基于光电二极管探测器的闪电光辐射信号观测

 利用硅光电二极管探测器,对2008年夏季广东省从化地区和北京昌平地区的自然闪电光辐射信号进行了观测研究,并对获得的312个观测数据进行了统计。得到如下结果：光辐射脉冲峰值为［10.97(5.55)±12.46］ mW/cm²,10%~90%光脉冲前沿为［1.14(0.44)±2.02］ ms,50%~50%光脉冲宽为［1.44(0.49)±2.07］ ms,一次闪电包含的光脉冲数为［3.78(3.00)±2.30］个;将统计结果与FORTE卫星上的硅光电二极管载荷的探测结果进行了对比,光脉冲峰值要大1~2个量级,脉冲宽度要小,符合对闪电光辐射信号传播的物理过程分析。     

闪电的分形特征研究及其在自动识别中的应用

利用2009年夏季青海地区的快电场变化测量仪的野外观测资料, 对120例地闪和77例云闪辐射场信号的分形特征进行了深入研究, 结果表明地闪辐射场信号的分形维数与云闪辐射场信号的分形维数有明显的差别, 再利用闪电的分形维特征, 构造了5个特征值, 将其作为支持向量机的输入进行地闪和云闪不同放电类型的识别, 有效识别率达到95%以上; 通过构造地闪辐射场时间序列信号的分形维数轨迹图表明分形维数最低点对应于原时间序列的回击位置, 利用分形维数轨迹中的最低点的位置能够快速准确地对地闪辐射场信号的回击点进行检测, 检测率可达到100%. 分形维是闪电的一种具有鉴别性的特征, 可用于闪电的智能分析与自动化处理. 关键词： 闪电信号 分形维数 支持向量机 自动识别     

低噪声不隔直光电探测电路的设计

光电探测电路是光纤通信和光电检测系统中光信号转换成电信号的关键部分,但现有光电探测器大都不能同时测量脉冲光信号与直流光信号。为了获得低噪声并且能够同时测量脉冲光信号和直流光信号的光电探测器,设计一个不隔直光电探测电路,采用平衡放大方式消除直流工作点不稳定问题,提出了一种利用谐波分析法测量光电探测电路带宽的方法;同时对影响噪声的各种因素进行了研究,计算了探测电路的噪声电压和电流,提出了利用降低温度的方法提高信噪比。结果表明了该方法的有效性。     

低噪声不隔直光电探测电路的设计

光电探测电路是光纤通信和光电检测系统中光信号转换成电信号的关键部分,但现有光电探测器大都不能同时测量脉冲光信号与直流光信号。为了获得低噪声并且能够同时测量脉冲光信号和直流光信号的光电探测器,设计一个不隔直光电探测电路,采用平衡放大方式消除直流工作点不稳定问题,提出了一种利用谐波分析法测量光电探测电路带宽的方法;同时对影响噪声的各种因素进行了研究,计算了探测电路的噪声电压和电流,提出了利用降低温度的方法提高信噪比。结果表明了该方法的有效性。     

基于AC6412脉冲计数卡的自动条纹识别

本文主要介绍了通过一光电系统产生电信号，从而把电信号转化为AC6412脉冲计数卡可以识别的脉冲信号，实现条纹的计数功能.     

基频和三倍频Nd:YAG激光诱导熔石英损伤特性

 采用光电探测器和数字示波器检测散射光脉冲信号，研究了基频和三倍频Nd:YAG激光诱导熔石英损伤过程，给出了泵浦光和探针光的散射光光电信号；比较了基频和三倍频激光作用下熔石英烧蚀斑显微照片，并分析了其损伤机理。结果显示:在ns脉冲激光作用下，熔石英损伤均发生在泵浦激光脉冲峰值附近，且基频光作用下损伤开始时间点比三倍频作用下早；在多脉冲或高能量激光辐照下，检测到了等离子体闪光信号，等离子体闪光发生在时间延迟21 ns附近。基于Keldysh理论计算了基频光和三倍频光作用下，熔石英光致电离速率同激光强度的关系。     

