高占空比、高功率线阵二极管激光器封装技术

 对高占空比、高功率线阵二极管激光器的封装技术进行了研究,给出了封装器件性能测试结果：在占空比20%（200μs,1000Hz）时获得峰值功率大于40 W的激光输出,100～1000Hz 重复频率下,输出激光中心波长为 805～808 nm, 谱线宽度3.2～4.2 nm,激光起伏小于 1%。     

高频高变比脉冲变压器耦合固态刚管调制器

调制器输出脉冲宽度存在两种模式,输出脉冲宽度为10μs时,工作频率0~8kHz可调,输出脉冲宽度为200μs时,工作频率0~400Hz可调。为了实现了调制器的小型化,初级电压设计为700V,初级储能电容可采用高储能密度的电解电容,且可降低绝缘栅双极晶体管(IGBT)串联的风险,次级输出电压为70kV,采用变比为100的脉冲变压器。概述其各个组成部分及其工作原理,重点对IGBT固态开关的驱动、保护电路、损耗和吸收回路进行了分析讨论,并对高变比的变压器进行了理论分析。对调制器进行了实验测试,脉冲前沿2.2μs,脉冲后沿1.65μs,过冲小于7%,脉冲顶降小于1%。     

一种固态化瞬态强场测试平台研制

随脉冲功率技术向高重复频率、长寿命等方向发展,储能元件和开关元件在瞬态强场条件下的稳定性能检测十分必要。基于固态开关技术研制了一种百kV,μs时间尺度下的瞬态强场测试平台,主要由高压直流充电电源、初级单元、脉冲变压器、磁脉冲压缩网络、复位系统和测试腔体组成,实现了一体化结构,使用便利。首先,针对电容器测试条件,建立了完整的电路模型,详细设计了系统中各关键参量;然后,利用晶闸管组件作为初级单元控制开关,利用磁开关进行两级脉冲压缩,建立了实验装置;最后,给出了40 nF小批量陶瓷电容器的典型实验测试结果,测试电压50 kV,脉冲宽度1 μs,重复频率10 Hz,运行时间85 min（对应51 000个脉冲）,平台稳定可靠性良好,为后续开展相关测试研究奠定了基础。     

S波段系列干负载的研制

微波组近年来研制了一系列S波段干负载。使用CST对S波段系列干负载进行仿真优化设计,仿真结果在中心频率2856 MHz处电压驻波比均小于1.04,满足电压驻波比小于1.1的频带宽度都大于100MHz。以上所有干负载的实际加工产品低功率测试电压驻波比均小于1.05,其中14介质柱高功率干负载已由韩国完成了高功率测试,测试时在重复频率60Hz,脉冲宽度1μs,速调管输出50.7 MW的情况下,干负载电压驻波比为1.09且工作状态稳定。其他各型干负载也都已安装于国内外加速器上,经过了长时间的稳定运行,性能可靠。     

ZnO薄膜硅微压电矢量水听器

提出了一种基于ZnO压电薄膜的硅微压电矢量水听器,其核心部件是利用微电子机械系统(MEMS)技术制作的悬臂梁结构压电加速度计。由近似解析和有限元分析,得出加速度计的灵敏度和谐振频率,并在此基础上对其进行了优化设计。研制了MEMS压电加速度计,并装配后构成MEMS矢量水听器。测试结果表明:加速度灵敏度在20~1,200 Hz范围内约为0.83 mV/(m/s2)。经过液柱法测量,在1 kHz时,MEMS矢量水听器等效声压灵敏度为-229.5 dB (ref.1V/μPa),比同类型压阻式MEMS矢量水听器的灵敏度高17 dB以上。      

HL-2M装置低杂波钛泵电流监测器的研制

选用Arduino nano开源硬件平台、OLED图形显示器和SD卡等器件,研制了钛泵电流监测器,实现了在非实验期间钛泵电流长期低速采集、存储和趋势图显示功能。同时启用内部中断和外部中断,提升采样频率到1k Hz,拓展了监测器的应用范围。测试结果表明,监测器趋势图与测试信号一致,最大采集误差为0.25μA。     

