固体推进剂燃烧驱动CO2气动激光小信号增益测量

 介绍了固体推进剂燃烧驱动CO₂气动激光小信号增益测量的原理、方法及实验系统,重点说明小信号增益测量光路设计、热敏电阻红外探测器工作原理、增益输出信号滤波和放大电路设计及数据采集系统的硬件配置和软件编制原则,给出典型实验测量结果。实验证明,采用放大法可较为准确的测量固体推进剂燃烧驱动CO₂气动激光小信号增益。     

10kW连续波固体推进剂燃烧驱动CO2气动激光实验研究

 简要介绍了固体推进剂燃烧驱动连续波CO₂气动激光系统的工作原理及其突出特点，对组成10kW实验系统的各主要部件——固体推进剂燃气发生器、超音速掺混室、喷管 排、谐振腔等作了简要说明,利用该实验系统进行了上百次成功的测量或打靶实验,并对主要实验结果进行了总结分析。     

10kW固体推进剂燃烧驱动CO2气动激光数据采集系统

 介绍了10kW固体推进剂燃烧驱动CO₂气动激光的实验装置及数据采集系统,简要描述其结构组成及工作过程,对被测参数测量的方法和数据采集系统的硬件配置、性能及软件的编制原则、方法作了重点说明,并给出典型实验结果。     

高功率LDA紧密环绕抽运Nd:YLF放大器实验研究

 采用高功率LDA紧密环绕抽运10mm×10mm Nd:YLF和两级双程离轴行波放大结构，实现了对5mm×5mm口径激光的放大。分析并实验研究了在不同抽运电流及不同抽运延时条件下，激光放大器及两级双程离轴放大系统小信号增益的规律。实验得到两级双程放大系统的小信号净增益可达600。     

利用辐射光谱法在线测量固体火箭推进剂燃烧温度

针对固体火箭发动机恶劣环境下的高温燃烧测量问题,提出了利用辐射光谱法来开展固体火箭推进剂燃烧温度在线测量的方法,采用200～1 100 nm光纤光谱仪测量了高压实验燃烧器下固体火箭推进剂燃烧火焰辐射光谱,总结了其光谱特性,并基于普朗克定律和光谱拟合方法获得了相应的推进剂燃烧温度,这对固体火箭推进剂燃烧诊断与燃烧机理研究具有重要的参考价值。     

利用辐射光谱法在线测量固体火箭推进剂燃烧温度（英文）

针对固体火箭发动机恶劣环境下的高温燃烧测量问题,提出了利用辐射光谱法来开展固体火箭推进剂燃烧温度在线测量的方法,采用200～1 100nm光纤光谱仪测量了高压实验燃烧器下固体火箭推进剂燃烧火焰辐射光谱,总结了其光谱特性,并基于普朗克定律和光谱拟合方法获得了相应的推进剂燃烧温度,这对固体火箭推进剂燃烧诊断与燃烧机理研究具有重要的参考价值。     

磁约束放电CO激光模型

建立了磁约束放电CO激光的模型.在该模型下分析、计算了CO气体放电系统电子的能量分布 函数;CO分子的电子碰撞激发概率以及CO分子的振动-振动(V-V),振动-平动(V-T)激发概率 ;CO分子各振动态的布居数分布和对应的小信号激光增益系数.研究表明,由于磁场的加入C O分子振动态布居数分布出现凹陷.在该区域获得了更大激光的小信号增益. 关键词： CO激光 磁约束 布居数 小信号增益 激发系数     