产生暗归零码光标记信号的新方案

在对预编码、调制和编码过程进行改进的基础上,提出了一种利用一个双臂马赫-曾德尔铌酸锂调制器和一个电信号时延器产生可调占空比和消光比的光暗脉冲归零码二进制信号的新方案。实验证明这种信号能用传统的二进制强度调制-直接检测系统的接收机进行检测。实验得到了在调节电信号时延器时速率为2.5 Gbit/s的光暗脉冲归零码二进制信号的频谱变化规律,以及占空比分别为0.25,0.35,0.60和0.80时光暗脉冲归零码二进制信号的误码率和眼图。此外,利用该方案产生的光暗脉冲归零码二进制信号可以作为标记在光标记交换网络中得到应用。     

喷气Z箍缩X光辐射信号分析

 在清华大学喷气Z箍缩平台上进行了对Ne气的箍缩软X射线诊断工作。该喷气装置由4个充电至23 kV的电容器并联组成，总储能4.5 kJ，放电电流峰值210 kA，上升沿2.5 ms。实验中通过观测放电电流微分信号来观测箍缩聚焦点的位置（波形的下凹尖峰点），此尖峰也是X光辐射的时间分辨点。利用响应时间为亚ns量级的光敏半导体探测器(PIN)探头获得了Ne气箍缩时等离子体发出的软X射线信号，X光辐射出现在放电电流微分信号突变点附近。一般来说，多次箍缩会导致多次的X光辐射输出，实验中的X光脉冲实际为多个等离子热点辐射叠加的结果，单次箍缩所产生的X光辐射比多次箍缩所产生的X光辐射要强。对每次箍缩来说，单个X光脉冲信号比多个X光脉冲信号的幅值要大。     

闪电瞬态电场信号波形去噪方法

 通过对传统数字滤波和Birge-Massart小波阈值法的比较，对闪电瞬态电场信号进行了去噪研究。构建了双指数衰减脉冲信号并在其上叠加了高斯白噪声信号来仿真闪电瞬态电场实测波形，通过计算去噪前后信号的均方误差和幅值误差，比较了加权平滑滤波、FIR数字低通滤波器和小波阈值法的去噪效果，从处理仿真波形和实测波形结果可以发现，小波阈值去噪方法明显优于另外两种传统滤波方法。通过比较仿真信号由不同小波分解层数去噪结果的均方误差和幅值误差，确定在对闪电电场实测信号的去噪过程中，小波系数分解层数应选5~7。     

研制超宽带全光取样示波器设备

全光取样示波器是研究与开发超高速光通信系统和光子交换网络的关键性测试仪器设备. 本文简介了我们自行设计和研制出的超宽带全光取样示波器设备的实验样机系统, 并报道了我们已取得的初步实验结果. 采用自主研发的高稳定性被动锁模飞秒光纤激光器作为该光学示波器的光脉冲取样源, 我们通过利用高度非线性光纤中的四波混频效应, 成功地实现了对脉宽为1.8ps、重复频率分别为10GHz和40GHz的光脉冲信号的全光取样. 然后通过数字信号处理和计算机图形处理, 得到了再现后的超短光脉冲信号波形, 并测出了其脉冲宽度值为2.3ps. 借助于该光学取样示波器实验样机, 我们还成功地完成了对脉宽为1.8ps、经过伪随机数据序列调制后的10Gbit/s和40Gbit/s光数据信号眼图的精确测量. 这是我国首次报道有关超宽带全光取样示波器设备的实际研制工作及其相应的实验测试结果. 所得到的有关超短光脉冲信号波形的测试结果也与用70GHz宽带电子示波器和超快光电探测器组成的常规光电测量系统所获得的结果进行了比较, 清楚地表明了我们研制出的全光取样示波器实验样机比后者具有更高的时间分辨率和更大的测量带宽.     

