NbSe2纳米颗粒锁模的2μm光纤激光器

高重频大脉冲能量激光在基础科学研究以及通信、探测、材料加工等应用领域具有重要价值。报道了溶液法制备的过渡金属二硫化物NbSe2纳米颗粒材料的线性和非线性光学特性,并利用其2μm波段可饱和吸收特性对掺铥光纤激光器进行被动调制实现了2μm锁模激光输出。线性测量发现NbSe2纳米材料的光学吸收覆盖近红外到近中红外波段且随波长增加而降低;非线性光学测量显示NbSe2纳米材料在2μm波段的调制深度为6.5%、饱和强度为19 MW·cm^−2。然后我们把NbSe2纳米材料转移到金镜上制作成可饱和吸收器件,并对掺铥光纤激光器进行调制得到2μm耗散孤子谐波锁模激光,单脉冲能量为3.36 nJ,脉冲宽度为1.48 ns,重复频率为50.66 MHz。激光光谱的中心波长为1910.8 nm,光谱宽度为5.8 nm。首次在2μm光纤激光器中采用NbSe2纳米颗粒实现耗散孤子锁模,证明了NbSe2纳米材料在2μm波段的非线性光学调制能力,结合纳米颗粒的可集成特性,溶液法制备的NbSe2纳米材料有望成为一种新型的宽谱非线性光电调制材料/器件。     

Angel型龙虾眼X射线光学器件的研制及性能测试

Angel型龙虾眼X射线光学器件是一种新型X射线聚焦成像器件,具有独特的4π立体角聚焦能力和最佳有效面积-重量比,是未来最具有运用前景的X射线成像光学系统之一。依据龙虾眼的结构特性,采用微通道板方孔阵列制作技术成功研制了龙虾眼光学器件。采用Zygo干涉仪、条纹反射面型仪以及X射线束流检测设备对龙虾眼光学器件球面成型精度和聚焦成像特性进行了测试。测试结果表明:微孔光学器件的球面面型精度均方根为0.72μm,峰谷值为2.27μm,曲率半径约为752.3 mm。在电压为2 kV,电流为50μA条件下,横轴和纵轴的焦斑半峰全宽的直径约为0.39 mm和0.42 mm,对应的成像角分辨率分别为3.65 arcmin和3.93 arcmin。     

CCD立靶坐标测量系统捕获率研究

介绍了CCD立靶坐标测量系统的坐标测量原理及其目标光学成像特性.在此基础之上从目标特性、相机特性和视频处理能力三方面研究了影响CCD立靶坐标测量系统捕获率的因素,提出了弱化不利因素影响的措施和提高系统捕获率的方法.这些因素在4m×4m的立靶的设计中已被充分考虑,在其后的上千发实弹测试实验中,系统对5.8 mm直径的目标捕获率测试达到了95% 以上,对大于5.8 mm直径的目标捕获率测试达到了更高标准.实验证明这些方法对于提高系统捕获率是非常有效的.     

基于多光谱辐射特性的高速目标识别定位系统

为了实现高速目标的快速识别及定位,采用多光谱辐射与声定位技术联用,在被动探测的状态下快速获取被测目标爆炸波的光谱特性及声特性,从而分析判断其种类、位置等重要参数信息。推导了多光谱辐射目标识别检出公式,计算了采用激波声定位方法获取光程距离的精度及合理的积分时间。实验分别采用5.56 mm北约弹、7.62 mm 56式步枪弹、12.7 mm 54式机枪弹作为被识别目标弹丸,通过丹麦B&K公司的2209脉冲声压计完成声压峰值采集,获得了三种目标弹丸的速度、距离信息。由静态傅里叶变换干涉系统与ICX387AL型CCD完成干涉条纹的采集,再将获得的光程信息代入多光谱目标识别算法中,从而通过目标的光谱特性识别弹丸的类型。实验结果显示,5.56 mm北约弹的三个特征波长位置幅值接近,966 nm位置处幅值最大;7.62 mm步枪弹在935 nm位置上幅值最大,其他两个位置上幅值相近;12.7 mm机枪弹的三个波长呈阶梯状分布。在多次测试过程中,经光谱标定、特征波长提取等方法对采集得到的三组光谱数据均可成功识别弹丸的种类并给出目标位置,满足设计要求。     

