太阳模拟器中正方形光学积分器的设计与分析

 为了解决太阳模拟器辐照均匀度问题,设计一种可以明显提高太阳模拟器辐照均匀度的正方形光学积分器。根据太阳模拟器以及光学积分器的组成与工作原理,对正方形光学积分器各光学参数进行理论设计,并且分析积分器像差对工作面均匀性的影响。利用Lighttools软件对太阳模拟器系统进行仿真,提出了投影镜离焦改善辐照面均匀性的优化方法。设计的积分器可使太阳模拟器在200 mm×200 mm正方形辐照面内的辐照不均匀度达到1.72 %。     

太阳模拟器用光学积分器设计

针对传统太阳模拟器普遍存在辐照均匀度较低的缺陷,改进设计了一种可以有效提高太阳模拟器辐照均匀度的光学积分器.介绍了该光学积分器的组成和工作原理;阐述了光学系统的优化设计技术;对其光机结构进行合理化设计,并使用ansys软件对光机结构进行热分析.最后,利用lightTools软件对太阳模拟器系统进行模拟仿真.结果表明:使用所设计的光学积分器后,太阳模拟器辐照不均匀度明显降低,在Φ60 mm范围内小于±1％,在Φ(60～200)mm范围内小于±2％.该结果与实际检测结果一致,能够满足高准确度的使用要求.     

太阳模拟器辐照均匀性分析

太阳模拟器中最重要的技术指标之一是辐照均匀度,文中论述了太阳模拟器的工作原理,并对太阳模拟器辐照面辐照均匀性进行了深入研究。根据太阳模拟器的工作原理,分析了光学积分器的像差、投影镜离焦量及边缘补偿对太阳模拟器辐照面辐照均匀性的影响,并采用ＺＥＭＡＸ软件仿真分析了准直物镜对辐照面均匀性的影响。结果表明,准直物镜对辐照均匀性影响较小,而影响系统辐照均匀性的主要因素是光学积分器。通过理论分析,计算得出了所设计的太阳模拟器系统辐照不均匀度为27%,结果满足设计要求。      

太阳模拟器用光学积分器设计

针对传统太阳模拟器普遍存在辐照均匀度较低的缺陷,改进设计了一种可以有效提高太阳模拟器辐照均匀度的光学积分器.介绍了该光学积分器的组成和工作原理;阐述了光学系统的优化设计技术;对其光机结构进行合理化设计,并使用ansys软件对光机结构进行热分析.最后,利用lightTools软件对太阳模拟器系统进行模拟仿真.结果表明:使用所设计的光学积分器后,太阳模拟器辐照不均匀度明显降低,在Φ60 mm范围内小于±1%,在Φ(60~200)mm范围内小于±2%.该结果与实际检测结果一致,能够满足高准确度的使用要求.     

具有一个太阳常量的高准直太阳模拟器光学系统设计

为解决现有太阳模拟器无法同时模拟真实太阳张角和真实辐照度(一个太阳常量)的难题,设计了一种新型太阳模拟器光学系统,阐述了光学系统中聚光镜的设计、光学积分器的优化技术及投影镜组的离焦对辐照不均匀度的影响.利用Zemax软件,以序列与非序列功能相结合的方式对积分器的光学参量进行优化,并设计了视场光阑和准直物镜系统.利用LightTools软件对光学系统进行仿真,结果表明:设计的太阳模拟器可以实现32′的真实太阳张角模拟,且辐照度达到一个太阳常量.同时,辐照面小于Φ100mm时,不均匀度优于±1.6%;辐照面在Φ(100~300)mm时,不均匀度优于±3.8%.     

中型太阳模拟器积分器设计

太阳模拟器能够较准确地模拟太阳辐照的准直性、均匀性和光谱特性,具有较高的空间外热流模拟精度。其主要用于航天器的热平衡试验、热涂层特性试验和材料老化试验,可以有效地检验卫星的光辐照性能,验证航天器的热设计。针对大中型太阳模拟器特性,设计一种积分器组件,可承受高温负荷,保证大中型太阳模拟器的均匀性及辐照度性能指标。介绍了太阳模拟器积分器组件原理,通过Lighttools、Flunet对积分器组件进行结构设计、热设计及仿真计算。设计结果表明,中型太阳模拟器辐照面可达到Ф2000mm,辐照度不均匀性可达到±4%。试验结构表明,系统辐照面可达到Ф2000mm,辐照度不均匀性可达到±3.75%,辐照度最高可达到1.39个太阳常数,能够满足大中型太阳模拟器使用。     

