蚀刻过程中的变化情况，用质量分数为1%HF酸溶液对熔石英进行长达24,48,72,96 h的静态蚀刻实验。结合飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）和X射线光电子能谱（XPS）测试分析结果发现，熔石英试片表面的痕量杂质元素主要含有B,F,K,Ca,Na,Al,Zn和Cr元素，其中绝大部分都存在于贝氏层中，在亚表面缺陷层检测到有K,Ca元素。所含有的K,Na杂质元素会与氟硅酸反应生成氟硅酸盐化合物。分析表明，在HF酸蚀刻的过程中一部分杂质元素将被消除，一部分杂质元素和生成氟硅酸盐化合物会随着蚀刻液逐渐从熔石英表面向表面纵深方向扩散并被试片吸附沉积，且随着深度的加深各元素的相对含量逐渐减少。
为了探寻熔石英表面痕量杂质元素种类以及随HF酸蚀刻过程中的变化情况，用质量分数为1%HF酸溶液对熔石英进行长达24,48,72,96 h的静态蚀刻实验。结合飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）和X射线光电子能谱（XPS）测试分析结果发现，熔石英试片表面的痕量杂质元素主要含有B,F,K,Ca,Na,Al,Zn和Cr元素，其中绝大部分都存在于贝氏层中，在亚表面缺陷层检测到有K,Ca元素。所含有的K,Na杂质元素会与氟硅酸反应生成氟硅酸盐化合物。分析表明，在HF酸蚀刻的过程中一部分杂质元素将被消除，一部分杂质元素和生成氟硅酸盐化合物会随着蚀刻液逐渐从熔石英表面向表面纵深方向扩散并被试片吸附沉积，且随着深度的加深各元素的相对含量逐渐减少。
2016, 28: 081005.
doi: 10.11884/HPLPB201628.151303
摘要:
液晶空间光调制器的离散型相位调制和像素间隙是4f脉冲整形系统的主要失真原因，基于以上因素的分析，建立了完善的4f脉冲整形系统数学模型，数值模拟了不同相位调制变化率、不同像元尺寸、不同间隙尺寸以及不同色散关系下的离散型相位调制和像素间隙导致的失真情况。模拟结果表明：离散型相位调制会导致整形脉冲中出现副本脉冲，相位调制变化率越大或像元尺寸越大均会导致这种副本脉冲越强，输出目标脉冲失真越严重；像素间隙也会导致整形脉冲中出现副本脉冲，间隙尺寸越大会导致这种副本脉冲越强，输出目标脉冲失真越严重；两种副本脉冲均呈等间隔分布，其周期由每个像元对应的频谱宽度决定，非线性光谱色散会使副本脉冲啁啾化且强度变小。
液晶空间光调制器的离散型相位调制和像素间隙是4f脉冲整形系统的主要失真原因，基于以上因素的分析，建立了完善的4f脉冲整形系统数学模型，数值模拟了不同相位调制变化率、不同像元尺寸、不同间隙尺寸以及不同色散关系下的离散型相位调制和像素间隙导致的失真情况。模拟结果表明：离散型相位调制会导致整形脉冲中出现副本脉冲，相位调制变化率越大或像元尺寸越大均会导致这种副本脉冲越强，输出目标脉冲失真越严重；像素间隙也会导致整形脉冲中出现副本脉冲，间隙尺寸越大会导致这种副本脉冲越强，输出目标脉冲失真越严重；两种副本脉冲均呈等间隔分布，其周期由每个像元对应的频谱宽度决定，非线性光谱色散会使副本脉冲啁啾化且强度变小。
2016, 28: 082001.
doi: 10.11884/HPLPB201628.150989
摘要:
在神光-Ⅲ和神光-Ⅲ原型装置上基于平面孔靶研究了激光挂边及本底X光发射情况。能量卡计直接测量激光挂边份额；X光针孔相机给出本底X光发射的空间图像；平响应X光探测器测量本底X光的强度。实验结果表明：在神光-Ⅲ原型上800 m注入孔时，针孔图像中本底X光计数与黑腔漏失辐射流计数的比值约为1.2%；在神光-Ⅲ上1000 m注入孔时，平响应X光探测器测得的本底X光干扰的峰值约为2.7%，能量卡计测得的激光挂边份额约为2.6%。此外，根据神光-Ⅲ的实验参数模拟计算了激光挂边份额和本底X光的干扰。与实验结果的对比说明了该模型的正确性，可以用该模型评估激光挂边及本底X光发射情况，同时可以用该模型指导注入孔尺寸的选择。
在神光-Ⅲ和神光-Ⅲ原型装置上基于平面孔靶研究了激光挂边及本底X光发射情况。能量卡计直接测量激光挂边份额；X光针孔相机给出本底X光发射的空间图像；平响应X光探测器测量本底X光的强度。实验结果表明：在神光-Ⅲ原型上800 m注入孔时，针孔图像中本底X光计数与黑腔漏失辐射流计数的比值约为1.2%；在神光-Ⅲ上1000 m注入孔时，平响应X光探测器测得的本底X光干扰的峰值约为2.7%，能量卡计测得的激光挂边份额约为2.6%。此外，根据神光-Ⅲ的实验参数模拟计算了激光挂边份额和本底X光的干扰。与实验结果的对比说明了该模型的正确性，可以用该模型评估激光挂边及本底X光发射情况，同时可以用该模型指导注入孔尺寸的选择。
2016, 28: 082002.