基于蒙特卡洛法的尾焰红外辐射特性仿真与试验

根据尾焰中气体的吸收特性,基于蒙特卡洛法建立了尾焰红外辐射特性模型,并用该模型计算了某型发动机尾焰在5个不同红外波段的辐射特性(1.32~1.69μm,1.56~2.27μm,2.27~3.8μm,3.8~8.3μm,8.3~20μm).为了验证仿真模型的有效性,进行了发动机点火试验.试验结果与仿真结果表明该型涡喷发动机在2.27~3.8μm波段辐射最强,在长波波段8.3~20μm辐射面积最大.     

介观尺度下活性炭微粒的光镊捕捉、点火和扩散燃烧特性研究

为探索介观尺度下固体燃料微粒的燃烧现象,本文提出采用光镊工具对活性炭微粒进行捕捉、悬浮、定位,再通过激光点燃,研究其着火及扩散燃烧特性.介观尺度燃烧室中,光镊捕捉7.0μm活性炭微粒的最低捕捉功率为3.2 mW,捕捉速率范围为103.7—70.0μm/s;活性炭微粒在静止气流中的最低点火功率为3.2 mW,颗粒的等效粒径、周长、面积和圆形度对最低点火功率影响甚微,点火延迟时间约48 ms,提高点火功率,点火延迟时间缩短,最小点火延迟时间小于6 ms;活性炭在着火后先发生无焰燃烧,紧接着发生有焰燃烧,无焰燃烧的扩散燃烧速率满足粒径平方直线规律,其燃烧速率范围为15.0—8.0μm/s;有焰燃烧的火焰面积和强度随燃烧时间发生闪烁,其闪烁频率约29.1 Hz.对于粒径为3.0μm的活性炭微粒,从加热到完全燃烧殆尽所需时间约0.648 s.结果表明:对于聚焦后的高能激光束点燃活性炭微粒的着火属于联合着火模式,在挥发份析出之前,活性炭非均相着火而发生无焰燃烧,挥发份析出后被点燃发生均相着火,火焰面始终保持圆形.     

KBA显微镜成像系统的成像模拟及X光成像实验的研究

KBA显微镜是一种非轴对称、非共轴的掠入射成像系统。其结构复杂,调节精度要求很高,在实际成像实验操作中难以掌握其成像特性。利用光学设计软件模拟其成像,对系统的调节和成像分析提供有益的参考。利用光学设计软件ZEMAX模拟了KBA显微镜对点源的成像过程,给出了KBA显微镜成像系统的焦深约为1 mm,景深为50 mm左右。并且由模拟可知,掠入射角对成像的影响很大。对像素尺寸约10μm的探测设备,模拟得出KBA成像系统的空间分辨力上限为3μm左右。基于星光Ⅱ装置对周期为20μm的网格靶成像,获得了KBA显微镜较为清晰的X光图像。该项工作为进一步开展掠入射成像系统的研究奠定了基础。     

隐身飞机尾焰的红外辐射特性

隐身飞机尾焰的红外辐射是隐身飞机探测的主要辐射源.本文提出了一种新的隐身飞机尾焰红外辐射特性计算模型.该模型以普通飞机尾焰红外辐射特性计算模型为基础,进而考虑红外隐身措施的影响,间接实现隐身飞机尾焰的红外辐射特性的计算.计算模型分别考虑了隐身飞机的二元喷口、引射技术、红外遮蔽云以及遮挡对尾焰辐射的影响.计算结果得出,添加隐身措施后尾焰辐射强度仅为添加前辐射强度的5.8%.针对隐身飞机尾焰红外辐射特性很难获取的问题,将计算结果与喷灯燃烧航空煤油的光谱峰位数据进行了比较,实验结果显示隐身前后辐射能量量级变化与国外文献相同,表明该模型可以用于隐身飞机尾焰红外辐射特性计算.     