太阳模拟器用变曲率光学积分器研究与设计

针对等曲率光学积分器输出光斑的边缘辐照能量低而导致辐照面均匀性差的问题,基于衍射理论提出辐射能量微分、积分法,设计一种变曲率光学积分器。根据菲涅耳数来确定积分器通道的口径和数目,等距划分辐照分布曲线。根据积分器中各圈子眼透镜焦距的不同,对辐照分布曲线进行阶梯式叠加。基于衍射理论建立二维平面的变曲率光学积分器数学模型,推导工作面上的光强分布数学函数。利用Zemax软件对场镜组中各圈子眼透镜进行非球面优化设计以提高成像质量、消除旁瓣效应。采用LightTools软件仿真变曲率光学积分器与等曲率光学积分器,并对比分析它们的性能差异。结果表明,变曲率光学积分器能够使太阳模拟器输出光斑的边缘辐照能量明显提高,与等曲率光学积分器相比最高提升56%,Φ100 mm辐照面内的辐照不均匀度优于±0.5%,Φ200 mm辐照面内优于±1%。     

光学积分器对太阳模拟器辐照均匀性的影响

光学积分器是太阳模拟器实现均匀辐照的关键光学器件,介绍了光学积分器的组成及其工作原理,阐述了方位偏移误差和倾斜偏移误差对辐照均匀性的影响。根据光学积分器的工作原理,利用软件Lighttools将两种光轴一致性误差对辐照均匀性造成的影响进行了仿真分析。结合实验结果表明,倾斜偏移误差相对方位偏移误差对系统辐照均匀性的影响更为严重。分析光轴一致性误差,可为光学积分器微调机构的设计和实际装调太阳模拟器提供理论依据。     

光学积分器对辐照均匀性影响的仿真分析

针对太阳模拟器设计和装调过程中光学积分器对辐照均匀性产生影响的问题,在详细阐述光学积分器工作原理的基础上,通过光学软件Zemax建立光学积分器成像模型,利用模型具体分析和研究了积分器两透镜组对应元素透镜间的光轴一致性误差对辐照均匀性的影响,并提出了消除光轴一致性误差的方法。通过实验验证了该方法的可行性与正确性。     

球面阵列LED太阳模拟器光学系统设计

针对氙灯太阳模拟器光电转换效率低、寿命短、辐照强度低，均匀性差等不足，基于LED太阳模拟器光学系统，提出了一种球面阵列LED太阳模拟器光学系统，包括准直光学系统、匀光系统以及光源系统的设计方法。利用同轴透射式光学系统技术设计了双分离结构的准直光学系统, 在分析比较常用匀光系统的性能与组成形式的基础上，阐述积分器与视场光阑的设计过程, 然后基于球面光源的设计思想完成光源系统的设计, 利用LightTools光学设计软件对LED太阳模拟器光学系统进行仿真分析与验证。实验结果表明:球面阵列LED太阳模拟器在工作距离100 mm，输出辐照面积为100 mm×100 mm范围内，其辐照强度大于1 100 W/m2，辐照不均匀度优于3.86%。     

时间相关外场中量子系统的辛算法

引入辅助变量将时间相关外场中量子系统的显含时间哈密顿系统转换成不显含时间的可分哈密顿系统，给出了任意阶精度的显式辛格式，计算了一维有限宽无限深势阱中的电子与模拟激光场的相互作用，结果与理论分析一致，且很好地保持了波函数模方归一，表明该方法适于计算激光场与原子的相互作用。     

Dynamics of Charged Particles Around a Magnetized Black Hole with Pseudo–Newtonian Potential

The linear stability of equilibria of charged particles moving near a compact object with a dipole magnetic field and a pseudo-Newtonian potential is analyzed detailedly.An optimal fourth-order force gradient symplectic method,as a global symplectic integrator that can simultaneously solve both the equations of motion and the variational equations,is used to calculate fast Lyapunov indicators.In this way,dynamical structures are described,and parameter domains for causing chaos are found.     

基于DSP交替式积分器设计

在DSP扣除斜率算法的基础上,设计了一种新型交替式积分器.该积分器利用DSP进行逻辑控制,使两个模拟积分器交替工作,减小两个积分器的积分时间,从而有效克服由于电容和温漂带来的误差,实现了对信号的长时间积分.同时采用Iqmath库函数实现定点处理器的运算来提高实时精度,很方便地实现了实时而准确的积分处理.     

Symplectic-energy-first integrators of discrete mechanico-electrical dynamical systems

A discrete total variation calculus with variable time steps is presented for mechanico-electrical systems where there exist non-potential and dissipative forces. By using this discrete variation calculus, the symplectic-energy-first integrators for mechanico-electrical systems are derived. To do this, the time step adaptation is employed. The discrete variational principle and the Euler--Lagrange equation are derived for the systems. By using this discrete algorithm it is shown that mechanico-electrical systems are not symplectic and their energies are not conserved unless they are Lagrange mechanico-electrical systems. A practical example is presented to illustrate these results.     

