测量强光一号负载电压的电容分压器

 以“强光一号”加速器为例,给出了一种可以对其阴阳极间负载电压进行直接测量的自积分式电容分压器。介绍了自积分式电容分压器的结构,并通过静电场模拟分析了该分压器结构并不会对阴阳极间隙电场造成明显影响,在此基础上利用方波电压源对其进行了响应实验从而获得其频率响应,并对电容分压器的分压比进行了在线标定,最终给出了利用该自积分式电容分压器测量短路状态时阴阳极间隙电压测量结果。     

磁绝缘传输线电压测量用自积分式电容分压器研制

研制了一种用于磁绝缘传输线（MITL）电压测量的自积分式电容分压器;利用PSpice软件和标定实验数据,建立了该分压器等效电路模型,给出了分压器系统传递函数,并分析了分压器频率响应特性。计算结果表明:该分压器对于被测信号大于5 MHz频率分量部分的相频和幅频响应无明显畸变。基于强光一号长1.0 m、阴阳极间隙2 cm的同轴型MITL实验平台对该分压器实际工作性能进行了考核。实验结果表明,在相对少量场致发射电子抵达阳极表面的条件下,该分压器能够有效测量MITL沿线电压波形（2.07 负载条件下,电压峰值约600 kV、峰值时间约80 ns）。     

测量强流电子加速器输出电压的电容分压器

研制了一种结构简单、拆装方便的自积分电容分压器,用于测量强流电子加速器二极管输出电压。介绍了电容分压器的结构,计算了其电容量,并通过仿真的方法分析了前端电阻及其杂散参数对测量波形的影响,结果表明:当前端电阻杂散电容较大时,测量波形出现过冲现象;而前端电阻对地电容较大时,会影响测量波形的前沿。将电容分压器用于测量强流电子加速器二极管输出电压,并运用水电阻分压器对其进行了标定,所测得波形与电阻分压器基本一致,分压比为563 007,可以用于测量半高宽为100 ns的高压脉冲。     

同轴快沿脉冲源研制与测试

 利用脉冲高压陶瓷电容器和高气压小间隙开关，研制了60 kV同轴式高压快沿脉冲源。利用自行研制的薄膜式电容分压器和同轴式电阻分压器对快沿脉冲源的输出参数进行测量，分析了薄膜式电容分压器的测试原理，对电容分压中二级电阻分压器元件的参数进行了优化。当脉冲源负载为50 W时，测得脉冲源输出电压的前沿小于2.3 ns，半高宽约28 ns，符合IEC电磁脉冲的最新标准。     

阳加速器水传输线D-dot的设计、标定和实验

 应用D-dot探测器进行了阳加速器水传输线电压测量，利用探头与高压电极之间的结构电容获得脉冲电压的微分信号，通过RC积分取得电压信号。利用Pspice软件的瞬态分析功能模拟结合实验结果估算了探测器的杂散参数，进行了幅频响应特性分析；运用频响分析解释了测试结果。在加速器低电压短路实验状态下，用电阻分压器对其进行了在线标定。测量结果表明D-dot探测器获取了正确的电压波形，且工作稳定可靠。     

自积分式电容分压器的频率响应特性

为了测量电缆中传输的ns量级脉冲高电压,设计了自积分电容分压器并开展了频率响应特性分析。为分压器设计了不同的补偿电阻,并使用含有杂散参数的等效电路进行分析。仿真结果表明:分压器低频特性的主要影响因素是等效取样电阻与低压臂电容乘积得到的时间常数;高频特性主要受电容的杂散电感和取样电阻的杂散电容影响。增大时间常数扩展低频特性时,会导致杂散参数的影响加剧而使分压器高频特性变差。采用方波实验和扫频测量两种方法实测了不同参数分压器的频响特性。结果表明:补偿电阻为550 Ω的电容分压器频响上限超过2 GHz;但是低频特性不足,频率下限约为1.8 MHz;而补偿电阻为6.6 kΩ,且调整结构的电容分压器带宽为0.17~700 MHz,能够满足测试需求。     

紧凑型X-pinch装置探头标定

 介绍了紧凑型X-pinch脉冲功率装置的电流电压测量设计方法。根据该装置的同轴传输线结构特点,研制了一种利用金属膜连接传输线外筒与负载外筒,构成回路测量负载电流的探头。在传输线末端设计电容分压器作为测量负载电压的探头,并利用电路模拟软件对此过程进行模拟,同时这两个探头需要进行在线标定。实验研究结果表明,该探头性能稳定、响应快,是测量负载电流与电压的理想工具。     