固体火箭发动机羽流辐射光谱测温方法研究

固体火箭发动机羽流具有高温、高速与强辐射特征,羽流温度是发动机工作状态与性能的重要表征参数。准确测量固体火箭发动机羽流温度对了解发动机内部燃烧情况以及发动机综合性能具有重要的参考价值。随着激光与光谱学的发展,激光光谱技术逐步应用于固体推进剂燃烧及发动机羽流温度测量。辐射光谱测温法通过测量火焰辐射光谱来实现温度的非接触在线测量,具有测温范围宽、响应快及可靠性高等优点,可应用于固体火箭发动机羽流温度测量。在此提出了基于火焰辐射光谱的固体火箭发动机羽流温度测量方法,采用350～1 000 nm波段光纤光谱仪搭建了发动机羽流火焰辐射光谱测量系统,利用标准辐射黑体炉开展光谱仪响应系数标定,获得响应系数随波长的变化曲线,并以此用作羽流辐射光谱数据修正。之后将该测量系统应用于标准Φ118固体火箭发动机地面试验,开展典型12%铝质量含量推进剂发动机羽流辐射光谱实验测量,选取不同时刻羽流辐射光谱分析了发动机羽流辐射光谱特征,并利用双色法灰性判断原理对羽流火焰灰体特性进行讨论,验证在675～745 nm波段发动机羽流火焰辐射可近似认为灰体,该波段辐射率随波长变化最大相对偏差为4.01%,相对均方差为1.53%。因此,基于普朗克辐射定律开展辐射光谱拟合参数获得不同时刻羽流温度与辐射率参数,并讨论测量结果与发动机工作状态的关系。最后,开展12%,15%与19%铝质量含量的不同推进剂配方固体火箭发动机羽流辐射光谱测量,将辐射光谱法温度测量值与理论热力计算值进行比较,两者最大偏差值为5.40%,讨论了不同铝含量推进剂发动机羽流辐射光谱特征,并结合温度与辐射率测量结果,分析了固体推进剂铝含量对辐射光谱、羽流温度及辐射率的影响。通过固体火箭发动机羽流辐射光谱测温方法研究,为固体火箭发动机性能评估及推进剂配方优化等研究提供了有效的羽流参数测量手段。分析获得的推进剂铝含量对发动机羽流辐射光谱、温度及辐射率参数的影响,为降低固体发动机羽流特征信号提供了重要的实验数据支撑。     

固体火箭发动机羽流辐射光谱测温方法研究（英文）

固体火箭发动机羽流具有高温、高速与强辐射特征,羽流温度是发动机工作状态与性能的重要表征参数。准确测量固体火箭发动机羽流温度对了解发动机内部燃烧情况以及发动机综合性能具有重要的参考价值。随着激光与光谱学的发展,激光光谱技术逐步应用于固体推进剂燃烧及发动机羽流温度测量。辐射光谱测温法通过测量火焰辐射光谱来实现温度的非接触在线测量,具有测温范围宽、响应快及可靠性高等优点,可应用于固体火箭发动机羽流温度测量。在此提出了基于火焰辐射光谱的固体火箭发动机羽流温度测量方法,采用350～1 000 nm波段光纤光谱仪搭建了发动机羽流火焰辐射光谱测量系统,利用标准辐射黑体炉开展光谱仪响应系数标定,获得响应系数随波长的变化曲线,并以此用作羽流辐射光谱数据修正。之后将该测量系统应用于标准?118固体火箭发动机地面试验,开展典型12%铝质量含量推进剂发动机羽流辐射光谱实验测量,选取不同时刻羽流辐射光谱分析了发动机羽流辐射光谱特征,并利用双色法灰性判断原理对羽流火焰灰体特性进行讨论,验证在675～745 nm波段发动机羽流火焰辐射可近似认为灰体,该波段辐射率随波长变化最大相对偏差为4.01%,相对均方差为1.53%。因此,基于普朗克辐射定律开展辐射光谱拟合参数获得不同时刻羽流温度与辐射率参数,并讨论测量结果与发动机工作状态的关系。最后,开展12%, 15%与19%铝质量含量的不同推进剂配方固体火箭发动机羽流辐射光谱测量,将辐射光谱法温度测量值与理论热力计算值进行比较,两者最大偏差值为5.40%,讨论了不同铝含量推进剂发动机羽流辐射光谱特征,并结合温度与辐射率测量结果,分析了固体推进剂铝含量对辐射光谱、羽流温度及辐射率的影响。通过固体火箭发动机羽流辐射光谱测温方法研究,为固体火箭发动机性能评估及推进剂配方优化等研究提供了有效的羽流参数测量手段。分析获得的推进剂铝含量对发动机羽流辐射光谱、温度及辐射率参数的影响,为降低固体发动机羽流特征信号提供了重要的实验数据支撑。     