doi: 10.11884/HPLPB201628.150929
摘要:
在大气环境中，以钴为样品，通过单脉冲飞秒激光诱导击穿光谱及共轴双飞秒脉冲激光诱导击穿光谱的对比实验，研究了双脉冲激光诱导击穿光谱的谱线增强机制，测量了双脉冲激光诱导击穿光谱随脉冲时间间隔的变化趋势。结果表明，在最优化的脉冲时间间隔条件下，双脉冲激光诱导等离子体光谱获得明显增强。进一步，通过线性Boltzmann法得出了电子温度随脉冲时间间隔的演化，发现了谱线增强因子和电子温度随脉冲时间间隔呈现出相同的演化趋势，并经历两个明显的变化过程，得出了谱线信号强度的增强依赖于电子温度升高的结论。
在大气环境中，以钴为样品，通过单脉冲飞秒激光诱导击穿光谱及共轴双飞秒脉冲激光诱导击穿光谱的对比实验，研究了双脉冲激光诱导击穿光谱的谱线增强机制，测量了双脉冲激光诱导击穿光谱随脉冲时间间隔的变化趋势。结果表明，在最优化的脉冲时间间隔条件下，双脉冲激光诱导等离子体光谱获得明显增强。进一步，通过线性Boltzmann法得出了电子温度随脉冲时间间隔的演化，发现了谱线增强因子和电子温度随脉冲时间间隔呈现出相同的演化趋势，并经历两个明显的变化过程，得出了谱线信号强度的增强依赖于电子温度升高的结论。
2016, 28: 083001.
doi: 10.11884/HPLPB201628.151271
摘要:
在反射面尺寸一定的情况下，优化设计了 TEM喇叭馈源与共面馈源脉冲辐射天线，并对比了两种天线的辐射性能。分析了反射面型脉冲辐射天线的工作机理，通过准静态近似，分别得到了两种天线的远区辐射场解析解。通过理论求解，得到了两种馈源在反射面口径造成的场分布，为天线结构设计提供参考。通过分析不同脉冲宽度时两种天线的辐射情况，比较了这两种馈源性能的优劣。完成了上述两种GW级高功率高效率馈源的研制，并开展了对比实验，实验结果与理论分析相吻合。
在反射面尺寸一定的情况下，优化设计了 TEM喇叭馈源与共面馈源脉冲辐射天线，并对比了两种天线的辐射性能。分析了反射面型脉冲辐射天线的工作机理，通过准静态近似，分别得到了两种天线的远区辐射场解析解。通过理论求解，得到了两种馈源在反射面口径造成的场分布，为天线结构设计提供参考。通过分析不同脉冲宽度时两种天线的辐射情况，比较了这两种馈源性能的优劣。完成了上述两种GW级高功率高效率馈源的研制，并开展了对比实验，实验结果与理论分析相吻合。
2016, 28: 083002.
doi: 10.11884/HPLPB201628.150866
摘要:
基于同轴静磁波荡器的自由电子激光主要利用环形电子束与同轴TE模式的相互作用产生电磁辐射，是一种重要的毫米波辐射源。分析了同轴结构作用区内外半径、工作模式、电子束电压、波荡器周期等参数对辐射频率的影响规律，研究了电子束平均半径的选取原则和束波互作用腔的设计方法，设计了辐射频率在W波段的基于同轴静磁波荡器的自由电子激光，并进行了粒子模拟，在电子束电压为720 kV，电子束流为1 kA的情况下，获得了频率107 GHz、辐射功率35 MW的TE01模，束波转换效率为4.9%，束波作用腔总长度小于200 mm，同轴静磁波荡器的磁场幅度0.34 T。
基于同轴静磁波荡器的自由电子激光主要利用环形电子束与同轴TE模式的相互作用产生电磁辐射，是一种重要的毫米波辐射源。分析了同轴结构作用区内外半径、工作模式、电子束电压、波荡器周期等参数对辐射频率的影响规律，研究了电子束平均半径的选取原则和束波互作用腔的设计方法，设计了辐射频率在W波段的基于同轴静磁波荡器的自由电子激光，并进行了粒子模拟，在电子束电压为720 kV，电子束流为1 kA的情况下，获得了频率107 GHz、辐射功率35 MW的TE01模，束波转换效率为4.9%，束波作用腔总长度小于200 mm，同轴静磁波荡器的磁场幅度0.34 T。
2016, 28: 083003.
doi: 10.11884/HPLPB201628.151244
摘要:
为实现一种具有近场聚焦、斜波束出射能力的偏馈口径天线，采用几何光学方法设计了一种赋形聚焦双反射面天线。基于光线传播的能量守恒定律、Snell定律及光径长度相等三个光学定律开展了天线主反射面赋形设计，副反射面的设计采用 Snell 定理作为约束条件。 通过理论公式和实验测试研究，实现了一种出射波束口径为 110 cm、波束出射方向与竖直方向成 20夹角的赋形聚焦偏馈双反射面天线。在中心频率 95 GHz 下，实测相位实现近场聚焦，出射波束与垂直方向成20夹角。
为实现一种具有近场聚焦、斜波束出射能力的偏馈口径天线，采用几何光学方法设计了一种赋形聚焦双反射面天线。基于光线传播的能量守恒定律、Snell定律及光径长度相等三个光学定律开展了天线主反射面赋形设计，副反射面的设计采用 Snell 定理作为约束条件。 通过理论公式和实验测试研究，实现了一种出射波束口径为 110 cm、波束出射方向与竖直方向成 20夹角的赋形聚焦偏馈双反射面天线。在中心频率 95 GHz 下，实测相位实现近场聚焦，出射波束与垂直方向成20夹角。
2016, 28: 083004.
