跨声速离心压气机机匣处理扩稳研究

高增压技术是高升功率车用内燃机的主要技术瓶颈之一,其核心难点在于高压比离心压气机内部复杂跨声速流动导致稳定运行范围窄,无法满足车用工况在高压比条件下对稳定运行工作范围的要求。为拓宽跨声速离心压气机的稳定工作范围,利用全三维数值模拟研究了机匣处理几何参数对扩稳的作用规律及机理。试验结果表明,采用优化后的机匣处理结构,压气机稳定工作范围由20.8%提高到33.6%。     

利用霍尔元件开发的新实验

基于霍尔元件电阻率随温度线性变化的特点,设计一套大学物理实验教学项目。该项目可以使学生研究其电阻率与温度的关系,制作霍尔元件材料的微观参数与温度的关系。实验拓宽了霍尔元件的应用范围,激发学生的联想思维。     

稳像光学系统设计

重点沦述光学稳像的光学原理,并引用具体的平面反射镜作为光学补偿元件(也就是光稳元件)的稳像方式加以阐述,由此导出倒像系统和正像系统达到相对稳像和绝对隐像时补偿角与扰动角之间的关系式。论述采用会聚光路稳像时由棱镜的微量转动而达到绝对稳像时棱镜转动中心的求法。论述光稳元件兼作转像棱镜时光稳元件的有效孔径与转功中心和棱镜位置的关系。     

光电预偏置激光脉冲稳幅器性能研究

 分析了由普克尔斯盒与偏振器组成的预加动态偏置电压光电可变透过率装置对调Q激光脉冲幅度的稳定作用;着重阐述了装置的参数设计,对装置的数值模拟计算表明该装 置可将激光脉冲的相对波动由10%减小到1%以下;用该装置进行稳幅实验,得到与设计分析相 符的结果。     

基于全息光学元件的光纤光谱仪的光路设计

基于全息光学理论分析了全息光学元件的高斯成像性质,包括光焦度、成像位置、衍射效率以及作为光纤光谱仪光栅元件的可行性,并以全息光栅的成像理论以及光谱仪工作原理为基础,设计了光谱仪器光学系统的各个参数,通过Zemax软件的仿真、像质评价及优化,得出最终的参数和模拟结果。所使用的全息光栅记录波长为575 nm,记录光束之间的夹角为10,一束为平面波,一束为球面波,焦距40 mm,使用+1级衍射光,光栅孔径为10 mm。光谱仪的工作波长范围为400 nm～800 nm,体积140 mm*30 mm*40 mm,谱面展宽29.1 mm。通过在光学平台上搭建光路,利用已研发完成的电路系统及光谱仪软件,针对汞灯光谱进行了试验,光谱分辨率优于8 nm,测量得到的汞灯光谱与标准汞灯光谱一致,表明了所设计的基于全息元件的光纤光谱仪光学系统是可行的。     

Czerny-Turner型光栅光谱仪光学系统优化设计

为提高光栅光谱仪分辨力,设计了基于球面反射物镜、工作波段范围500~800nm、焦长800mm的非对称式C-T型光栅光谱仪系统,给出了在消像差条件下系统中元件参数和结构尺寸的计算方法,运用光学设计软件Zemax对系统进行仿真分析与优化设计,研制了光谱仪样机。设计和实验结果表明,系统在工作光谱范围内的理论分辨力优于0.01nm、实际分辨力优于0.04nm,满足光谱测量需求;整个光学系统具有结构简单、元件数量少、成本低、分辨力高、稳定性好等优点。     

基于机器学习设计连续相位分布的衍射光学元件

将机器学习算法应用于设计连续型相位分布的衍射光学元件（DOE）,该元件可用于激光整形。将DOE的相位分布数据拟合为多项式,通过神经网络构建系统参数（如束腰半径、目标面的大小、DOE和目标面的距离等）与DOE相位系数之间的映射关系。基于这种关系,当给定一组系统参数,可以自动预测出DOE的相位系数。该方法克服了传统设计方法在参数改变时需要通过重新迭代来计算相位分布的局限性。研究了系统参数超出训练范围对预测精度的影响,分析了各个参数对预测能力的影响。结果表明：该方法在系统参数的训练范围内对相位系数的预测准确度均在99.9%以上。当所有参数在预先训练范围基础上正向和反向同时扩大80%和55%时,预测的准确度依然保持在99.5%和97.5%以上。研究也表明,目标面小于预定的范围对预测的准确度影响最明显。     