气氧煤油发动机尾焰红外辐射特性研究

提出了一种考虑碳烟颗粒的气氧煤油发动机尾焰红外辐射特性计算方法,首先对气氧煤油发动机纯气相内流场进行计算,然后以喷管喉部作为气体和固体碳烟颗粒的入口边界计算发动机尾焰流场,最后以发动机流场参数分布为基础,采用有限体积法和伪气体理论对发动机尾焰红外辐射特性进行计算。进行了气氧煤油发动机点火实验,并将计算结果与实验结果进行对比分析。结果表明,燃烧室内两个压力测量点的测量与计算误差分别为1.4%和3.4%,燃烧室内计算温度与热力学计算误差为2.16%,证明了燃烧室流场计算模型的准确性。含有碳烟颗粒的尾焰流场计算结果与热像仪测量结果比较吻合,证明了尾焰流场计算方法和模型的准确性。4.3 μm波段尾焰红外成像计算结果与工作在4.3 μm波段的红外热像仪测量结果吻合比较一致,证明了尾焰红外辐射特性计算方法和模型的准确性。     

姿态变化对星载光电成像系统探测能力的影响

为研究卫星目标姿态变化对星载光电成像系统探测能力的影响,对0.38~0.78μm谱段内的可见光辐射目标进行了数值模拟研究。以基本辐射理论为基础,建立了卫星目标光学观测的可见光反射特性模型。根据目标的几何结构和材料特性,分析了姿态变化与目标有效入射截面积的关系,推导了探测能力与信噪比(SNR)的计算公式,数值模拟研究了姿态变化对探测能力的影响。研究结果表明,信噪比与探测距离均表现出很强的方向性,呈周期性变化,2.2m×2.7m的太阳帆板的信噪比与探测距离最大差值达到101及105 km量级,高12m、直径4m的卫星本体的最大差值达到102及106 km量级,目标姿态变化对探测能力具有显著影响。     

激光干涉测速技术在内弹道弹丸速度测量中的应用研究

 利用任意反射面激光干涉测速（VISAR）系统以及全光纤位移干涉仪（FDI）,测量了线膛炮弹丸速度,获得了线膛炮弹丸在0~491 μs内从零加速到140 m/s的速度历史,弹丸运动了20.7 mm,出炮口时的弹丸速度为817 m/s。实验结果表明,影响激光干涉测速技术在内弹道测量中应用的主要因素是炮口烟。研究结果对于深入探索激光干涉测速技术在内弹道测量中的应用有重要的参考意义。     

Detached shock waves around cylinders flying at mach number ranging from 1 to 2

Using a ballistic range with a small single-stage powder gun, characteristics of detached shock waves around cylindrical projectiles were investigated. The detaches shock waves were analyzed quantitatively by visualization method. The projectiles were made of steel, with a diameter of 5.56 mm and with a mass of 1.77 g. The projectiles were ejected into the test section of the ballistic range at supersonic speeds. Direction-indicating color schlieren method (DInCS) was used to visualize the flow field. The stand-off distance of the detached shock waves and the shape were obtained as the function of Mach number. The functions were compared with the results obtained by wind tunnel experiments. Analyzed images provided the quantitative information on shock shapes. The results were as follows: (1) the stand-off distances of the detached shock waves have been shown as exponential functions of Mach number; (2) the shapes of the shock waves have been found as quadratic functions of Mach number. The differences in the functions between this paper and a wind tunnel test were shown.     