doi: 10.11884/HPLPB201628.150974
摘要:
为控制数万单元的阵列天线，基于控制器局域网络（CAN）总线设计了一套多级通信系统。分析了CAN总线的拓扑结构，根据每路CAN的带负载能力设计了多级CAN总线通信网络的基本结构；基于Nios II软核处理器设计了CAN总线通信节点硬件电路；最后根据阵列天线控制功能的要求，基于CAN2.0B协议设计了应用层通信协议和应用程序。阵列天线波束扫描实验表明，通信系统满足500 kbps以上传输速率的要求，通信时间抖动小于1 ms，当阵列天线辐射峰值功率达到GW量级时仍可以有效控制天线系统。
为控制数万单元的阵列天线，基于控制器局域网络（CAN）总线设计了一套多级通信系统。分析了CAN总线的拓扑结构，根据每路CAN的带负载能力设计了多级CAN总线通信网络的基本结构；基于Nios II软核处理器设计了CAN总线通信节点硬件电路；最后根据阵列天线控制功能的要求，基于CAN2.0B协议设计了应用层通信协议和应用程序。阵列天线波束扫描实验表明，通信系统满足500 kbps以上传输速率的要求，通信时间抖动小于1 ms，当阵列天线辐射峰值功率达到GW量级时仍可以有效控制天线系统。
2016, 28: 083005.
doi: 10.11884/HPLPB201628.151037
摘要:
研究了TE1n /TM1n模式激励的圆形口径喇叭天线的辐射场特征，导出了根据辐射场计算天线辐射总功率的方法：通过测定天线E面和H面的辐射场功率密度分布，分别进行球冠积分，其平均值即为天线的辐射总功率；并进行了数值仿真验证。分析了测量角度范围和测量点数目对测量功率的影响，提出了通过数据拟合来降低测量误差的一种方法；给出了测量角度范围和测量点数的选取原则，功率测量可在15 dB或18 dB波束宽度范围内进行，测量点数一般选15个左右。
研究了TE1n /TM1n模式激励的圆形口径喇叭天线的辐射场特征，导出了根据辐射场计算天线辐射总功率的方法：通过测定天线E面和H面的辐射场功率密度分布，分别进行球冠积分，其平均值即为天线的辐射总功率；并进行了数值仿真验证。分析了测量角度范围和测量点数目对测量功率的影响，提出了通过数据拟合来降低测量误差的一种方法；给出了测量角度范围和测量点数的选取原则，功率测量可在15 dB或18 dB波束宽度范围内进行，测量点数一般选15个左右。
2016, 28: 083006.
doi: 10.11884/HPLPB201628.151095
摘要:
提出了一种多路波导并联结构，用于实现高功率移相器。目前的铁氧体移相器，为实现高功率容量，通常采用双铁氧体磁环结构。仿真分析了各尺寸参数对双环移相器传播模式、相移效率及功率容量的影响，并进行优化设计，使移相器功率容量达到百kW量级。基于双环形式，采用一种多路波导并联结构，使其功率容量达到MW量级。经匹配设计后，移相器在9.25~9.8 GHz频率范围内，驻波比小于1.4，饱和差相移在390左右，可实现X波段MW级高功率360电控移相。
提出了一种多路波导并联结构，用于实现高功率移相器。目前的铁氧体移相器，为实现高功率容量，通常采用双铁氧体磁环结构。仿真分析了各尺寸参数对双环移相器传播模式、相移效率及功率容量的影响，并进行优化设计，使移相器功率容量达到百kW量级。基于双环形式，采用一种多路波导并联结构，使其功率容量达到MW量级。经匹配设计后，移相器在9.25~9.8 GHz频率范围内，驻波比小于1.4，饱和差相移在390左右，可实现X波段MW级高功率360电控移相。
2016, 28: 083007.
doi: 10.11884/HPLPB201628.150832
摘要:
扇形波导可作为高功率微波圆柱共形波导缝隙阵天线的基本单元。分析了扇形波导中主模场分量，根据实际情况对主模场进行了合理近似。采用互易定理推导由波导主模横向场分量和缝隙场分量表示的波导场分量的前向或后向散射系数。根据波导传输线理论，将波导宽边纵缝等效为并联导纳，再根据波导边界条件得到扇形波导宽边谐振纵缝的归一化电导与波导散射系数之间的关系式。根据缝隙天线与振子天线的互补关系得到扇形波导谐振缝隙的辐射阻抗，结合波导功率平衡关系得到由波导横向场散射系数表示的缝隙辐射功率表达式，得到归一化电导的与谐振宽边纵缝的偏移位置、缝隙宽度、波导波长以及扇形波导尺寸参数之间的解析表达式。给出了算例，在波导中间区域，通过商用软件计算得到的电导与理论公式结果基本吻合。
扇形波导可作为高功率微波圆柱共形波导缝隙阵天线的基本单元。分析了扇形波导中主模场分量，根据实际情况对主模场进行了合理近似。采用互易定理推导由波导主模横向场分量和缝隙场分量表示的波导场分量的前向或后向散射系数。根据波导传输线理论，将波导宽边纵缝等效为并联导纳，再根据波导边界条件得到扇形波导宽边谐振纵缝的归一化电导与波导散射系数之间的关系式。根据缝隙天线与振子天线的互补关系得到扇形波导谐振缝隙的辐射阻抗，结合波导功率平衡关系得到由波导横向场散射系数表示的缝隙辐射功率表达式，得到归一化电导的与谐振宽边纵缝的偏移位置、缝隙宽度、波导波长以及扇形波导尺寸参数之间的解析表达式。给出了算例，在波导中间区域，通过商用软件计算得到的电导与理论公式结果基本吻合。
2016, 28: 083101.