基于无线通信的激光超声测量系统

激光超声测量技术是一种重要和先进的非接触式超声测量技术.为了减少测量系统各构成部分间的电缆连接,将无线通信技术与激光测量技术的特点相结合,研究了一种激光超声无损测量系统,分析了该测量系统的原理及构成.系统用掺钕钇铝石榴石固体激光器在材料中激励超声波,压电换能器接收超声信号.该信号经系统级芯片MSP430F2274单片机放大、模数转换成数字信号,然后由单片机控制nRF905芯片进行信号的无线传输.接收部分的单片机采用RS-232-C接口标准实现与计算机的串行通信,把信号送入计算机显示记录存储和处理.结果表明该系统实现了激光超声的近程无线测量, 简化了系统的结构,传输性能稳定,对周围电子仪器干扰小,显示了很好的应用前景.     

同轴膜片加载圆波导相对论行波管注-波互作用线性理论研究

 从改善圆盘加载波导作为相对论行波管慢波结构的特性入手，加入同轴内导体，着重研究其小信号理论。利用场匹配法导出了“热”色散方程并计算求解，具体分析了系统的电子注参量及慢波结构几何尺寸对小信号增益及慢波相速的影响,为同轴圆盘加载相对论行波管的设计提供了理论基础。     

Small-signal analysis of a rectangular helix structure traveling-wave-tube

This paper investigates the properties of traveling wave-beam interaction in a rectangular helix traveling-wave-tube (TWT) for a solid sheet electron beam. The `hot' dispersion equation is obtained by means of the self-consistent field theory. The small signal analysis, which includes the effects of the beam parameters and slow-wave structure (SWS) parameters, is carried out by theoretical computation. The numerical results show that the bandwidth and the small-signal gain of the rectangular helix TWT increase as the beam current increases; and the beam voltage not obviously influences the small signal gain. Among different rectangular helix structures, the small-signal gain increases as the width of the rectangular helix SWS increases, however, the bandwidth decreases whether structure parameters a and L or ψ and L are fixed or not. In addition, a comparison of the small-signal gain of this structure with a conventional round helix is made. The presented analysis will be useful for the design of the TWT with a rectangular helix circuit.     

An analysis of the free-electron laser small-signal gain in a resonator gaussian mode

A simplified analysis of the small-signal gain in the presence of a Gaussian mode is presented for several undulator designs. For a filamentary electron beam, an analytical expression of the gain is obtained and found to be in agreement with previous work and with computer simulations. A general expression of the small-signal gain for the optical klystron FEL is given.     

Theory, Design, and Operation of Large-Orbit High-Harmonic Gyroklystron Amplifiers

The high-harmonic gyroklystron is a compact RF amplifier which relies on the synchronous interaction between large-orbit axis-encircling electrons and high-order azimuthal cylindrical cavity TEn11 modes. Because of this unique structure, it offers the promise of moderate- to high-millimeter-wave output power. Experimental results for a fifth-harmonic two-cavity device are compared to both small-signal analytic theory and large-signal numerical calculations which assess gain, bandwidth, sensitivity to longitudinal velocity spread, self-oscillation, and saturation characteristics. Principal theoretical results include the transition to infinite gain as the start-oscillation current threshold is reached as well as the demonstration of the insensitivity of the small-signal gain to parallel velocity spread. The required high-energy rotating electron beam is provided through gyroresonant RF acceleration. To date, over 20 dB of small-signal gain has been achieved at 11.3 GHz in a 1.3-kG magnetic field. The design of a four-cavity configuration is also presented along with simulation of its gain, bandwidth, amplitude modulation (AM) and phase modulation (PM) sensitivity, dependence upon guiding-center spread, and large-signal saturation characteristics. This device has been constructed and initial tests have yielded a gain of 30 dB. Gain in excess of 50 dB is predicted.     