450kV高功率速调管调制器系统

研制了一套用于新型速调管测试的450 kV高功率调制器系统。根据系统指标分别设计了脉冲变压器、脉冲形成网络以及充电电路等主要部件。同时,针对高功率脉冲开关的要求,对闸流管相关性能进行了比较研究,并对其触发、保护电路作了优化设计。并利用可编程控制器与触摸屏组合方式实现了调制器和速调管的控制与连锁保护。利用电力电子仿真软件Saber对调制器主电路进行了建模与仿真,脉冲电压波形仿真结果与在水负载上进行的满功率试验结果一致:脉冲宽度2.5μs,脉冲前沿1.1μs,脉冲后沿1.7μs。调制器输出脉冲电压450 kV,脉冲电流600 A,满足速调管测试需要。     

电光调Q脉冲串Nd∶YAG激光器研究

设计了一台高能量输出的电光调Q脉冲串Nd∶YAG激光器,可以对脉冲串重复频率、脉冲数目、脉冲间隔进行调节。重复频率1～10Hz,每一个脉冲串含有1～3个脉,其间隔大于200μs可调。采用平凸腔的结构,对一定重频下的热透镜效应进行补偿。典型的实验结果为:当重频为10Hz、脉冲间隔为548μs时,三脉冲最大输出能量608mJ,双脉冲最大能量输出405mJ,单脉冲最大输出能量为200mJ,其中单个脉冲的脉宽约为8ns,发散角为3.4mrad。     

适用于水下同步照明的灯泵浦绿光激光器研制

研制了脉冲宽度大、单脉冲能量大的绿光激光器,其中脉冲重复频率与高速相机帧频同步,且光纤耦合输出.激光器采用平凸非稳腔结构,灯泵浦Nd∶YAG晶体,KTP晶体内腔倍频,被动调Q方式,实现了最大重复频率为300Hz、脉冲宽度为70μs、平均功率为38W、单脉冲能量为126.7mJ、光束发散角为3.5mrad的532nm激光输出.将该激光耦合到芯径为800μm的光纤中进行水下实验,耦合效率达到92%.     

超高速大电流半导体开关实验研究

 利用自行研制的固态半导体开关RSD，采用电容储能方式，研究了RSD的电压响应时间、大电流特性、电流上升率等。在测试RSD的电压响应时间时，得到了25 ns的电压下降曲线。在主电容电压为8 kV时，得到峰值为10.1 kA、脉宽为34 μs、电流上升率为2.03 kA/μs的大电流脉冲。通过调整主电路，在主电容为3 kV时，得到的电流脉冲峰值为8.5 kA、脉宽为2.5 μs、电流上升率为7.2 kA/μs。结果表明，RSD是一种开通快、通流能力强、电流上升率高的大功率半导体开关器件。     

全固态单纵模脉冲Nd:YVO_4环形激光器

设计并研制了全固态调Q脉冲单纵模Nd:YVO4环形激光器。利用880nm激光二极管端面抽运Nd:YVO4晶体,通过四镜环形谐振腔中插入声光调Q晶体、标准具,并优化激光谐振腔的结构,获得了重复频率为200Hz、脉宽为26.6ns的单纵模脉冲1.064μm激光输出。当泵浦功率为15 W时,单纵模激光输出的单脉冲能量为570μJ、脉冲能量稳定性优于3%。     

中子斩盘负载分析和运动控制器设计

为了实现中子波段调节斩盘相位的高速、高精度控制,分析了系统的负载特性并建立了由斩盘实体和驱动电机构成的二质量系统模型。设计了电流、速度和位置串级控制器,根据控制系统的工程设计方法和现代控制理论给出了3个调节器结构选择及参数整定的具体方法。结果表明:在中子斩盘以旋转频率27.5Hz工作时,其相位控制扰动误差为-1.325 25~1.325 25μs,稳态误差为-2.583μs,符合中子斩波器应用要求。     

Nd:GGG晶体荧光寿命的测试

针对Nd:GGG激光器,介绍了荧光寿命测试原理,设计了低频窄脉宽荧光寿命测试系统.该系统由光源、光路系统、驱动电路和探测系统等几部分组成.利用脉冲取样技术测试了Nd:GGG晶体的荧光寿命约为250μs左右.     