高光谱分辨率紫外平场光谱仪的研制

光栅作为一重要的分光元件,广泛应用于各类光谱仪,其中球面变线距平场光栅以其独特的平场特性使其容易与阵列探测器结合使用,一次实现宽光谱范围的记录。商业球面平场光栅一般只会提供光栅的公称线密度以及相应的安装参数,而不会提供光栅具体的变线距参数,并且提供的安装参数是针对整个使用波段优化的结果。使用者往往只需要其中的一部分波段。针对这种情况,根据球面平场光栅聚焦、分光原理,利用生产厂家提供的光学元件安装参数给出了推导球面变线距光栅变线距参数的方法。并给出了利用这些参数,根据光谱仪的实际工作波段确定最佳的CCD安装位置的方法。根据推导的光栅变线距参数可以对光学系统进行光学追迹已验证光学系统的性能。研制了一台高分辨率紫外平场光谱仪,覆盖光谱范围230~280 nm。采用的球面变线距光栅公称线密度为1 200 lines·mm-1,使用波段为170~500 nm。推导了该光栅的变线距参数,并针对230~280 nm波段对CCD的安装位置进行了优化。同时利用不同元素的标准光源空心阴极灯对光谱仪进行了波长标定和光谱分辨率测试。波长标定采用参数拟合法,整个波段范围内的标定精度优于0.01 nm。光谱分辨率测试的结果表明光谱仪的光谱分辨率达到0.08 nm@280.20 nm。     

斜入射时一定温度范围内微结构高度误差对衍射效率的影响

工作环境温度的改变会降低衍射光学元件的衍射效率,影响混合光学系统的成像质量。基于斜入射时衍射效率的表达式,在双层衍射光学元件的设计中考虑温度变化,提出了工作在一定温度范围内和入射角度范围内的双层衍射光学元件微结构高度误差与衍射效率和带宽积分平均衍射效率的数学模型。以工作在可见光波段的双层衍射光学元件为例进行分析。结果表明,当环境温度确定后,随入射角度范围的增大,最高带宽积分平均衍射效率对应的最优相对微结构高度误差逐渐减小。当双层衍射光学元件工作在0°～15°的入射角度范围内、环境温度范围为-40～80℃时,其带宽积分平均衍射效率最高为96.81%,对应的最优相对微结构高度误差为4.42%。该方法进一步完善了双层衍射光学元件加工误差的设计理论。     

共焦非稳腔中ps激光的内腔倍频

考虑倍频晶体相位匹配接收角（Angular acceptance）对倍频转换效率的影响,设计了正支（p支）共焦非稳腔Nd:YAP锁模激光器。平行光通过晶体实现完全相位匹配。以BBO和KTP作为腔内倍频元件,分别获得80.6%和60.2%的高效倍频转换,及几十mJ的绿光输出。同时实验测定其它有关参数。     

宽输入Boost电路的参数正弦微扰调整与镇定

宽输入范围的Boost电路会跨越稳定和不稳定工作区,产生的混沌现象导致电路工作异常.以连续电流传导模式为基础,讨论Boost电路的参数正弦扰动调整与镇定过程,分析稳定状态和不稳定状态在不同正弦扰动幅度下的相互转化过程,推导电路工作状态转化的临界条件,研究宽输入范围时电路的可稳定条件.数字仿真说明参数正弦扰动不仅可以抑制不稳定电路的混沌现象,也可以使本身稳定的电路进入不稳定状态.对宽输入电压范围的Boost电路,可在一定区域内选择合适的扰动幅度,保证电路稳定可靠地起动、调整和镇定.     

Cd12O12 cage cluster-assembled nanowires and band gap regulation: A first-principles investigation

Based on the first-principle calculation, the stability and electronic properties of Cd₁₂O₁₂ cluster-assembled nanowires and Na-doped Cd₁₂O₁₂ nanowire are studied. The results show that both Cd₁₂O₁₂ nanowire and Na-doped Cd₁₂O₁₂ nanowire are thermodynamically stable (at least at room temperature). The most stable Cd₁₂O₁₂ nanowire exhibits semiconducting properties with a direct energy gap. After doping Na atoms into the nanowire, the electronic properties of the Cd₁₂O₁₂-based nanowire present dramatic changes, and the system transforms from semiconducting to metallic. It can provide a theoretical guidance for the potential application of Cd₁₂O₁₂-based semiconductor devices.     

基于亚波长光栅的VCSEL偏振控制研究

为了确定亚波长光栅在微电机械系统(MEMS)波长可调谐VCSEL不同位置(上DBR上表面、上DBR下表面以及内腔)中实现TE和TM偏振控制的光栅参数范围以及光栅在哪个位置时实现偏振控制最稳定,通过MATLAB建立MEMS波长可调VCSEL的模型,然后计算光栅在3种位置时上反射镜(包括空气隙和光栅)随光栅参数变化的反射率,以此来确定它们实现TE/TM稳定偏振的光栅参数范围(即高反射范围内的参数)。将各自的高反射所对应反射率减去相同光栅参数范围内TM/TE低反射对应的反射率,通过反射率差值确定光栅在哪种位置时MEMS波长可调谐VCSEL实现偏振是最稳定的。最后得出的结论是光栅在上DBR下表面几乎无法控制TM偏振,而将光栅放置于内腔中,无论是在TE偏振控制上还是TM偏振上都是最稳定的。在实现TE偏振稳定的参数范围内,TE的阈值增益比TM最小少10 cm~(-1);而在实现TM偏振稳定时,在TE偏振稳定的参数范围内,TE的阈值增益比TM最小少5 cm~(-1)。     