doi: 10.11884/HPLPB201628.151073
摘要:
为了探索出减缓飞行器在临近空间出现的通信黑障问题，结合毫米波大气窗口在大气传输的优越性，根据RAM C提供的飞行试验数据，建立双指数分布、Epstein分布和高斯分布三个等离子体鞘套模型，用Z-FDTD算法计算毫米波大气窗口在等离子体鞘套中传播的衰减特性。综合分析可得：可采用35 GHz所在的Ka频段和以220 GHz所在的太赫兹频段的双频测控工作通信系统，此搭配可较好满足对高超声速飞行器在临近空间巡航时的测控需求。
为了探索出减缓飞行器在临近空间出现的通信黑障问题，结合毫米波大气窗口在大气传输的优越性，根据RAM C提供的飞行试验数据，建立双指数分布、Epstein分布和高斯分布三个等离子体鞘套模型，用Z-FDTD算法计算毫米波大气窗口在等离子体鞘套中传播的衰减特性。综合分析可得：可采用35 GHz所在的Ka频段和以220 GHz所在的太赫兹频段的双频测控工作通信系统，此搭配可较好满足对高超声速飞行器在临近空间巡航时的测控需求。
2016, 28: 083201.
doi: 10.11884/HPLPB201628.150410
摘要:
通过数值模拟的方法研究了素混凝土、钢丝网和钢丝网混凝土板对电磁波的屏蔽和吸收性能。首先将模拟得到的素混凝土反射率和透射率曲线和试验得到的曲线进行对比。对两种不同规格的钢丝网进行了数值模拟，并与试验和理论解进行了比较，对不同直径、网径、层数的钢丝网进行了数值模拟。最后研究了钢丝网及钢丝网位置对混凝土反射和透射性能的影响。数值模拟采用三维电磁仿真软件HFSS15.0。相同网径条件下，钢丝网直径越大，反射率越大，透射率越小。钢丝网直径相同的条件下，网径越大，反射率越小，透射率越大。在混凝土中间加入钢丝网对反射率平均值大小影响很小，主要影响反射率曲线的谐振性。
通过数值模拟的方法研究了素混凝土、钢丝网和钢丝网混凝土板对电磁波的屏蔽和吸收性能。首先将模拟得到的素混凝土反射率和透射率曲线和试验得到的曲线进行对比。对两种不同规格的钢丝网进行了数值模拟，并与试验和理论解进行了比较，对不同直径、网径、层数的钢丝网进行了数值模拟。最后研究了钢丝网及钢丝网位置对混凝土反射和透射性能的影响。数值模拟采用三维电磁仿真软件HFSS15.0。相同网径条件下，钢丝网直径越大，反射率越大，透射率越小。钢丝网直径相同的条件下，网径越大，反射率越小，透射率越大。在混凝土中间加入钢丝网对反射率平均值大小影响很小，主要影响反射率曲线的谐振性。
2016, 28: 083202.
doi: 10.11884/HPLPB201628.150877
摘要:
高超声速飞行器周围的激波层内高温气体会发生剧烈的物理化学变化，伴随强烈的光辐射过程，直接影响红外导引头的光学成像效果。采用流体力学Navier-Stokes方程和热化学非平衡模型模拟高温非平衡流动，考虑电子跃迁和振转跃迁以窄带法求解气体辐射特性参数，基于有限体积法离散辐射传输方程，在分别验证流场解算、辐射参数求解和辐射传输计算的基础上，进行了飞行器高速飞行的流动和辐射模拟。数值求解得到了飞行器流场特征和粒子数空间分布。计算的选定波长范围内的气体辐射发射系数空间分布显示其与激波形状和波后气体温度分布相似。通过传输得到的飞行器光学窗口视线路径上的气体辐射噪声成轴对称分布，发现辐射噪声和飞行速度、气体成分等密切相关，马赫数增加时气体辐射噪声显著增强。
高超声速飞行器周围的激波层内高温气体会发生剧烈的物理化学变化，伴随强烈的光辐射过程，直接影响红外导引头的光学成像效果。采用流体力学Navier-Stokes方程和热化学非平衡模型模拟高温非平衡流动，考虑电子跃迁和振转跃迁以窄带法求解气体辐射特性参数，基于有限体积法离散辐射传输方程，在分别验证流场解算、辐射参数求解和辐射传输计算的基础上，进行了飞行器高速飞行的流动和辐射模拟。数值求解得到了飞行器流场特征和粒子数空间分布。计算的选定波长范围内的气体辐射发射系数空间分布显示其与激波形状和波后气体温度分布相似。通过传输得到的飞行器光学窗口视线路径上的气体辐射噪声成轴对称分布，发现辐射噪声和飞行速度、气体成分等密切相关，马赫数增加时气体辐射噪声显著增强。
2016, 28: 083203.
doi: 10.11884/HPLPB201628.160052
摘要:
基于低频部分元等效电路（PEEC）模型计算接地回路电流和电势分布，研究分析了共地传导干扰机理。基于混合位积分方程建立了低频PEEC模型，并与边界元方法的结果对比验证其准确性。基于PEEC模型实现对导体中三维电流分布的计算，获得了典型大导体接地回路的电流分布，分析了频率对电流分布的影响特性。结果表明，地导体中电流分布主要集中在接地极附近，两接地极间会由于电感感抗的影响而呈现出电势差，揭示了接地回路中的共地传导干扰机理，建立的PEEC模型能够有效应用于共地干扰分析与抑制。
基于低频部分元等效电路（PEEC）模型计算接地回路电流和电势分布，研究分析了共地传导干扰机理。基于混合位积分方程建立了低频PEEC模型，并与边界元方法的结果对比验证其准确性。基于PEEC模型实现对导体中三维电流分布的计算，获得了典型大导体接地回路的电流分布，分析了频率对电流分布的影响特性。结果表明，地导体中电流分布主要集中在接地极附近，两接地极间会由于电感感抗的影响而呈现出电势差，揭示了接地回路中的共地传导干扰机理，建立的PEEC模型能够有效应用于共地干扰分析与抑制。
2016, 28: 083204.
