光纤布喇格光栅器件应力疲劳评价理论研究

在10℃~230℃温差下,对大气相干长度r₀分别采用夏克-哈特曼的到达角起伏法、差分像运动法、波面法三种测量法和四象限探测器进行了测试和对比;对折射率结构常量C_n²及闪烁功率谱分别采用夏克-哈特曼和光电倍增管进行对比.实验结果表明:对于r₀,在强湍流时四象限探测器比夏克-哈特曼的稳定性明显降低,且对夏克-哈特曼三种方法,差分像运动法可克服设备抖动等问题,但引入了方向上不一致的问题,波面法可有效避免该问题;对于C_n²,夏克-哈特曼比光电倍增管测量更稳定,拟合相关系数高达0.96;对于闪烁功率谱,由于噪音影响,在200℃时夏克-哈特曼比光电倍增管测得的最大频率高15 Hz;最后,通过对夏克-哈特曼子孔径的闪烁功率谱分析得出,若同一子孔径入射光强不在CCD响应的线性区间时无法准确测量闪烁功率谱,否则可通过不同子孔径可完成湍流均匀性的测量.这将为湍流池提供最优的测试方法及理论依据.     

双孔差分闪烁法测量大气湍流的理论与实验研究

根据cross-path理论, 推导出弱起伏条件下差分孔径光强起伏结构函数的精确表达式, 以此为依据, 从理论上提出测量大气湍流强度的双孔差分闪烁法. 在Kolmogorov湍流谱条件下, 分析了信标光直径和信标光高度对该方法中路径权重函数的影响. 在近地面开展了2 km路径的水平光单程传输实验, 将双孔差分闪烁法和单孔闪烁法的测量结果进行了对比. 实验结果表明: 在不同的天气条件和大气湍流状况下, 两种方法测量的折射率结构常数具有高度的一致性; 通过对折射率结构常数积分得到的球面波大气相干长度进行相关性分析, 发现两者的线性相关系数达0.96; 由此验证了双孔差分闪烁法的可行性和有效性. 该方法能够分离出主动信标双程传输的后向闪烁信息, 为主动信标准确探测大气湍流提供了一种新方法.     

CeF3闪烁探测器对DD中子的相对灵敏度

 用国内近年新研制的CeF₃闪烁体和常用闪烁体ST401分别配特性相同的光电倍增管，构成两种闪烁体探测器，在强度不随时间变化的DD中子源场中测量了这两种闪烁探测器的相对灵敏度，测量结果表明：CeF₃闪烁探测器对DD中子的灵敏度比同尺寸ST401的灵敏度低一个量级以上。     

用于DPF装置中子测量的闪烁体探测器

 介绍了一种用于等离子体焦点装置(DPF装置)中子波形测量的塑料闪烁体探测器，该探测器由ST401型塑料闪烁体、XP2262B型光电倍增管构成。利用银活化中子探测器和DPF装置对该塑料闪烁体探测器进行标定，确定其中子灵敏度为0.022 5 pC每中子，，中子产额测量范围达到10⁹～10¹¹每脉冲，可以满足DPF装置中子参数测量的需要。     

利用环形子孔径哈特曼-夏克斜率数据复原全孔径波前相位算法研究

提出了一种适用于哈特曼-夏克波前传感器的环形子孔径拼接检测技术的拼接复原算法.该算法通过建立各个环形子孔径内有效的哈特曼-夏克斜率数据和全孔径波前相位的关系,避免了环形子孔径区域的波前复原过程,从而有效地解决了环形子孔径区域的哈特曼-夏克波前传感器有效采样率低的问题.算法对斜率测量噪声较不敏感,具有较好的抗噪声干扰的能...     

根据远场光班确定夏克-哈特曼传感器采样率的一种方法

提出了一种利用夏克-哈特曼波前传感器测量未知波前时确定其子孔径数目的新方法.首先将被测波前相位用傅里叶级数展开表示,然后对展开表达式的复振幅进行贝塞尔展开,并对它进行傅里叶变换计算出其远场光斑分布.分析表明,波前相位频谱分量与远场光斑形态存在某种相互对应的关系.可根据采样定理通过远场光斑的分布界限确定出夏克-哈特曼波前传感器的采样率.该方法为夏克-哈特曼传感器对未知波前进行测量时其子合理孔径数目的确定提供了理论依据.有效避免了夏克-哈特曼传感器由于采样率不足而造成精度下降的问题,结束了在确定夏克-哈特曼波前传感器的子孔径数目时只依靠经验的状态.     

一种对中子相对不灵敏的大动态脉冲γ辐射探测器

使用CeF₃闪烁体配以CHT3,CHT5型大线性电流光电倍增管,组合成光电探测器.实验测量表明:CeF₃光电探测器对⁶⁰Coγ灵敏度约为常规塑料闪烁体ST401探测器的0.5—0.6倍,而对于脉冲DT中子,CeF₃探测器灵敏度相对于同尺寸闪烁体ST401探测器的灵敏度低约1个量级,探测器线性电流大于1.5A,暗流小于10nA,是一种对中子相对不灵敏的大动态脉冲γ辐射探测器.     