Tesla变压器形成线电压测量系统设计

设计了一套电压测量系统，该测量系统用于测量兆伏级Tesla变压器的形成线电压。文中简述了电容分压器的电路原理，给出了波形无畸变条件。     

纳秒脉冲电压的波形重建

 介绍了一种根据脉冲电压测量系统的输入输出波形对纳秒脉冲电压信号测量系统进行参数计算的方法和技术，该方法基于最优化原理，并将其应用于快脉冲电压波形的重建。重建的波形用电容分压器实测波形进行了检验，表明重建波形有比用积分器更好的效果。     

一种测量脉冲高电压的电容分压器

 研制一种测量脉冲高电压的电容分压器, 该分压器对方波脉冲的响应时间为2.8ns。已用它测量Tesla变压器型强流电子束加速器的主开关导通的脉冲电压和Tesla变压器的谐振特性曲线。     

基于GPU的高性能并行计算技术

针对NVIDIA CUDA(Compute Unified Device Architecture)架构的第三代GPU高性能计算技术开展了研究,利用具有448个处理核心的NVIDIA GPU GTX470实现了脉冲压缩雷达的基本数据处理算法,包括脉冲压缩算法与相参积累算法。根据GPU的并行处理架构,将脉冲压缩、相参积累完成了并行算法优化设计,有效的将算法映射到GPU GTX470的448个处理核心中,完成了脉冲压缩雷达基本处理算法的GPU并行处理实现,并针对处理结果效果与实时性进行了评估。     

Subpicosecond pulse compression in nonlinear photonic crystal waveguides based on the formation of high-order optical solitons

We investigate by numerical simulation the compression of subpicosecond pulses in two-dimensional nonlinear photonic crystal (PC) waveguides. The compression originates from the generation of high-order optical solitons through the interplay of the huge group-velocity dispersion and the enhanced self-phase modulation in nonlinear PC waveguides.Both the formation of Bragg grating solitons and gap solitons can lead to efficient pulse compression. The compression factors under different excitation power densities and the optimum length for subpicosecond pulse compression have been determined. As a compressor, the total length of the nonlinear PC waveguide is only ten micrometres and therefore can be easily incorporated into PC integrated circuits.     

螺旋波纹波导被动式脉冲压缩模拟研究

研究了一种基于螺旋波纹波导特殊色散特性对输入微波脉冲进行压缩的新方法。利用3维全电磁粒子模拟软件对X波段螺旋波纹波导进行了建模,模拟分析了该波导的特殊色散特性及提高功率增益的方法,并将已有模型脉冲压缩增益提高了6.65。模拟结果表明:通过优化输入微波的频率调制特性,可以获得更加符合被动式脉冲压缩所需要的调频形式;采用改进后的椭圆波导,可以得到更有利于被动式脉冲压缩的本征模式;通过延长渐变段长度,可以减少规则段和渐变段之间不均匀性造成的微波反射,从而实现更高的脉冲压缩增益。     

利用群速度匹配的级联二阶非线性实现超短激光脉冲压缩

提出了一种采用倾斜脉冲的级联二阶非线性来实现超短激光脉冲压缩的方法. 对基于单块BBO晶体中基频光与倍频光群速度匹配的级联二阶非线性的脉冲压缩方案进行了理论分析. 对比研究了群速度匹配与失配情况下利用级联二阶非线性进行脉冲压缩的效果, 并模拟分析了基频光与倍频光的位相失配量、非线性晶体长度、 基频光初始峰值光强和初始脉宽等因素对脉冲压缩效果的影响. 结果表明, 基频光与倍频光的群速度匹配将会大幅度改善压缩脉冲的时间波形和频谱分布. 通过对位相失配量、晶体长度、初始光强等参数的优化和选取可获得较理想的压缩效果. 采用倾斜脉冲的级联二阶非线性的脉宽压缩方法, 针对中心波长800 nm、脉宽100 fs, 峰值光强为50 GW/cm²的基频光脉冲, 采用25 mm厚BBO晶体, 当基频光与倍频光位相失配量Δk=60 mm^-1(对应失谐角1.98°), 晶体外部脉冲前沿倾斜角γ₀=74°时, 计算获得了质量较好的20 fs剩余基频光, 并同时产生了14 fs的倍频光. 关键词： 倾斜波 级联二阶非线性 群速度失配 脉冲压缩     

