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RSS2023年 35卷 第9期
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2023, 35: 091001.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230007
2023, 35: 091013.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230220
2023, 35: 091004.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230258
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2023, 35: 091001.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230007
摘要:
从惯性约束聚变（ICF）装置中靶场关键材料易受辐照损伤、从而限制材料使用寿命和装置稳定运行的现实问题出发，总结归纳了有关不锈钢、铝合金、终端光学组件三大类靶场关键材料的辐照效应研究进展，详细介绍了靶室内高能中子束、γ射线、X射线等高能粒子和射线引起靶室第一壁材料出现烧蚀、中子活化等辐照损伤问题，以及靶室环境对关键材料的影响和防护处理。此外，还阐述了打靶试验中所产生的复杂辐射环境、基频与三倍频激光对靠近靶室的终端光学组件所产生的各类辐照损伤现象和相关作用机理。
2023, 35: 091002.
doi: 10.11884/HPLPB202335.220405
摘要:
针对基于强光元件高精度面形在位检测需求，开展了面形测量误差敏感因素仿真分析，进行了系统结构误差和温度误差对测量结果的影响研究，分析各类误差对测量面形误差的具体影响，设计并搭建在位检测系统，开展系统温度变化、系统重复性、系统稳定性等测量实验。研究结果表明：所建立的逆向哈特曼仿真检测模型可用于平面、球面、非球面、自由曲面等各类型被测面，各类影响因素对测量结果的影响主要体现在低频误差上，对高频误差的影响相对较小，搭建的在位检测系统6 h内测量面形误差PV值最大不超过68 nm（约λ/10），RMS值最大不超过15 nm（约λ/40）。
针对基于强光元件高精度面形在位检测需求，开展了面形测量误差敏感因素仿真分析，进行了系统结构误差和温度误差对测量结果的影响研究，分析各类误差对测量面形误差的具体影响，设计并搭建在位检测系统，开展系统温度变化、系统重复性、系统稳定性等测量实验。研究结果表明：所建立的逆向哈特曼仿真检测模型可用于平面、球面、非球面、自由曲面等各类型被测面，各类影响因素对测量结果的影响主要体现在低频误差上，对高频误差的影响相对较小，搭建的在位检测系统6 h内测量面形误差PV值最大不超过68 nm（约λ/10），RMS值最大不超过15 nm（约λ/40）。
2023, 35: 091013.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230220
摘要:
当前，光纤激光器工作温度范围一般较窄，如果能够扩展激光器的工作温度范围，则有望在更多的环境和领域得到应用。近期，国防科技大学基于风冷结构的光纤耦合半导体激光器（LD）泵浦的全光纤振荡器方案，在−50～50 ℃超宽温范围内实现了1 kW量级的激光输出。通过优化系统设计，有望进一步提升宽温运行激光器的输出功率。
2023, 35: 091004.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230258
摘要:
高功率窄线宽光纤激光器在相干合成、光谱合成以及非线性频率转换等领域发挥了重要的作用，吸引了大量国内外研究人员的广泛关注。近年来，华中科技大学武汉光电国家研究中心光纤激光技术团队持续进行优秀的国产化高功率窄线宽线偏振光纤激光技术的研究工作，2022年，课题组采用基于振荡器的种子源加自研的保偏掺镱光纤先后实现单正向1.2 kW和单反向3.2 kW的线偏振窄线宽光纤激光输出。近期，课题组进一步优化保偏掺镱光纤的掺杂组分，并改良振荡器种子源设计来抑制窄线宽保偏放大过程中的TMI和受激布里渊散射（SBS）效应，最终实现了输出功率4.1 kW的窄线宽线偏振全光纤激光输出。