CAES离心压缩机可调扩压器调节规律研究

离心压缩机是压缩空气储能系统中关键设备之一,需具备在较宽流量、压力范围内高负荷高效率运行的能力。作为一种变工况调节技术,可调扩压器可以扩大压缩机工作流量范围,改善气动性能。因此,本文以某压缩空气储能系统用离心压缩机为研究对象,通过数值计算方法研究了可调扩压器调节时压缩机性能变化规律。结果表明采用可调扩压器可以有效拓宽压缩机运行特性,工作流量范围扩大44%,压比范围扩大25%.此后,本文采用Kriging模型获得了压缩机综合性能曲线图和不同储能工况需求下扩压器的调节方案及规律,为压缩空气储能系统离心压缩机变工况主动控制提供了依据。     

One-dimensional solution to the stable, space-charge-limited emission of secondary electrons from plasma-wall interactions

Numerical solutions to the stable, space-charge-limited emission of secondary electrons from plasma-wall interaction are found based on one-dimensional plasma moment equations that assume cold ions, Maxwellian electrons and cold secondary electrons. The numerical method finds a range of plasma parameters that permit stable emission of secondary electrons in the absence of normal electric fields to the wall. These solutions were not obtained with previous method that solves only for the marginally stable plasma sheath. Range of the ion Mach number at the sheath edge, the floating wall potential relative to the plasmas, and secondary electron emission coefficients corresponding to the vanishing normal electric fields are found for hydrogen, argon and xenon plasmas. The results show that a relatively small range of secondary electron emission coefficient exists to allow stable sheaths structures along with larger ranges of ion injection speed at the sheath edge and floating potential of the emitting wall.     

Phase diagram of trivalent and pentavalent patchy particles

We compute the equilibrium phase diagram of two simple models for patchy particles with three and five patches in a very broad range of pressure and temperature. The phase diagram presents low-density crystal structures which compete with the fluid phase. The phase diagram of the five-patch model shows re-entrant melting, in analogy with the previously studied four-patch case, a metastable gas-liquid critical point and a stable, high-density liquid. The three-patch model shows a stable gas-liquid critical point and, in the region of temperatures where equilibration is numerically feasible, a stable liquid phase, suggesting the possibility that in this small valence model the liquid retains its thermodynamic stability down to the vanishing range limit.     

A simple two-component reaction-diffusion system showing rich dynamic behavior: spatially homogeneous aspects and selected bifurcation scenarios

We present a simple reaction-diffusion model for two variables. The model was originally designed to have a stable localized solution for a range of parameters as a consequence of the coexistence of a stable limit cycle and a stable fixed point. We classify the spatially homogeneous solutions of the model. In addition we describe several bifurcation scenarios for particle-like solutions as a function of two of the parameters.     

Lifetimes of metastable spherical carbon cluster dianions

Semiclassical calculations are made of the lifetimes of metastable spherical carbon cluster dianions using a model potential based on electrostatics. The metastability is attributed to shape resonances resulting from the combination of the long range Coulomb repulsion and the shorter range electron-molecule interaction. Results for fullerene dianions show a strong dependence of the lifetimes on the molecular size. The transition from stable to metastable dianions is estimated to occur when the radius of the spherical molecule is about 5.5 Å. This simple model potential might provide a starting point for experimental and theoretical searches for the existence of stable dianions     

Femtosecond mode-locked Yb fiber laser for single-mode fiber chirped pulse amplification system

High-peak-power laser systems are based on the chirped pulse amplification (CPA) technique. CPA laser system needs a mode-locked laser oscillator for stable ultrashort pulse laser generation. We report a single-mode fiber CPA system which consists of stable mode-locked Yb-doped fiber laser oscillator with a wide tuning range, chirped fiber Bragg grating stretcher, and two Yb-doped fiber amplifiers. The single-mode fibers can generate high-quality and single-mode beams which are stable for long time.     

含负克尔效应半导体可饱和吸收镜的五镜腔飞秒钛宝石激光器的理论分析

基于半导体可饱和吸收镜(SESAM)的负克尔效应，对含SESAM的五镜腔进行了理论计算和分析.结果表明，由于SESAM的负克尔效应，与没有SESAM的相比，锁模激光器的稳区在上稳区的内边缘有明显扩展，这使得激光器锁模启动的工作点更加靠近直流运转时的稳区边缘，从而获得更大的非线性因子.这说明SESAM的可饱和吸收机理具有锁模自启动效应外，其负克尔效应也有助于锁模的自启动. 关键词： 半导体可饱和吸收镜 负克尔效应 五镜腔