居中热库蛙跳算法的大尺度模拟测试

分子动力学模拟一个必不可少的要素是对运动方程的准确高效积分. 尽管在动力学传播框架内的现代计算工具中大量使用了传统的蛙跳算法,研究表明蛙跳算法仍然可以进一步改进以获得更好的性能. 居中控温方案中蛙跳的改进版本(蛙跳-middle)实现了更高的精度和效率,即使积分时间步长扩大了几倍,也能保持稳定的动力学传播. 本文使用常规和增强采样模拟中对两个积分算法(蛙跳和蛙跳-middle)进行大尺度模拟测试,旨在标定由时间步长引起的全局性质(例如,详细的势能项)的变化行为以及复杂系统的实际模拟中的局部可观察量(例如,自由能变化或键长). 测试集由六个化学和生物相关系统组成,包括$N$-甲基乙酰胺和A₇-T₇DNA中二面角翻转的构象变化、丙二醛内的分子内质子转移、苯和苯酚针对T4溶菌酶L99A的结合自由能计算、乙胺醇低共熔溶剂中的羟基键长变化以及蓝光受体蛋白的势能计算. 所有结果显示蛙跳-middle积分算法中时间步长引起的误差较小. 蛙跳-middle相对传统蛙跳积分算法的性能提高对于全局属性比局部可观测量更大. 总体而言,目前的工作结果表明,在实际化学和生物系统的模拟中,应优先应用蛙跳-middle算法以获得准确的热力学行为和性质.     

Boxcar积分器模型参数选择

利用计算机运算速度快、描述形象的特点设计一模型参数选择软件,可根据被恢复波形的要求灵活地选择、计算或修正参数值,给 Ｂｏｘｃａｒ 的使用带来了很大的方便     

Comparison of modern Langevin integrators for simulations of coarse-grained polymer melts

For a wide range of phenomena, current computational ability does not always allow for atomistic simulations of high-dimensional molecular systems to reach time scales of interest. Coarse-graining (CG) is an established approach to alleviate the impact of computational limits while retaining the same algorithms used in atomistic simulations. It is important to understand how algorithms such as Langevin integrators perform on non-trivial CG molecular systems, and in particular how large of an integration time step can be used without introducing unacceptable amounts of error into averaged quantities of interest. To investigate this, we examined three different Langevin integrators on a CG polymer melt: the recently developed BAOAB method by Leimkuhler and Matthews [J. Chem. Phys. 138 (17), 05B601_1 (2013)], the Grønbech-Jensen and Farago method [Mol. Phys. 111 (8), 983-991 (2013)], or G-JF, and the frequently used Brünger–Brooks–Karplus integrator [Chem. Phys. Lett. 105 (5), 495-500 (1984)], known as BBK. We compute and analyse key statistical properties for each. Our results indicate that the integrators perform similarly for a small friction parameter; however outside this regime, the use of large integration steps produces significant deviations from the predicted diffusivity and steady-state distributions for all methods examined with the exception of G-JF.     

对数积分放大器在弱光检测中的研究与应用

 为解决微弱光信号检测中信号动态范围宽、噪声大等难点,利用对数积分放大原理设计了微弱光信号检测电路。并利用2种不同特性的硅光电二极管（PN和PIN）作为光电转换器件验证电路的性能。实际结果表明：在入射光功率特性上,2种光电二极管电路输出相似,对信号具有压缩作用。在入射光频率特性上,f<20 Hz时PN型电路输出幅值是PIN型的1.2倍以上;f>40 Hz时PN型电路输出幅值变化约90%,PIN型电路输出更稳定,最大变化约50%。在光谱测量上,2种光电二极管测得的光谱与实际光谱相比变化趋势相同,峰值波长一致。     

宽频带无源积分器的设计和实验

 为获得宽频带的无源积分器,建立了考虑杂散参数的等效电路并进行了电路仿真。结果表明无源积分器的频响上限由杂散参数决定。对于相同结构的积分器,增大RC积分常数,会使杂散参数的影响加剧,导致积分器的高频响应变差。使用同轴结构可以减小电容的杂散电感,提高积分器的带宽。对制作的RC常数为10 μs的同轴式积分器进行了频响实验。实验结果表明：在偏差小于5％的范围内,同轴式积分器带宽为50 kHz～80 MHz。在D-dot电压探头线下标定实验和初级试验平台(PTS)单路样机激光触发开关输出电压测量中,使用该同轴积分器获取的测量波形没有波形畸变和高频干扰。