2023, 35: 091005.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230069
摘要:
论证了单晶体光参量放大（OPA）过程在特定边界条件下满足频域宇称-时间（PT）反对称性。归一化的数值求解结果显示，OPA系统PT对称阈值点附近呈现增益跃变性质。对于存在位相失配的OPA，通过实时调控泵浦光强，即可控制系统PT对称性，论文基于相位失配OPA中可超快调控PT对称性的特性构建了超快光开关，一方面光开关与周期性幅度调制的泵浦光联合使用，可直接将连续激光转换为超短脉冲序列输出；另一方面，构建的光开关也可用于脉冲激光再压缩，有望用于中红外波等长波段超短种子源。论文提出的基于超快光开关直接产生超短脉冲序列的方案，由于不需要光学谐振腔，易于实现大于10 GHz的超高重复频率。
论证了单晶体光参量放大（OPA）过程在特定边界条件下满足频域宇称-时间（PT）反对称性。归一化的数值求解结果显示，OPA系统PT对称阈值点附近呈现增益跃变性质。对于存在位相失配的OPA，通过实时调控泵浦光强，即可控制系统PT对称性，论文基于相位失配OPA中可超快调控PT对称性的特性构建了超快光开关，一方面光开关与周期性幅度调制的泵浦光联合使用，可直接将连续激光转换为超短脉冲序列输出；另一方面，构建的光开关也可用于脉冲激光再压缩，有望用于中红外波等长波段超短种子源。论文提出的基于超快光开关直接产生超短脉冲序列的方案，由于不需要光学谐振腔，易于实现大于10 GHz的超高重复频率。
2023, 35: 091006.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230079
摘要:
提出了一种基于激光尾波场加速电子诱导光核嬗变的优化方案并开展了135Cs光核嬗变的数值模拟研究。蒙特卡罗模拟研究发现随着电子能量的增加，嬗变产额逐渐趋于饱和，单位能量电子的嬗变效率在40 MeV附近时存在峰值，半高处能量为20、120 MeV。为了提升半高处能量内的电子电量从而优化嬗变产额，使用粒子模拟程序研究了超短超强激光在气体等离子体中的传输过程。研究结果发现，随着等离子体密度的降低，尾波场加速的电子能量逐渐升高，但是电荷量逐渐减少，并且圆偏振激光加速的电子能量和电荷量均优于线偏振激光。通过调整等离子体密度和激光偏振，发现在圆偏振激光和特定等离子体密度条件下，存在嬗变产额的最优值。利用电导率等效方法对345 GHz折叠波导行波管中的电磁信号的传输损耗进行了仿真研究，考察了流通管孔径、加工粗糙度等对冷腔传输损耗的影响，流通管孔径较大或加工粗糙度较大都会导致电磁信号传输衰减严重。还模拟分析了热腔中电磁信号衰减对慢波结构净增益、带宽、最佳周期数等器件特征参数的影响，结果显示，电磁信号衰减会使得增益下降和带宽降低。
提出了一种基于激光尾波场加速电子诱导光核嬗变的优化方案并开展了135Cs光核嬗变的数值模拟研究。蒙特卡罗模拟研究发现随着电子能量的增加，嬗变产额逐渐趋于饱和，单位能量电子的嬗变效率在40 MeV附近时存在峰值，半高处能量为20、120 MeV。为了提升半高处能量内的电子电量从而优化嬗变产额，使用粒子模拟程序研究了超短超强激光在气体等离子体中的传输过程。研究结果发现，随着等离子体密度的降低，尾波场加速的电子能量逐渐升高，但是电荷量逐渐减少，并且圆偏振激光加速的电子能量和电荷量均优于线偏振激光。通过调整等离子体密度和激光偏振，发现在圆偏振激光和特定等离子体密度条件下，存在嬗变产额的最优值。利用电导率等效方法对345 GHz折叠波导行波管中的电磁信号的传输损耗进行了仿真研究，考察了流通管孔径、加工粗糙度等对冷腔传输损耗的影响，流通管孔径较大或加工粗糙度较大都会导致电磁信号传输衰减严重。还模拟分析了热腔中电磁信号衰减对慢波结构净增益、带宽、最佳周期数等器件特征参数的影响，结果显示，电磁信号衰减会使得增益下降和带宽降低。
2023, 35: 091007.