依据光谱研究闪电回击通道核心的特征参数

闪电回击通道核心中的大电流及其强电磁辐射是引发多种雷电灾害的主要根源。随着现代科技的飞速发展,闪电防护工作显得越为重要。为了完善闪电防护系统,需要从描述闪电回击通道核心的特征参数入手深入研究闪电通道形成和发展过程的微观物理机制。截至目前,光谱观测是获取闪电通道核心特征参数的最佳手段。2015年夏天在青海高原地区的野外试验中,利用由高速摄像机作为记录系统组装的无狭缝光栅摄谱仪,结合快天线地面电场测量仪,记录到一次包括四个回击的云地闪电放电过程的光谱以及与之同步的快电场变化信息。依据光谱,结合等离子体理论计算得到闪电回击通道核心的电导率。在此基础上,应用闪电电动力学模型计算了闪电回击速度、峰值电流、贯穿通道核心的电磁场以及通道核心单位长度的峰值功率等特征参数。结果表明,回击速度在(1.2～2.3)×108 m·s-1的范围内;贯穿回击通道核心的轴向电场、径向电场和磁感应强度的最大值分别在(1.42～1.74)×105 V·m-1,(8.22～9.99)×108 V·m-1和(1.51～2.83) T的范围内。当闪电回击的峰值电流在(7.52～24.05) kA的范围内时,回击通道核心的峰值功率在(0.63～1.92)×109 W·m-1的范围内。另外,分析了电导率、起始电场峰值、回击速度和峰值电流与峰值功率之间的相关性,结果发现峰值电流和峰值功率具有良好的线性关系。研究结果可为探索闪电回击通道形成和发展过程的微观物理机制提供参考依据。     

青藏高原东北部闪电M变化多参量观测

利用闪电光通道高速摄像、 地面电场变化和峰值辐射强度同步资料, 对比分析了负地闪连续电流阶段和人工触发闪电放电过程中M变化特征. 结果表明, 通道亮度资料能够辅助地面电场波形来准确判断是否为真实的M过程. 在经典M变化产生前及其过程中会产生很多快速电场变化MP(称为预M变化)变化, 大量MP促成了M变化. MP变化和K变化在脉冲特征上没有太多差别, 产生的物理机制是相似的. MP变化是连续电流阶段快速电场变化, 是击穿过程引起的电荷快速流动的结果, 并伴有通道突然增亮和高强度辐射. M变化脉冲波形多数为单极性, 有正有负, 少数呈现不规则变化, 持续时间在0.1 ms之内.而经典M变化的U 形结构只适用于近闪, 波形是静电场所致, 持续时间约0.2–0.8 ms. MP和K变化都是击穿所致, 只是MP变化有电荷流入原回击通道, 而K变化没有. 关键词： 青藏高原 M变化')" href="#">M变化 MP变化')" href="#">MP变化 K变化')" href="#">K变化     

雷电电磁场峰值的概率分布

获得雷电电磁场的随机特性，是研究雷电电磁场对电子系统有害耦合效应评估的基础。基于雷电流的统计特性，在具有一般性的概率框架下讨论雷电电磁场，导出电磁场峰值的概率分布函数及密度函数，采用多重积分法计算出不同位置处电场强度和磁场强度峰值的概率分布图和累积概率分布图，计算结果与蒙特卡洛模拟结果吻合。     

强电磁场对某型无线电引信安全性的影响

 为了研究强雷电电磁场（LEMP）对没有保护状态下无线电引信性能的影响，对LEMP进行了模拟。利用MARX发生器向宽带横电磁波（GTEM）室注入雷电电压波，在GTEM室内产生模拟的LEMP电场；利用浪涌发生器向亥姆霍兹线圈注入雷电电流波，在线圈内产生模拟的LEMP磁场。根据某型无线电引信可能遭遇的雷电电磁环境，对处于勤务处理状态的该型无线电引信进行了辐照效应实验，测试辐照前后引信的性能指标，对其差异进行比较，分析了LEMP对该型无线电引信性能指标的影响。结果表明，在强的雷电电磁场环境下LEMP电场会损坏该型无线电引信的高频组件，使其不能产生探测信号，导致引信不能正常发火；LEMP电场还会损坏检波电路，使检波直流电压不能达到正常指标，从而导致引信也不能正常发火；LEMP磁场对该型引信性能基本没有影响。     