80 Gb/s高速PAM4调制850 nm垂直腔面发射激光器

展示了高速直接调制850 nm氧化物限制垂直腔面发射激光器（VCSEL）的结果。优化设计应变InGaAs/AlGaAs量子阱以实现高微分增益,通过表面刻蚀来调节光子寿命实现响应平坦化。研制的氧化物孔径约7μm的VCSEL具有平坦的频率响应,3 dB调制带宽为24 GHz,相对噪声强度值-155 dB/Hz,未采用任何预加重和均衡技术情况下PAM4调制数据传输速率达80 Gb/s。     

高功率陶瓷板条激光器

高功率固体激光在先进制造、能源、信息、医疗及国防等领域有广泛应用。激光陶瓷材料具有掺杂浓度均匀可控、抗激光热损伤能力强、易于制备大尺寸和复合结构等优点，被认为是高功率固体激光的重要增益材料。报道了本课题组近年来在高功率陶瓷板条激光方面的主要研究进展。采用中国科学院上海硅酸盐所制备的大尺寸Nd:YAG陶瓷板条，实现了平均功率4.35 kW的1 064 nm脉冲激光输出，脉冲宽度为160μs，重复频率为400 Hz。此外，采用中科院上海硅酸盐所制备的大尺寸Yb:YAG陶瓷板条，实现了平均功率9.8 kW的1 030 nm脉冲激光输出，脉冲宽度为560μs，重复频率为160 Hz，光光转换效率为60%。这些研究表明，激光陶瓷材料具备实现高功率、高光束质量与高效率激光的潜力。     

相干激光雷达中望远镜的优化及探测性能分析

利用脉冲能量为110μJ、重复频率为20 k Hz及脉冲宽度为300 ns的光纤激光器设计了一套工作波长为1.55μm的相干测风激光雷达,给出了系统的性能参数。根据后向传播本振的原理计算出当望远镜对发射高斯光束的截断比为最优值0.823时,激光雷达的天线效率达到最大值0.422。在最优截断比条件下分析了望远镜口径对相干激光雷达载噪比的影响,优化了望远镜设计。从理论上计算出激光雷达的探测性能指标:探测距离大于3 km,风速测量范围为±62 m/s,距离分辨率为84 m,风速测量精度优于0.1 m/s,时间分辨率为0.5 s。     

相干激光雷达中望远镜的优化及探测性能分析EI北大核心CSCD

利用脉冲能量为110μJ、重复频率为20 k Hz及脉冲宽度为300 ns的光纤激光器设计了一套工作波长为1.55μm的相干测风激光雷达,给出了系统的性能参数。根据后向传播本振的原理计算出当望远镜对发射高斯光束的截断比为最优值0.823时,激光雷达的天线效率达到最大值0.422。在最优截断比条件下分析了望远镜口径对相干激光雷达载噪比的影响,优化了望远镜设计。从理论上计算出激光雷达的探测性能指标:探测距离大于3 km,风速测量范围为±62 m/s,距离分辨率为84 m,风速测量精度优于0.1 m/s,时间分辨率为0.5 s。     

600 A重复频率脉冲恒流源研制北大核心CSCD

针对国内脉冲恒流源幅值较小、重复频率较低等问题,设计了基于电流闭环反馈控制的恒流电路,建立了相应的数学模型,并采用Pspice仿真验证了电路的功能,最终研制了1台600 A重复频率工作的脉冲恒流电源。电源采取储能放电配合高速开关的工作模式,使用功率场效应三极管作为线性调整开关,可大范围自动恒流,适用于激光二极管负载。输出的脉冲电流幅值最高600 A,上升时间小于40μs,电压幅值最高320 V,脉宽100~600μs可调,工作重复频率最高200 Hz。电源体积较小,结构紧凑,效率可达90%以上。     

烟雾激光透过率测试系统关键技术研究

为准确评估0.808μm、1.06μm、10.6μm激光对于推进剂包覆层烟雾的透过率,研制了激光烟雾透过率测试系统。国内首创10.6μm CO2激光器烟雾透过率测试系统,方案新颖,测试结果准确。经现场测试,该系统的精度、稳定度等指标均达到了设计要求。     

基于VO2薄膜非致冷红外探测器光电响应研究

VO₂薄膜是非致冷微测辐射热红外探测器热敏电阻材料.研究中应用微电子工艺制备了VO₂溅射薄膜红外探测器,在296K的环境中测试了该探测器在不同的直流偏置、光调制频率下对873K标准黑体源8—12μm红外辐射的光电响应以及器件的噪声电压,在10和30Hz的调制频率下其响应率分别大于17kV/W和接近10kV/W.该探测器实现了探测率D大于1.0×10⁸cm (Hz)^1/2/W,热时间常量为0.011s的8—12μm非致冷 关键词： 非致冷测辐射热探测器 红外探测器 二氧化钒 薄膜