doi: 10.11884/HPLPB202335.220422
摘要:
为提高X射线探测器的标定精度，在荧光X射线源的基础上，提出在荧光X射线出射通道设置滤光片的方法提高X射线纯度。通过蒙特卡罗建立仿真模型，分析了辐射体发生K层光电效应的概率与原子序数的关系，并得到荧光强度和纯度随滤光片厚度的变化曲线。在大气环境下，采用硅漂移半导体探测器测试了荧光X射线源的能谱分布和光子流量，分析X射线管管电压对光子流量和荧光纯度的影响。在辐射体材料为铜，滤光片(镍)厚度为0 μm、10 μm和30 μm时，测得的荧光X射线纯度分别为75.61%、85.38%和84.25%，光子流量分别为3425 phs/s、2023 phs/s和1192 phs/s，确认了滤光片厚度对荧光X射线纯度和强度的影响，为解决荧光X射线光源单色性不足难以对X射线探测器进行高精度标定的问题提供了方向。
为提高X射线探测器的标定精度，在荧光X射线源的基础上，提出在荧光X射线出射通道设置滤光片的方法提高X射线纯度。通过蒙特卡罗建立仿真模型，分析了辐射体发生K层光电效应的概率与原子序数的关系，并得到荧光强度和纯度随滤光片厚度的变化曲线。在大气环境下，采用硅漂移半导体探测器测试了荧光X射线源的能谱分布和光子流量，分析X射线管管电压对光子流量和荧光纯度的影响。在辐射体材料为铜，滤光片(镍)厚度为0 μm、10 μm和30 μm时，测得的荧光X射线纯度分别为75.61%、85.38%和84.25%，光子流量分别为3425 phs/s、2023 phs/s和1192 phs/s，确认了滤光片厚度对荧光X射线纯度和强度的影响，为解决荧光X射线光源单色性不足难以对X射线探测器进行高精度标定的问题提供了方向。
2023, 35: 091008.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230127
摘要:
通过小角度V形腔外腔光谱合束将两个808 nm半导体激光器合束，提高半导体激光器的输出功率及光束质量。两个合束单元分别工作在795.8 nm和800.5 nm，将所获光束通过非线性光学方法进行频率转换。外腔光谱合束实现输出功率为6.5 W快慢轴光束质量M2=2.2×18.5的光束输出，所获光束慢轴M2因子相较于自由运转单管激光器提高了30%，外腔光谱合束效率为83%。基于所获光源，实现了半导体激光器小角度V形腔外腔光谱合束和频，获得输出功率为18.3 mW波长为401.0 nm的蓝光输出，和频效率为0.28%。
通过小角度V形腔外腔光谱合束将两个808 nm半导体激光器合束，提高半导体激光器的输出功率及光束质量。两个合束单元分别工作在795.8 nm和800.5 nm，将所获光束通过非线性光学方法进行频率转换。外腔光谱合束实现输出功率为6.5 W快慢轴光束质量M2=2.2×18.5的光束输出，所获光束慢轴M2因子相较于自由运转单管激光器提高了30%，外腔光谱合束效率为83%。基于所获光源，实现了半导体激光器小角度V形腔外腔光谱合束和频，获得输出功率为18.3 mW波长为401.0 nm的蓝光输出，和频效率为0.28%。
2023, 35: 092001.
doi: 10.11884/HPLPB202335.220363
摘要:
400 mm口径片状放大器增益性能退化是国内外惯性约束聚变（ICF）激光装置长期运行所面临的主要问题之一，直接影响激光装置的输出能力与光束质量。对造成片状放大器增益退化的因素开展了分析，建立了各因素的归一化理论分析模型，并利用2组九片长的400 mm口径4×2组合式片状放大器系统开展了实验研究，无维护策略条件下经过10年、3 000发次运行后增益性能平均退化了10.2%，符合理论预期。以此制定了大口径片状放大器的维护策略，实现了系统长期的增益性能退化率优于1.5%，满足ICF激光装置长期运行要求。
400 mm口径片状放大器增益性能退化是国内外惯性约束聚变（ICF）激光装置长期运行所面临的主要问题之一，直接影响激光装置的输出能力与光束质量。对造成片状放大器增益退化的因素开展了分析，建立了各因素的归一化理论分析模型，并利用2组九片长的400 mm口径4×2组合式片状放大器系统开展了实验研究，无维护策略条件下经过10年、3 000发次运行后增益性能平均退化了10.2%，符合理论预期。以此制定了大口径片状放大器的维护策略，实现了系统长期的增益性能退化率优于1.5%，满足ICF激光装置长期运行要求。
2023, 35: 092002.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230170
摘要:
针对大型激光装置精密装校过程中的智能装配调度问题，提出一种基于人工神经网络的调度优先规则获取方法。该方法离线阶段通过遗传算法对典型算例进行优化求解，从优化解中抽取任务比较轨迹及特征数据，采用人工神经网络学习生成任务优先模型；在线阶段基于该模型构建闭环调度决策模式，实现动态不确定生产环境下的快速响应与精准决策。数据实验和实际应用案例验证了该方法的有效性，随着光机模块数量增加，ANN调度算法的优势更加明显，ANN调度算法和GA算法二者优化结果小于6%时，前者的计算效率是后者的400倍以上。
针对大型激光装置精密装校过程中的智能装配调度问题，提出一种基于人工神经网络的调度优先规则获取方法。该方法离线阶段通过遗传算法对典型算例进行优化求解，从优化解中抽取任务比较轨迹及特征数据，采用人工神经网络学习生成任务优先模型；在线阶段基于该模型构建闭环调度决策模式，实现动态不确定生产环境下的快速响应与精准决策。数据实验和实际应用案例验证了该方法的有效性，随着光机模块数量增加，ANN调度算法的优势更加明显，ANN调度算法和GA算法二者优化结果小于6%时，前者的计算效率是后者的400倍以上。
2023, 35: 092003.