doi: 10.11884/HPLPB201628.151145
摘要:
为研究真空环境下电磁场诱发针-板电晕放电特性，研制了电磁场发生器、真空系统、高压静电源、动态电位测试仪等组成的电磁场辐照诱发真空电晕放电模拟试验系统。该系统可实现真空管内气压为80 Pa的低真空环境，并利用此系统进行在电磁场的作用下的电晕放电试验，初步得到了电磁场辐照诱发电晕放电的阈值电压的变化规律。试验结果表明：当温度、湿度等其他环境因素基本不变，真空管内气压为80 Pa时, 正常放电阈值为-590 V, 利用负极性高压静电放电, 电压取值范围10~20 kV, 产生的电磁脉冲辐射作用于真空管内充电区域，可使放电阈值降低90~180 V。
为研究真空环境下电磁场诱发针-板电晕放电特性，研制了电磁场发生器、真空系统、高压静电源、动态电位测试仪等组成的电磁场辐照诱发真空电晕放电模拟试验系统。该系统可实现真空管内气压为80 Pa的低真空环境，并利用此系统进行在电磁场的作用下的电晕放电试验，初步得到了电磁场辐照诱发电晕放电的阈值电压的变化规律。试验结果表明：当温度、湿度等其他环境因素基本不变，真空管内气压为80 Pa时, 正常放电阈值为-590 V, 利用负极性高压静电放电, 电压取值范围10~20 kV, 产生的电磁脉冲辐射作用于真空管内充电区域，可使放电阈值降低90~180 V。
2016, 28: 084001.
doi: 10.11884/HPLPB201628.150695
摘要:
建立了一种基于状态分析的电子系统抗辐射能力评估方法，该方法以电子系统中单元器件的辐射效应实验数据为基础，采用行为级电路仿真方法对电子系统功能状态进行分析，并应用蒙特卡罗方法模拟辐射损伤随机性对系统功能状态的影响，最终结合系统功能阈值，给出系统功能的裕量及不确定度估计，进而对系统抗辐射能力进行评估。为了验证评估方法的可行性，应用该方法对某模数转换电子系统的抗总剂量能力进行了评估，并将评估结果与该电子系统的总剂量效应实验结果进行了对比。结果表明该评估方法能够定量给出系统功能在受到辐射损伤后的变化，评估方法给出结果与实验结果在变化趋势和评估结论上基本一致。
建立了一种基于状态分析的电子系统抗辐射能力评估方法，该方法以电子系统中单元器件的辐射效应实验数据为基础，采用行为级电路仿真方法对电子系统功能状态进行分析，并应用蒙特卡罗方法模拟辐射损伤随机性对系统功能状态的影响，最终结合系统功能阈值，给出系统功能的裕量及不确定度估计，进而对系统抗辐射能力进行评估。为了验证评估方法的可行性，应用该方法对某模数转换电子系统的抗总剂量能力进行了评估，并将评估结果与该电子系统的总剂量效应实验结果进行了对比。结果表明该评估方法能够定量给出系统功能在受到辐射损伤后的变化，评估方法给出结果与实验结果在变化趋势和评估结论上基本一致。
2016, 28: 084002.
doi: 10.11884/HPLPB201628.151259
摘要:
用能损法测量薄膜厚度及其厚度分布的均匀性是一种有效的新方法，但这种测量必须在真空室内进行，如何恰当地选择真空度对于提高测量精度和降低真空系统的建造成本都具有重要意义。通过采用SRIM软件模拟5.486 MeV 粒子在空气中的阻止本领，计算出在不同真空度时，从241Am源发出粒子穿过不同距离达到探测器时的能量损失，得到粒子能量损失与真空度的关系。根据这一关系，结合所建能谱仪在测量过程中的稳定性和重复性，建立了用粒子测量薄膜厚度所需真空度的确定方法，并用这一方法得到了在源与探测器距离为2~8 cm时，小于100 Pa的真空度能完全满足测量要求的结果。
用能损法测量薄膜厚度及其厚度分布的均匀性是一种有效的新方法，但这种测量必须在真空室内进行，如何恰当地选择真空度对于提高测量精度和降低真空系统的建造成本都具有重要意义。通过采用SRIM软件模拟5.486 MeV 粒子在空气中的阻止本领，计算出在不同真空度时，从241Am源发出粒子穿过不同距离达到探测器时的能量损失，得到粒子能量损失与真空度的关系。根据这一关系，结合所建能谱仪在测量过程中的稳定性和重复性，建立了用粒子测量薄膜厚度所需真空度的确定方法，并用这一方法得到了在源与探测器距离为2~8 cm时，小于100 Pa的真空度能完全满足测量要求的结果。
2016, 28: 084003.