脉冲离散效应对光纤中基于交叉相位调制的脉冲压缩的影响

通过数值模拟，分析了脉冲离散效应对单模光纤正群速色区基于暗孤子交叉不相位调制的脉冲压缩的影响，并提出了减轻这种影响的办法，作者发现，即使暗孤子与被压缩脉冲的中心波长相差很小，离散效应对脉冲压缩的影响也很大，离散效应不仅导致脉冲压缩比的减小和压缩后脉冲峰值功率的降低，而且还导致脉冲压缩所需最佳光纤长度的增加以及压缩后的脉冲呈现不对称性，还发现，若采取本文提出了的非同步耦合法，则可以明显地弥补离散效应     

基于脉冲对的交叉相位调制脉冲压缩中离散效应的抑制

提出一种新的抑制离散效应的方法——非对称脉冲对法，并对采用该方法和采用非同步耦合法在基于脉冲对交叉相位调制对脉冲进行压缩过程中，对离散效应影响的抑制效果进行了研究.数值模拟的结果显示：对于峰值功率为10mW、半极大全宽度为5ps的高斯入射脉冲，采用非对称脉冲对法，可以获得压缩比为137、基座能量比为0122、峰值功率为116mW的压缩脉冲. 关键词： 交叉相位调制 离散效应 非同步耦合法 非对称脉冲对法     

Compression of powerful microwave frequency-modulated e-polarized pulses by autocollimative gratings

Electromagnetic pulse compressors using gratings in autocollimation regime for the central frequency of a pulse for p- polarization having greater electrical reliability are theoretically investigated. The theory is built on the basis of the numerical decision of electromagnetic field equations by a method of the integral equation. A case of aberrationless approximation of bell-like pulse compression with quadratically modulated phase is analytically considered. The numerical experiment shows the presence of strong distortions of a pulse at compression, caused by cubic and senior members in decomposition of phase frequent dependence, got by a wave in the compressor. Conditions of optimum pulse compression with the account of aberrations are investigated.     

Compressing ultrafast electron pulse by radio frequency cavity

An ultrafast electron diffraction technique with both high temporal and spatial resolution has been shown to be a powerful tool to observe the material transient structural change on an atomic scale.The space charge forces in a multi-electron bunch will greatly broaden the electron pulse width,and therefore limit the temporal resolution of the high brightness electron pulse.Here in this work,we design an ultrafast electron diffraction system,and utilize a radio frequency cavity to realize the ultrafast electron pulse compression.We experimentally demonstrate that the stretched electron pulse width of14.98 ps with an electron energy of 40 keV and the electron number of 1.0 ×10~5 can be maximally compressed to about0.61 ps for single-pulse measurement and 2.48 ps for multi-pulse measurement by using a 3.2-GHz radiofrequency cavity.We also theoretically and experimentally analyze the parameters influencing the electron pulse compression efficiency for single-and multi-pulse measurements by considering radiofrequency field time jitter,electron pulse time jitter and their relative time jitter.We suggest that increasing the electron energy or shortening the distance between the compression cavity and the streak cavity can further improve the electron pulse compression efficiency.These experimental and theoretical results are very helpful for designing the ultrafast electron diffraction experiment equipment and compressing the ultrafast electron pulse width in a future study.     

双级受激布里渊散射压缩获得高质量窄脉冲波形

针对受激布里渊散射(SBS)脉冲压缩系统中经常出现的波形调制现象,提出一种抑制调制、改善窄脉冲波形质量的新方法——双级SBS脉冲压缩结构。此方法以"两次压缩,子峰能量主峰提取"为控制手段,能够解决输出脉冲的多峰调制问题,有望成为获得高压缩比、高质量窄脉冲的一种新途径。提出并建立双级SBS脉冲压缩系统物理模型和数值计算模型,并利用典型SBS介质CCl4和FC-72开展了实验研究,获得无调制单峰结构的压缩脉冲,并与理论模拟结果符合较好。     

级联单模光纤中初始啁啾对高阶孤子脉冲压缩的影响

采用两段级联单模光纤对高阶孤子脉冲进行压缩。两段光纤具有不同的反常色散值,当高阶孤子脉冲在第一段光纤中获得最大程度压缩时,通过转换色散值不同的光纤,使压缩脉冲继续以高阶孤子的形式在第二段光纤中再次被压缩。每段光纤的长度都进行了优化,使得脉冲在每段光纤中都获得最大程度的压缩。基于非线性薛定谔方程,数值研究了初始啁啾对高阶孤子脉冲压缩的影响。研究结果表明,初始啁啾对高阶孤子脉冲的压缩有重要影响。与无初始啁啾时的情形相比,正的初始啁啾能增强每段光纤中脉冲的压缩效果,降低压缩脉冲的基座能量,而负初始啁啾的影响则相反。随着初始啁啾参量Cp的增大,脉冲在每段光纤中的压缩因子均增加,而基座能量、最优光纤长度均减小。