doi: 10.11884/HPLPB202335.220406
摘要:
在间接驱动激光聚变研究中，平响应X射线二极管是X射线辐射能流测量的主要探测器。为了获得理想的平响应效果，采用传统方法需要花费大量时间优化二极管的复合滤片参数，为此引入了粒子群优化算法，将之用于平响应X射线二极管复合滤片参数的优化，该方法可更快捷、更准确地得到复合滤片的优化参数。提出了新的滤片组合方式，并优化其平响应特性，得到了比传统滤片组合更优的参数配比。该项工作为平响应X射线二极管复合滤片参数的寻优提供了一种更高效的方法。
在间接驱动激光聚变研究中，平响应X射线二极管是X射线辐射能流测量的主要探测器。为了获得理想的平响应效果，采用传统方法需要花费大量时间优化二极管的复合滤片参数，为此引入了粒子群优化算法，将之用于平响应X射线二极管复合滤片参数的优化，该方法可更快捷、更准确地得到复合滤片的优化参数。提出了新的滤片组合方式，并优化其平响应特性，得到了比传统滤片组合更优的参数配比。该项工作为平响应X射线二极管复合滤片参数的寻优提供了一种更高效的方法。
2023, 35: 093001.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230058
摘要:
针对高功率微波器件的低磁场小型化发展需求，设计了工作在S波段的低磁场紧凑型相对论磁控管，建立了三维仿真模型。设计衍射输出结构，输出模式为TE11模。在圆波导中TE11模具有最小的截止半径，因此选取TE11模输出比高阶模输出具有更小的波导半径。分析了磁控管的输出性能随磁场、输出波导半径和倾斜角的变化规律。在磁场0.34 T、电压352 kV条件下，模拟仿真结果显示磁控管输出功率达到567 MW，功率转换效率为62.5%，在频率为2.37 GHz时波导半径仅为77.5 mm。
针对高功率微波器件的低磁场小型化发展需求，设计了工作在S波段的低磁场紧凑型相对论磁控管，建立了三维仿真模型。设计衍射输出结构，输出模式为TE11模。在圆波导中TE11模具有最小的截止半径，因此选取TE11模输出比高阶模输出具有更小的波导半径。分析了磁控管的输出性能随磁场、输出波导半径和倾斜角的变化规律。在磁场0.34 T、电压352 kV条件下，模拟仿真结果显示磁控管输出功率达到567 MW，功率转换效率为62.5%，在频率为2.37 GHz时波导半径仅为77.5 mm。
2023, 35: 094001.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230090
摘要:
提出基于束流相空间拍频产生锁模多色自由电子激光的方案，利用带有能量啁啾的电子束流和上海软X射线自由电子激光装置（SXFEL）上的两个调制段-色散段结构，在束流中通过拍频形成多个流强脉冲串，并在此基础上进行高次谐波辐射，产生锁模多色自由电子激光辐射脉冲。模拟结果表明，利用264 nm的种子激光，可在束流中形成18次谐波的群聚分量，并能最终产生中心波长约14.58 nm 的锁模多色FEL辐射。
提出基于束流相空间拍频产生锁模多色自由电子激光的方案，利用带有能量啁啾的电子束流和上海软X射线自由电子激光装置（SXFEL）上的两个调制段-色散段结构，在束流中通过拍频形成多个流强脉冲串，并在此基础上进行高次谐波辐射，产生锁模多色自由电子激光辐射脉冲。模拟结果表明，利用264 nm的种子激光，可在束流中形成18次谐波的群聚分量，并能最终产生中心波长约14.58 nm 的锁模多色FEL辐射。