doi: 10.11884/HPLPB201628.151143
摘要:
材料在超高应变率下发生的动态拉伸破碎是冲击波物理领域的一个重要内容，受诊断技术限制，粒子尺寸直接测量的数据非常有限。基于脉冲激光同轴全息技术，建立了一套材料超高应变率破坏状态和破碎粒子诊断的高精度联合测量系统，利用该系统，成功开展了107～108/s超高应变率范围内铝的动态破碎粒子在位测量，获得了粒子尺寸分布数据。
材料在超高应变率下发生的动态拉伸破碎是冲击波物理领域的一个重要内容，受诊断技术限制，粒子尺寸直接测量的数据非常有限。基于脉冲激光同轴全息技术，建立了一套材料超高应变率破坏状态和破碎粒子诊断的高精度联合测量系统，利用该系统，成功开展了107～108/s超高应变率范围内铝的动态破碎粒子在位测量，获得了粒子尺寸分布数据。
2016, 28: 084004.
doi: 10.11884/HPLPB201628.150892
摘要:
为评估和研究工业以太网芯片KSZ8851-16MLLJ在空间环境中的适应性，利用重离子源对芯片进行了单粒子试验。根据以太网芯片的结构和功能制订了单粒子实验方案，得出了实验数据，并对实验数据进行了整理和研究。实验和研究表明：工业以太网芯片KSZ8851-16MLLJ具有一定的抗单粒子辐射能力；在不同网络传输条件下，发生单粒子翻转的机率也不相同；在持续的单粒子辐射下，以太网芯片会发生电流阶跃，第二次电流阶跃时产生单粒子锁定，在工程应用中可以利用电流阶跃监测芯片的辐射水平。
为评估和研究工业以太网芯片KSZ8851-16MLLJ在空间环境中的适应性，利用重离子源对芯片进行了单粒子试验。根据以太网芯片的结构和功能制订了单粒子实验方案，得出了实验数据，并对实验数据进行了整理和研究。实验和研究表明：工业以太网芯片KSZ8851-16MLLJ具有一定的抗单粒子辐射能力；在不同网络传输条件下，发生单粒子翻转的机率也不相同；在持续的单粒子辐射下，以太网芯片会发生电流阶跃，第二次电流阶跃时产生单粒子锁定，在工程应用中可以利用电流阶跃监测芯片的辐射水平。
2016, 28: 084005.
doi: 10.11884/HPLPB201628.151015
摘要:
为了评估基于瞬态光栅的全光高速相机系统中激发光强与图像信号之间的对应关系，验证基于磷化铟（InP）建立该相机的可行性。针对InP材料从理论上分析了从光子入射激发载流子，到载流子影响折射率，再到折射率影响衍射效率过程中各物理量值之间的关系；并建立了基于衍射光收集的图像探测系统获取InP内部的瞬态光栅分布图像。理论结果给出了针对InP材料的激发光强与载流子浓度的关系，探针激光为 1064 nm时载流子浓度与折射率之间的关系，以及瞬态光栅为矩形光栅时折射率与衍射效率之间的关系，特别指出在基于InP和1064 nm探针激光的高速相机系统中，若时间分辨为1 ps量级，对于532 nm激发光，系统的灵敏度为1.3105 Wcm-2量级。实验结果证明了基于InP和1064 nm探针光可以建立全光高速相机系统，并根据所获得图像得出系统的空间分辨好于5.04 lp/mm。
为了评估基于瞬态光栅的全光高速相机系统中激发光强与图像信号之间的对应关系，验证基于磷化铟（InP）建立该相机的可行性。针对InP材料从理论上分析了从光子入射激发载流子，到载流子影响折射率，再到折射率影响衍射效率过程中各物理量值之间的关系；并建立了基于衍射光收集的图像探测系统获取InP内部的瞬态光栅分布图像。理论结果给出了针对InP材料的激发光强与载流子浓度的关系，探针激光为 1064 nm时载流子浓度与折射率之间的关系，以及瞬态光栅为矩形光栅时折射率与衍射效率之间的关系，特别指出在基于InP和1064 nm探针激光的高速相机系统中，若时间分辨为1 ps量级，对于532 nm激发光，系统的灵敏度为1.3105 Wcm-2量级。实验结果证明了基于InP和1064 nm探针光可以建立全光高速相机系统，并根据所获得图像得出系统的空间分辨好于5.04 lp/mm。
2016, 28: 084101.
doi: 10.11884/HPLPB201628.160013
摘要:
搭建了电爆炸金属丝实验平台，在空气中电爆炸铁丝来制备纳米金属颗粒。利用电阻分压器与Rogowski线圈来测量电爆炸过程中铁丝上的负载电压与电流。将负载电压与电流之积进行时间积分来估算沉积在铁丝上的能量。使用光电探测器对电爆炸过程中产生的等离子体发光信号进行探测。对铁丝电爆炸后形成的产物使用高倍显微镜、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、能谱分析仪（EDS）以及X射线衍射仪（XRD）进行观测，来研究其物相特性。实验结果表明：电爆炸过程中，当铁丝由液相变为气相时，其电阻急剧增加，因此电流几乎不能流过铁丝，同时铁丝上的负载电压会趋近于电容器的初始充电电压。随着能量的持续积累，等离子体在爆炸腔中形成。由于原本被阻断的电流能够从低电阻等离子体中流过，因此电压电流波形变为欠阻尼波形。电爆炸铁丝所得的产物为Fe3O4纳米颗粒，其中大部分呈规则的球形。Fe3O4纳米颗粒的粒径主要分布在30~60 nm之间，并且符合对数正态分布。
搭建了电爆炸金属丝实验平台，在空气中电爆炸铁丝来制备纳米金属颗粒。利用电阻分压器与Rogowski线圈来测量电爆炸过程中铁丝上的负载电压与电流。将负载电压与电流之积进行时间积分来估算沉积在铁丝上的能量。使用光电探测器对电爆炸过程中产生的等离子体发光信号进行探测。对铁丝电爆炸后形成的产物使用高倍显微镜、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、能谱分析仪（EDS）以及X射线衍射仪（XRD）进行观测，来研究其物相特性。实验结果表明：电爆炸过程中，当铁丝由液相变为气相时，其电阻急剧增加，因此电流几乎不能流过铁丝，同时铁丝上的负载电压会趋近于电容器的初始充电电压。随着能量的持续积累，等离子体在爆炸腔中形成。由于原本被阻断的电流能够从低电阻等离子体中流过，因此电压电流波形变为欠阻尼波形。电爆炸铁丝所得的产物为Fe3O4纳米颗粒，其中大部分呈规则的球形。Fe3O4纳米颗粒的粒径主要分布在30~60 nm之间，并且符合对数正态分布。
2016, 28: 085001.