准相位匹配周期极化高掺镁铌酸锂532 nm倍频准连续输出研究

对周期性极化高掺镁铌酸锂倍频过程进行了准相位匹配倍频理论研究。在室温下通过外加电场极化法,用较低的极化开关电场～5．5kV／mm,在厚为1mm、长为10mm、宽为10mm的掺镁铌酸锂基片上成功地制备了周期为5．8～7．3pm(间隔0．3pm)的一阶准相位匹配倍频周期性极化光学微结构。将温度控制在70℃左右,以波长为1．060μm的Nd：YAG激光为基频光源,对所研制的光学微结构样品进行倍频通光实验验证。当入射基频光为920mW时,可以获得约15mW的532nm准连续倍频蓝光输出．其归一化转换效率高达1．77％／W。     

枪弹间隙对水下枪内弹道的影响

为了研究枪炮全水下发射过程中枪弹耦合间隙对内弹道特性的影响,运用AUTODYN有限元仿真软件,针对滑膛水下枪枪弹耦合设置0.1 mm间隙与不设置间隙两种情况的内弹道过程进行了数值模拟;采用21、25和30 g装药量对水下枪全水下带间隙发射内弹道过程进行了仿真分析,获得了膛压、射弹速度以及过间隙燃气射流在内弹道过程中组分、压力与速度的分布规律;并设计了实弹射击实验用于验证仿真结果。仿真和实验结果表明,合适的枪炮耦合间隙能够有效地提高水下枪发射性能。当枪弹耦合设置0.1 mm间隙时,采用3种装药量发射均能产生弹前气幕,内弹道过程膛压下降明显,弹丸炮口速度提升较为显著,有利于产生稳定的超空泡包裹弹体,使其在水下运动时所受阻力大大降低,从而增加射弹水下行程。     

二级轻气炮弹丸速度过程测量实验技术研究

 针对二级轻气炮发射管的特性，设计了测量景深长达13 m的光纤探头，选择条纹常数为100 m/s的高灵敏度激光干涉测速仪，结合任意反射面激光干涉测速技术进行了实验，测量了发射口径Φ32 mm、长度12 m的二级轻气炮弹丸发射过程，测得弹丸运动距离11.3 m时的速度为3 960 m/s，与磁测速的结果一致，通过实验测得的速度历史，进而获得弹丸在发射管内的加速度过程，为炮内弹道研究提供了更直接的实验数据。     

220 GHz均匀永磁聚焦行波管电子光学系统的设计与实验研究

电子光学系统是行波管的核心部件之一,在太赫兹频段,电子束通道很小,导致高电流密度电子束的传输非常困难。基于220 GHz折叠波导行波管慢波结构设计所需束流参数,根据理论分析和电磁仿真软件,设计了一款采用均匀永磁聚焦对电子束进行约束的电子光学系统。仿真结果显示,当电子束通道直径0.3 mm、长度31 mm时,在阴阳极压差20 kV的条件下阴极发射电流141 mA,电子流通率100%。根据设计结果封接了流通管,实验结果显示,当阴阳极压差20 kV时,阴极发射电流138.5 mA,收集极电流125.5 mA,电子流通率91%。     

超声速预混可燃气流的点火与燃烧

在激波风洞一激波管组合设备上开展了碳氢燃料超声速预混可燃气流的点火与燃烧实验研究。实验结果表明:利用激波对燃料进行预热,并以高温燃气作为引导火焰,可以有效缩短汽油空气超声速可燃混气的点火延迟时间,使之缩短到 0.2 ms以下。利用纹影照片对超声速燃烧流场结构作出了分析;研究了超声速预混可燃气流的温度以及当量比对超声速燃烧流场结构、点火与火焰传播特性的影响。     

提高平衡炮发射能力的初步研究

 针对平衡炮试验中所要求的发射指标超过其发射能力的具体情况,提出了两种提高平衡炮发射能力的途径,并作了相应的内弹道性能分析,目的在于提高平衡炮的使用效率,充分发挥其作为大质量试验件的有效加载工具的效能,该研究可为提高平衡炮及其它火炮的发射能力提供依据和参考。     

Imaging Transparent Objects in a Turbid Medium Using a Femtosecond Optical Kerr Gate

A femtosecond optical Kerr gate time-gated ballistic imaging method is demonstrated to image a transparent object in a turbid medium. The shape features of the object are obtained by time-resolved selection of the ballistic photons with different optical path lengths, the thickness distribution of the object is mapped, and the maximum is less than 3.6%. This time-resolved ballistic imaging has potential applications in studying properties of the liquid core in the near field of the fuel spray.