2023, 35: 094002.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230144
摘要:
为了高效地对直线加速器输出束流能量进行调节，设计了合肥光源（HLS-II）直线加速器束流能量调节方案。该方案在调试阶段通过能谱分析系统观察束团状态并测量束流能量，储存环注入阶段使用3个束流位置探测器（BPM）对束流能量进行在线测量；使用自动相位扫描程序对速调管输出相位进行扫描，获得各加速段的能量增益公式；定量调节速调管的输出相位和高压，实现直线加速器输出束流能量的快速调节。在线应用结果表明，该方案能快速实现束流能量调节，调节后的束流具有良好品质，束流横向能散小于0.22%，注入速率明显改善。
为了高效地对直线加速器输出束流能量进行调节，设计了合肥光源（HLS-II）直线加速器束流能量调节方案。该方案在调试阶段通过能谱分析系统观察束团状态并测量束流能量，储存环注入阶段使用3个束流位置探测器（BPM）对束流能量进行在线测量；使用自动相位扫描程序对速调管输出相位进行扫描，获得各加速段的能量增益公式；定量调节速调管的输出相位和高压，实现直线加速器输出束流能量的快速调节。在线应用结果表明，该方案能快速实现束流能量调节，调节后的束流具有良好品质，束流横向能散小于0.22%，注入速率明显改善。
2023, 35: 095001.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230075
摘要:
输出高电压等级的同时，为实现Tesla变压器的小型化、轻量化设计，研究了0.5 MPa SF6气体环境中支撑绝缘子沿面闪络特性与表面电场的关系，利用有限元法建立了Tesla变压器的电场仿真模型，结合实验研究分析了支撑绝缘子沿面闪络过程，阐明了Tesla变压器关键绝缘部件的场等效实验方法和结论，根据上述分析优化支撑绝缘子结构。优化后的支撑绝缘子凹侧沿面电场最大值下降约81.5%，切向电场强度平均值降低约10.3%，法向电场强度平均值降低约30%，沿面距离增长11.8%，电场不均系数从5.03下降为1.20，电场分布改善明显，预计可以耐受1 MV负极性微秒脉冲电压。
输出高电压等级的同时，为实现Tesla变压器的小型化、轻量化设计，研究了0.5 MPa SF6气体环境中支撑绝缘子沿面闪络特性与表面电场的关系，利用有限元法建立了Tesla变压器的电场仿真模型，结合实验研究分析了支撑绝缘子沿面闪络过程，阐明了Tesla变压器关键绝缘部件的场等效实验方法和结论，根据上述分析优化支撑绝缘子结构。优化后的支撑绝缘子凹侧沿面电场最大值下降约81.5%，切向电场强度平均值降低约10.3%，法向电场强度平均值降低约30%，沿面距离增长11.8%，电场不均系数从5.03下降为1.20，电场分布改善明显，预计可以耐受1 MV负极性微秒脉冲电压。
2023, 35: 095002.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230168
摘要:
为测量4 MV感应电压叠加器的电压，设计和标定了多个D-dot电压探头。频响测试结果表明探头频率上限大于270 MHz，满足待测电压信号频率响应需求。标定中，由于分压器与探头的安装位置不同，为了避免传输线阻抗失配导致快前沿电压信号在不同测量点的电压波形差异，采用前沿数百纳秒的脉冲信号开展标定。由于探头的低频特性同时满足标定与实测的需求，因而标定的准确性得以保证。考虑装配结构及精度对探头灵敏度的直接影响，次级电压探头采取了在感应腔逐级安装过程中的在线标定方法。由于靠近二极管的电压探头受到电子等影响导致波形畸变，因此直接测量负载电压存在困难。4 MV装置的多发实验结果表明，输出端传输线上电压波形与其下游位置电压波形之差，与用两者之间电感计算的电压波形相吻合，说明采用二极管上游电压探头的测量结果来计算二极管电压是行之有效的。
为测量4 MV感应电压叠加器的电压，设计和标定了多个D-dot电压探头。频响测试结果表明探头频率上限大于270 MHz，满足待测电压信号频率响应需求。标定中，由于分压器与探头的安装位置不同，为了避免传输线阻抗失配导致快前沿电压信号在不同测量点的电压波形差异，采用前沿数百纳秒的脉冲信号开展标定。由于探头的低频特性同时满足标定与实测的需求，因而标定的准确性得以保证。考虑装配结构及精度对探头灵敏度的直接影响，次级电压探头采取了在感应腔逐级安装过程中的在线标定方法。由于靠近二极管的电压探头受到电子等影响导致波形畸变，因此直接测量负载电压存在困难。4 MV装置的多发实验结果表明，输出端传输线上电压波形与其下游位置电压波形之差，与用两者之间电感计算的电压波形相吻合，说明采用二极管上游电压探头的测量结果来计算二极管电压是行之有效的。
2023, 35: 096001.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230051
摘要:
钠冷快堆燃料棒表面缠绕的绕丝能够强化通道间的冷却剂横向流动，降低组件盒内温度分布的不均匀性，提升反应堆安全性。现有的子通道程序通过采用不同类型的绕丝交混模型，模拟了绕丝对组件盒内各类参数计算结果的影响。为了研究不同绕丝交混模型对钠冷快堆组件盒内流动与传热模拟的影响，基于Mikityuk对流传热模型以及Cheng-Todreas流动压降模型，分别采用强迫横流模型以及带绕丝湍流交混模型建立了子通道分析方法，并与美国ORNL开展的FFM-2A实验数据以及其他子通道程序针对该实验的分析结果进行了对比验证。结果表明在低流量条件下两种模型均能较好模拟带绕丝组件的流动与传热情况；在高流量条件下使用强迫横流模型分析结果与实验符合较好，使用带绕丝湍流交混模型的分析结果高估了靠近中心通道的出口冷却剂温度。
钠冷快堆燃料棒表面缠绕的绕丝能够强化通道间的冷却剂横向流动，降低组件盒内温度分布的不均匀性，提升反应堆安全性。现有的子通道程序通过采用不同类型的绕丝交混模型，模拟了绕丝对组件盒内各类参数计算结果的影响。为了研究不同绕丝交混模型对钠冷快堆组件盒内流动与传热模拟的影响，基于Mikityuk对流传热模型以及Cheng-Todreas流动压降模型，分别采用强迫横流模型以及带绕丝湍流交混模型建立了子通道分析方法，并与美国ORNL开展的FFM-2A实验数据以及其他子通道程序针对该实验的分析结果进行了对比验证。结果表明在低流量条件下两种模型均能较好模拟带绕丝组件的流动与传热情况；在高流量条件下使用强迫横流模型分析结果与实验符合较好，使用带绕丝湍流交混模型的分析结果高估了靠近中心通道的出口冷却剂温度。
2023, 35: 096002.