doi: 10.11884/HPLPB201628.151294
摘要:
根据圆盘型爆磁压缩发生器系统等效电路，建立了简化计算模型。利用Matlab编写了MDEMG程序，以直径240 mm的三单元圆盘型爆磁压缩发生器为研究对象，进行了数值模拟，分析了圆盘型爆磁压缩发生器工作期间电流、电感、爆轰压力、磁压、电压分布等参数的变化过程，并进一步分析发生器初始电流、圆盘构形对发生器输出特性的影响。结果表明：在输入电流为6 MA时，发生器在1.5 nH电感负载上可以获得40 MA、特征上升时间3 s的脉冲电流；发生器输出电流与初始电流正相关，但由于磁压随电流增大迅速增大，发生器输出电流存在极限；相对于平面型圆盘,锥型圆盘可以提高发生器工作后期的功率。
根据圆盘型爆磁压缩发生器系统等效电路，建立了简化计算模型。利用Matlab编写了MDEMG程序，以直径240 mm的三单元圆盘型爆磁压缩发生器为研究对象，进行了数值模拟，分析了圆盘型爆磁压缩发生器工作期间电流、电感、爆轰压力、磁压、电压分布等参数的变化过程，并进一步分析发生器初始电流、圆盘构形对发生器输出特性的影响。结果表明：在输入电流为6 MA时，发生器在1.5 nH电感负载上可以获得40 MA、特征上升时间3 s的脉冲电流；发生器输出电流与初始电流正相关，但由于磁压随电流增大迅速增大，发生器输出电流存在极限；相对于平面型圆盘,锥型圆盘可以提高发生器工作后期的功率。
2016, 28: 085002.
doi: 10.11884/HPLPB201628.150913
摘要:
介绍了用于PTS（初级实验平台）装置上Z箍缩内爆物理实验诊断的多通道X射线二极管（XRD）阵列谱仪原理、性能及主要参数，给出了根据实验结果回推光源辐射能谱的解谱算法。在PTS装置上开展的首轮物理实验中，使用多通道XRD阵列谱仪对Z箍缩产生的等离子体源辐射的软X射线能谱、功率、能量进行测量，给出了测量结果及分析，并与其他参试设备测量结果进行了比较。关键词： Abstract: Key words: ；
介绍了用于PTS（初级实验平台）装置上Z箍缩内爆物理实验诊断的多通道X射线二极管（XRD）阵列谱仪原理、性能及主要参数，给出了根据实验结果回推光源辐射能谱的解谱算法。在PTS装置上开展的首轮物理实验中，使用多通道XRD阵列谱仪对Z箍缩产生的等离子体源辐射的软X射线能谱、功率、能量进行测量，给出了测量结果及分析，并与其他参试设备测量结果进行了比较。关键词： Abstract: Key words: ；
2016, 28: 085003.
doi: 10.11884/HPLPB201628.151295
摘要:
采用有源单元方向图思想，在考虑互耦情况下，将大型脉冲阵列天线各单元的时域方向图用相似环境下小型阵列的有源单元方向图来等效，进而叠加计算辐射总场。以此为基础，结合时域辐射原理改进了上述方法。通过公式推导得出：一个大型线阵或大型平面阵的时域辐射场可分别通过两个小型线阵或四个小型平面阵的时域辐射总场计算得到，避免了传统方法中小阵有源单元方向图逐元提取的繁琐操作。采用上述方法分别计算了一个13元线阵和一个1113元平面阵列，计算结果与软件仿真结果吻合良好，与传统的小阵外推方法相比，直线阵列和平面阵列的计算量分别减少了56.8%和81.17%。
采用有源单元方向图思想，在考虑互耦情况下，将大型脉冲阵列天线各单元的时域方向图用相似环境下小型阵列的有源单元方向图来等效，进而叠加计算辐射总场。以此为基础，结合时域辐射原理改进了上述方法。通过公式推导得出：一个大型线阵或大型平面阵的时域辐射场可分别通过两个小型线阵或四个小型平面阵的时域辐射总场计算得到，避免了传统方法中小阵有源单元方向图逐元提取的繁琐操作。采用上述方法分别计算了一个13元线阵和一个1113元平面阵列，计算结果与软件仿真结果吻合良好，与传统的小阵外推方法相比，直线阵列和平面阵列的计算量分别减少了56.8%和81.17%。
2016, 28: 085101.