螺旋坐标系下考虑厚度的螺旋线行波管小信号研究(英文)

采用螺旋坐标系对有限厚度的螺旋带行波管进行了注波互作用的线性理论分析,利用自洽场理论得出了此结构中引入电子注后的"热"色散方程,数值计算了其小信号增益,分析了电子注参数和螺旋线厚度对于螺旋线慢波系统的色散特性的影响。结果表明:螺旋线厚度的增加,行波管的小信号增益也会增加,且带宽也略有增加。该结论为高增益宽频带的螺旋线行波管放大器的设计提供了理论基础。     

Theory and experiment of CW dye laser injection locking and its application to second harmonic generation

High-power single-mode operation of a cw ring dye laser has been obtained by injection of cw single-mode radiation. The intracavity power of this system was used to generate tunable single-mode uv radiation by frequency doubling in a temperature phase-matched ADA crystal: up to 45 W intracavity fundamental power and up to 70 mW extracted uv power have been observed. A theoretical treatment of the injection locked cw ring dye laser system is given for the stationary state. Expressions for the intracavity intensities as a function of the small-signal gain and the saturation intensity are derived.     

掺Er3+氟化物光纤振荡器中红外超短脉冲的产生

基于非线性薛定谔方程建立了氟化物(ZrF₄-BaF₂-LaF₃-AlF₃-NaF, ZBLAN)光纤振荡器中产生中红外超短脉冲的理论模型, 在此基础上研究了中红外超短脉冲在氟化物光纤振荡器中形成的物理机理, 数值模拟了氟化物光纤振荡器中中红外超短脉冲的演化过程. 分析了腔内净色散和小信号增益系数对振荡器中锁模脉冲产生的影响, 并给出了参数设置范围. 研究发现: 当掺Er³⁺氟化物光纤长度, 小信号增益系数, 不饱和损耗为一定值时, 腔内净色散在一定范围内才会出现稳定的锁模脉冲, 且随着腔内净色散增加脉冲宽度变宽, 光谱变窄, 峰值功率降低; 当掺Er³⁺氟化物光纤长度及不饱和损耗一定, 腔内净色散量为合理值, 小信号增益系数在合理的范围时可以得到稳定的锁模脉冲, 且随着小信号增益系数的增加脉冲宽度变宽, 光谱变宽, 峰值功率增加.     

Theory of Multicavity Gyrolystron Amplifier Based on a Green's Function Approach

The paper presents an application of a self-consistent field theory for gyrotrons to a multicavity gyroklystron configuration. The coupled RF field equation and the Lorentz equations are solved in the slow-time-scale formulation using a Green's function technique to satisfy appropriate boundary conditions. An analytical expression for the small-signal gain is obtained by the method of successive approximation. The theory has been developed for cylindrical TE°mnl mode as well as rectangular TE·101 mode. The theory is applied to calculate the small-signal performance characteristics of a three-cavity configuration operating with rectangular TE101 mode.     

新型高增益太赫兹折叠波导慢波结构

提出采用分段变参数型折叠波导慢波结构提高器件增益的新方法。结合小信号理论分析和束-波互作用的三维PIC数值模拟,进行分段变参数型慢波结构的理论设计研究。通过0.345 THz两段式折叠波导慢波结构的设计实现和模拟验证,结果证明, 相同的电子注工作条件下,两段式慢波结构的电子转化效率和饱和功率相对于传统均匀型慢波结构提高了94%,并可以推广应用到多段式。