Intraband dynamics and terahertz emission in biased semiconductor superlattices coupled to double far-infrared pulses

This paper studies both the intraband polarization and terahertz emission of a semiconductor superlattice in combined dc and ac electric fields by using the superposition of two identical time delayed and phase shifted optical pulses.By adjusting the delay between these two optical pulses,our results show that the intraband polarization is sensitive to the time delay.The peak values appear again for the terahertz emission intensity due to the superposition of two optical pulses.The emission lines of terahertz blueshift and redshift in different ac electric fields and dynamic localization appears.The emission lines of THz only appear to blueshift when the biased superlattice is driven by a single optical pulse.Due to excitonic dynamic localization,the terahertz emission intensity decays with time in different dc and ac electric fields.These are features of this superlattice which distinguish it from a superlattice generated by a single optical pulse to drive it.     

基于SOA和NOLM的光脉冲放大与压缩的设计模型

设计了一种基于半导体光放大器(SOA)和非线性光学环镜(NOLM)的光脉冲放大与压缩的模型。数值研究结果表明:在NOLM中,当调节合适的控制脉冲的输入和初始时延时,具有较低峰值功率、宽度为几十皮秒的高斯信号脉冲经此模型放大压缩后,可以得到脉冲峰值增益高、脉冲宽度窄以及基本无基座的高质量超短信号光脉冲。     

Identification of lightning vulnerability points on complex grounded structures

The identification of the most vulnerable points on a given structure to be struck by lightning is an important issue on the design of a reliable lightning protection system. Traditionally, these lightning strike points are identified using the rolling sphere method, through an empirical correlation with the prospective peak return stroke current. However, field observations in Kuala Lumpur and Singapore have shown that the points where lightning flashes strike buildings also depend on the height and geometry of the structure. Since a lightning strike point is believed to be the place on a grounded structure where a propagating upward leader is first initiated, a physical leader inception model is used here to estimate the background electric field required to initiate a stable upward leader from the corners of some complex buildings. The computed location of the points from where leaders are incepted are compared with the damaged points on buildings struck by lightning. The observed lightning strike points coincide rather well with the corners of the buildings which are characterized by lower leader inception electric fields. Furthermore, it is found that the geometry of the buildings significantly influences the conditions necessary to initiate upward leaders and, therefore, the location of the most likely strike points.     

Measurement of optical signals as a plasma propagation in the atmospheric pressure plasma jet columns

The propagation of plasma jets with argon gas is characterized in terms of two factors, the effect of electric field distribution along the tube and the effect of voltage polarity, from the observed results of optical signals along the entire column of plasma. The optical signal of plasma propagates from the high electric-field region of high-voltage electrode toward the low field region of the open air-space, regardless of the polarity of the voltage. The optical intensity and the propagation velocity are higher for the positive voltage than for the negative voltage. Moreover, the length of plasma plume exited from the end of the glass tube into the open air is shorter for the negative voltage. When the optical intensity is strong enough, a secondary peak signal follows the primary peak. In the plasma column on the inside of the glass tube, the optical intensity and the propagation velocity depend on the strength of the electric field; they are both high at the high-field region of voltage terminal and decay toward the end of the tube. The velocity is as fast as 10⁴ m/s at the high-field region and slows down to 10³ m/s at the low-field region of the glass-tube end. However, the plasma accelerates drastically to be (10⁴–10⁵) m/s after exiting the glass tube toward open air, even though the electric field is a quite low and thus the optical signal decays low before fading out. The experimental observations present in this report are explained with the propagation of the plasma diffusion waves.