doi: 10.11884/HPLPB201628.151013
摘要:
中国散裂中子源加速器质子束流加速能量为1.6 GeV，重复频率为25 Hz，撞击固体金属靶产生散射中子，一期工程的打靶束流功率为100 kW。直线加速器的设计束流流强为15 mA，输出能量为81 MeV。射频加速和聚束系统包括一台射频四极场加速器、中能束流传输线的两个聚束器、四节漂移管直线加速器加速腔和直线-环束流传输线的一个散束器，与之相对应，共有8个单元在线运行的射频功率源为其提供所需的射频功率。目前，直线射频功率源系统预研项目已全部完成，各项性能参数均已达到设计指标，当前正处在批产安装调试阶段。151013
中国散裂中子源加速器质子束流加速能量为1.6 GeV，重复频率为25 Hz，撞击固体金属靶产生散射中子，一期工程的打靶束流功率为100 kW。直线加速器的设计束流流强为15 mA，输出能量为81 MeV。射频加速和聚束系统包括一台射频四极场加速器、中能束流传输线的两个聚束器、四节漂移管直线加速器加速腔和直线-环束流传输线的一个散束器，与之相对应，共有8个单元在线运行的射频功率源为其提供所需的射频功率。目前，直线射频功率源系统预研项目已全部完成，各项性能参数均已达到设计指标，当前正处在批产安装调试阶段。151013
2016, 28: 085102.
doi: 10.11884/HPLPB201628.151229
摘要:
高能闪光照相中光子散射会导致接收图像清晰度降低，影响照相客体界面和密度的分辨精度。使用网栅相机可显著降低散射光子影响，提高图像分辨能力，但同时要求X射线源空间位置更加稳定以减少信号光子在网栅结构中的损失。采用小孔成像的方法测量神龙一号直线感应加速器X射线源焦斑分布，计算焦斑的质心位置和半高全宽大小，分析电子束聚焦状态改变对X射线源空间位置和大小的影响。实验结果表明，电子束聚焦状态改变会导致射线源质心位置及尺寸大小发生明显变化。在恒定聚焦状态下，源质心抖动及大小变化均可稳定在较小范围。 ；
高能闪光照相中光子散射会导致接收图像清晰度降低，影响照相客体界面和密度的分辨精度。使用网栅相机可显著降低散射光子影响，提高图像分辨能力，但同时要求X射线源空间位置更加稳定以减少信号光子在网栅结构中的损失。采用小孔成像的方法测量神龙一号直线感应加速器X射线源焦斑分布，计算焦斑的质心位置和半高全宽大小，分析电子束聚焦状态改变对X射线源空间位置和大小的影响。实验结果表明，电子束聚焦状态改变会导致射线源质心位置及尺寸大小发生明显变化。在恒定聚焦状态下，源质心抖动及大小变化均可稳定在较小范围。 ；
2016, 28: 085103.
doi: 10.11884/HPLPB201628.151020
摘要:
神龙二号是一台三脉冲强流脉冲电子束直线感应加速器，就其多脉冲的电子束束参数的测量而言，基本要求是单个脉冲可分辨，进一步的要求是脉冲内时间可分辨。基于光学渡越辐射原理及瞬态发射度测量系统原理，发展了一种束斑与发散角可以分开测量的光学布局结构，结合多台高速分幅相机，成功研制了一套完整的多脉冲电子束束参数的测量系统，其特点是灵活的组合测量方式，全面满足了神龙二号复杂艰难的调试及参数测量工作要求。测量系统最高时间分辨测量能力达到约2 ns的水平，单个脉冲可以获得至少8个时间分辨的束参数测量结果。
神龙二号是一台三脉冲强流脉冲电子束直线感应加速器，就其多脉冲的电子束束参数的测量而言，基本要求是单个脉冲可分辨，进一步的要求是脉冲内时间可分辨。基于光学渡越辐射原理及瞬态发射度测量系统原理，发展了一种束斑与发散角可以分开测量的光学布局结构，结合多台高速分幅相机，成功研制了一套完整的多脉冲电子束束参数的测量系统，其特点是灵活的组合测量方式，全面满足了神龙二号复杂艰难的调试及参数测量工作要求。测量系统最高时间分辨测量能力达到约2 ns的水平，单个脉冲可以获得至少8个时间分辨的束参数测量结果。
2016, 28: 089001.
doi: 10.11884/HPLPB201628.150690
摘要:
针对铝锂合金激光焊接产生的成形不良和气孔缺陷，探究不同焊接位置对焊缝成形及气孔的影响，并对比分析不同焊接位置熔池受力状态、熔融金属流动和小孔动态行为，解释缺陷形成及其抑制机理。研究发现：不同焊接位置熔池受力状态和熔融金属流动决定焊缝成形。平焊时焊缝成形差、下榻严重；横焊时背面焊缝不连续，有飞溅；立向上焊时背面焊缝内凹严重；立向下焊可得到最优焊缝成形和最优的气孔缺陷。焊缝气孔受小孔动态行为影响，不同焊接位置气孔随热输入的变化规律一致，气孔先增后减，在仅熔池透状态下有气孔最大值。立上焊时小孔不稳定，焊缝气孔多且分布杂乱；立向下焊时小孔稳定性高，气孔最少，主要分布在焊缝中心线上。
针对铝锂合金激光焊接产生的成形不良和气孔缺陷，探究不同焊接位置对焊缝成形及气孔的影响，并对比分析不同焊接位置熔池受力状态、熔融金属流动和小孔动态行为，解释缺陷形成及其抑制机理。研究发现：不同焊接位置熔池受力状态和熔融金属流动决定焊缝成形。平焊时焊缝成形差、下榻严重；横焊时背面焊缝不连续，有飞溅；立向上焊时背面焊缝内凹严重；立向下焊可得到最优焊缝成形和最优的气孔缺陷。焊缝气孔受小孔动态行为影响，不同焊接位置气孔随热输入的变化规律一致，气孔先增后减，在仅熔池透状态下有气孔最大值。立上焊时小孔不稳定，焊缝气孔多且分布杂乱；立向下焊时小孔稳定性高，气孔最少，主要分布在焊缝中心线上。