doi: 10.11884/HPLPB202335.220376
摘要:
通过提出双电子共振吸收模型，解释了激光与半导体材料相互作用时材料吸收光子的物理机制，分析了温度、掺杂数密度对吸收系数的影响；结合热峰模型，将激光的能量注入视为热源，计算出了激光入射时材料中电子温度的时空演化，通过费米狄拉克分布计算出自由电荷数密度分布，得到了电荷激发过程的计算模型，模拟了激光诱发单粒子翻转的过程。模拟结果表明，激光能量与激发电荷总量的关系是非线性的，这意味着激光能量与粒子的线性能量传输之间为非线性对应关系，与实验结果相符。
通过提出双电子共振吸收模型，解释了激光与半导体材料相互作用时材料吸收光子的物理机制，分析了温度、掺杂数密度对吸收系数的影响；结合热峰模型，将激光的能量注入视为热源，计算出了激光入射时材料中电子温度的时空演化，通过费米狄拉克分布计算出自由电荷数密度分布，得到了电荷激发过程的计算模型，模拟了激光诱发单粒子翻转的过程。模拟结果表明，激光能量与激发电荷总量的关系是非线性的，这意味着激光能量与粒子的线性能量传输之间为非线性对应关系，与实验结果相符。
2023, 35: 099001.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230042
摘要:
设计研制智能型多功能激光防护镜与自动探测告警一体化复合装置，主要用于各类激光辐射人眼损伤的防护和预警。对防护镜和探测告警系统及智能化复合防护技术进行研究和性能测试，利用防护镜与告警装置的信号互联和联动作用，使防护镜双镜复合，并发出告警信号。结果表明，当激光防护告警复合装置探测到激光入侵时均能以不同方式发出各种告警信号和复合防护响应，包括不同颜色灯光闪烁、音响和振动告警，驱使两个防护镜单元镜组复合，对532 nm、1 064 nm、470 nm、808 nm和700～2 000 nm特定波长激光和超连续谱激光进行有效防护，可通过无线信号互联实现集群联动告警和防护。该激光防护镜与探测告警复合装置具有智能化、模块化、多功能集成的特点，各项性能符合设计要求。
设计研制智能型多功能激光防护镜与自动探测告警一体化复合装置，主要用于各类激光辐射人眼损伤的防护和预警。对防护镜和探测告警系统及智能化复合防护技术进行研究和性能测试，利用防护镜与告警装置的信号互联和联动作用，使防护镜双镜复合，并发出告警信号。结果表明，当激光防护告警复合装置探测到激光入侵时均能以不同方式发出各种告警信号和复合防护响应，包括不同颜色灯光闪烁、音响和振动告警，驱使两个防护镜单元镜组复合，对532 nm、1 064 nm、470 nm、808 nm和700～2 000 nm特定波长激光和超连续谱激光进行有效防护，可通过无线信号互联实现集群联动告警和防护。该激光防护镜与探测告警复合装置具有智能化、模块化、多功能集成的特点，各项性能符合设计要求。
2023, 35: 099002.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230080
摘要:
当目标远离红外系统，其在成像图像上的尺寸较小且信息量较少，使得小目标的持续精确定位成为一项有挑战性的问题。针对这一问题，在相关滤波跟踪框架上，引入能够区分红外弱小目标边缘信息与杂波噪声的侧窗图像滤波方法，提出了一种弱小目标跟踪算法。具体来说，首先利用时空正则化的相关滤波跟踪模型，对目标位置附近更大范围的背景进行考虑。然后，利用侧窗滤波对当前局部搜索区域进行侧窗滤波处理，达到了保留边缘效果的同时剔除了图像噪声。最后，通过原始图像与滤波后图像作差，降低了背景边缘对目标定位错误的影响，并实现小目标状态估计。为验证本文所提算法性能，采用六组红外真实弱小目标图像序列进行实验，并与核相关滤波、空间正则化的相关滤波，以及时空正则化的相关滤波等经典算法作比较。实验结果表明，所提算法在多组复杂背景的图像序列上，获得了较高的跟踪精度，验证了所提算法能有效应对红外弱小目标跟踪任务中的快速运动、低分辨率和强背景杂波等问题。
当目标远离红外系统，其在成像图像上的尺寸较小且信息量较少，使得小目标的持续精确定位成为一项有挑战性的问题。针对这一问题，在相关滤波跟踪框架上，引入能够区分红外弱小目标边缘信息与杂波噪声的侧窗图像滤波方法，提出了一种弱小目标跟踪算法。具体来说，首先利用时空正则化的相关滤波跟踪模型，对目标位置附近更大范围的背景进行考虑。然后，利用侧窗滤波对当前局部搜索区域进行侧窗滤波处理，达到了保留边缘效果的同时剔除了图像噪声。最后，通过原始图像与滤波后图像作差，降低了背景边缘对目标定位错误的影响，并实现小目标状态估计。为验证本文所提算法性能，采用六组红外真实弱小目标图像序列进行实验，并与核相关滤波、空间正则化的相关滤波，以及时空正则化的相关滤波等经典算法作比较。实验结果表明，所提算法在多组复杂背景的图像序列上，获得了较高的跟踪精度，验证了所提算法能有效应对红外弱小目标跟踪任务中的快速运动、低分辨率和强背景杂波等问题。
2023, 35: 099003.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230071
摘要:
针对高热流密度固体激光器的散热问题，借助微机电系统（MEMS）技术，利用微通道/热源协同设计方法，换热器采用连续S型微通道，并利用歧管形成分层分段流动，研制出了一套微型紧凑的嵌入式歧管S型微通道散热器，并开展了实验研究。使用HFE-7100作为冷却工质，在发热面局部最高温度小于100 ℃、平均温升小于45 ℃的情况下，两相时可带走625 W/cm2的热通量，相比传统的歧管矩形微通道散热器提高了12%，但流阻增大了约56%；利用数值模拟方法，通过改变S型的振幅和波长，根据发热面平均温度、换热面平均努塞尔数、压降和综合性能因子来评估S型微通道散热器的结构参数对其散热能力和流动阻力的影响，寻找S型微通道的最优结构设计参数组合。结果表明该散热器的综合性能因子在一个特定的S型形状下存在最佳值。
针对高热流密度固体激光器的散热问题，借助微机电系统（MEMS）技术，利用微通道/热源协同设计方法，换热器采用连续S型微通道，并利用歧管形成分层分段流动，研制出了一套微型紧凑的嵌入式歧管S型微通道散热器，并开展了实验研究。使用HFE-7100作为冷却工质，在发热面局部最高温度小于100 ℃、平均温升小于45 ℃的情况下，两相时可带走625 W/cm2的热通量，相比传统的歧管矩形微通道散热器提高了12%，但流阻增大了约56%；利用数值模拟方法，通过改变S型的振幅和波长，根据发热面平均温度、换热面平均努塞尔数、压降和综合性能因子来评估S型微通道散热器的结构参数对其散热能力和流动阻力的影响，寻找S型微通道的最优结构设计参数组合。结果表明该散热器的综合性能因子在一个特定的S型形状下存在最佳值。
2023, 35: 099004.
doi: 10.11884/HPLPB202335.220360
摘要:
在复杂电磁环境中，磁场干扰是光纤陀螺仪产生误差的主要原因之一。为了减小光纤陀螺仪台体中加热片产生的磁场对陀螺仪精度的影响，设计了双层加热片结构，并采用有限元方法对单、双层加热片上方光纤环位置处的磁场进行对比分析，根据分析结果计算磁场对光纤陀螺仪精度的影响，结果表明：两种加热片在光纤环位置处磁场均为非均匀磁场，光纤环距离加热片较近处的磁通密度呈现环状分布，距离加热片较远处的磁通密度呈中心强周围弱分布；随着光纤环平面与加热片间的距离增加，光纤环平面上单层加热片的磁通密度最大值约为双层加热片的30至122倍；双层加热片磁场对光纤陀螺仪磁敏感相位误差随磁场方向与光纤环之间的角度呈现倾斜正弦变化；单层和双层加热片在光纤环下表面处产生的磁场磁敏感相位误差分别为1.299×10−10 rad和5.572×10−12 rad。以上结果证明了双层加热片磁场对光纤陀螺仪的干扰远小于单层加热片，双层加热片产生的电磁干扰更小，更有利于提升光纤陀螺仪的精度。
在复杂电磁环境中，磁场干扰是光纤陀螺仪产生误差的主要原因之一。为了减小光纤陀螺仪台体中加热片产生的磁场对陀螺仪精度的影响，设计了双层加热片结构，并采用有限元方法对单、双层加热片上方光纤环位置处的磁场进行对比分析，根据分析结果计算磁场对光纤陀螺仪精度的影响，结果表明：两种加热片在光纤环位置处磁场均为非均匀磁场，光纤环距离加热片较近处的磁通密度呈现环状分布，距离加热片较远处的磁通密度呈中心强周围弱分布；随着光纤环平面与加热片间的距离增加，光纤环平面上单层加热片的磁通密度最大值约为双层加热片的30至122倍；双层加热片磁场对光纤陀螺仪磁敏感相位误差随磁场方向与光纤环之间的角度呈现倾斜正弦变化；单层和双层加热片在光纤环下表面处产生的磁场磁敏感相位误差分别为1.299×10−10 rad和5.572×10−12 rad。以上结果证明了双层加热片磁场对光纤陀螺仪的干扰远小于单层加热片，双层加热片产生的电磁干扰更小，更有利于提升光纤陀螺仪的精度。