Shack-Hartmann波前传感器用于闪烁和相位起伏效应的同时测量

将每一个子孔径及相应的CCD面元作为一个光强探测系统,可以将Shack-Hartmann波前传感器用于湍流大气闪烁效应的测量.分析了该测量方法的基本原理,并结合其波前探测的功能.在近地面水平1km的湍流大气中,同时进行了闪烁和相位起伏的实验研究.将闪烁测量得到的Cn2与大口径闪烁仪测量的结果进行对比,发现两者的相关系数达0.838,验证了Shack-Hartmann波前传感器用于闪烁效应测量的可靠性.对闪烁和相位起伏效应得到的Cn2的日变化进行了对比.结果表明,两者在变化趋势上具有较好的一致性;采用双对数坐标对两种结果进行相关性分析,发现两者的相关系数达0.798.这表明将Shack-Hartmann波前传感器用于闪烁和相位起伏效应的同时测量是可行的,拓展了该传感器的使用功能.     

DT聚变脉冲中子产额的活化测量法

设计了一个测量高强度DT聚变脉冲中子产额的活化探测器.该探测器由中子慢化体、天然银片、塑料闪烁体和光电倍增管组成,其输出电流通过一个小电流计来获取.通过分析探测器在直流标定和脉冲测量两种状态下输出电流的变化曲线,求解出了特征参数,进而推导计算出DT聚变脉冲中子源的产额.实践证明,这种测量方法与传统的活化法相比,减少了对...     

ICF中子发射时间诊断

 对ICF中子发射时间的诊断技术进行了研究,研制了基于快闪烁体和微通道板式光电倍增管的中子发射时间探测器。在某大型激光原型装置上进行了中子发射时间的实验测量,成功获得多发实验的中子发射时间与打靶激光脉冲的时间及中子发射时间之间的关系。实验结果表明：中子发射时间探测器对DT中子和DD中子都能够响应,中子产额测量下限达到10⁷,时间测量不确定度小于20 ps;CH烧蚀层越厚,中子发射时间越长。     

星地下行孔径接收闪烁频谱的理论研究

 基于孔径接收的对数振幅时间相关函数，结合星地激光下行链路的实际情况，推导了适用于星地下行孔径接收的闪烁频谱表达式。进而分析了孔径尺度和湍流外尺度对闪烁频谱的影响。结果表明，下行孔径接收闪烁频谱分为低频段和高频段两个区间，低频段为常数，高频段呈幂指数规律变化，且幂律的绝对值为11/3。当接收孔径增加时，频谱的幅值和宽度逐渐减小，其形状保持不变。随着等效湍流外尺度的增加，低频谱的幅值逐渐增大，高频谱保持不变。     

Aperture averaging of optical scintillations: power fluctuations and the temporal spectrum

Using a recently developed theory of scintillation that is valid under all fluctuation conditions, including the focussing and saturation regimes, we develop general models for predicting power fluctuations (or aperture averaging) over finite-size collecting apertures. Inner-scale effects are introduced using a modified atmospheric spectrum for refractive-index fluctuations that includes a high-wavenumber bump. Where comparisons can be made, these models of aperture averaging are in good agreement with previous asymptotic models and experimental data. In addition to the aperture-averaging factor, we calculate the temporal spectrum associated with power fluctuations over various aperture sizes and conditions of turbulence. These later results clearly show the transfer of power distribution from high to low frequencies as the size of the collecting aperture is increased. The transfer of power is more pronounced in the saturation regime where high frequencies (fastest fluctuations) can be averaged out even for relatively small apertures.     

孔径接收下大气闪烁频谱的理论和实验研究

 基于孔径接收下的对数振幅时间相关函数，推导了弱湍流起伏条件下大气闪烁频谱的表达式，分析了接收孔径对大气闪烁频谱的影响。通过完成水平大气传输实验，实际测量了孔径接收下的大气闪烁频谱。实验结果验证了理论计算。结果表明，孔径接收下的大气频谱分为低频段和高频段两部分，低频谱为常数，高频谱呈幂指数关系变化，且幂指数为-11/3；随着接收孔径增大，频谱在各频率点上的幅值逐渐减小，其形状保持不变。     

Annular beam scintillations in non-Kolmogorov weak turbulence

In a weakly turbulent atmosphere governed by the non-Kolmogorov spectrum, the on-axis scintillation index is formulated and evaluated when the incidence is an annular Gaussian type. When the power law of the non-Kolmogorov spectrum is varied, the scintillation index first increases, and reaches a peak value, then starts to decrease, and eventually approaches zero. The general trend is that when turbulence has a non-Kolmogorov spectrum with power law larger than the Kolmogorov power law, the scintillation index values become smaller. For all power laws, collimated annular Gaussian beams exhibit smaller scintillations when compared to pure Gaussian beams of the same size. Intensity fluctuations at a fixed propagation distance diminish for the non-Kolmogorov spectrum with a very large power law, irrespective of the focal length and the thickness of optical annular Gaussian sources.     

星-地下行传输孔径接收闪烁频谱的理论和实验研究

基于孔径接收的对数振幅相关函数,结合星地激光下行链路的实际情况,推导了星地下行孔径接收的闪烁频谱表达式。分析了天线孔径和天顶角对闪烁频谱的影响。通过恒星观测实验,对下行孔径接收的闪烁频谱进行了实际测量。实验结果验证了理论计算。研究表明,下行孔径接收的闪烁频谱分为低频段和高频段两部分。低频谱为常量,高频谱呈指数关系变化,指数下降因子为(-11/3)。随着接收孔径尺度增加或天顶角减小,频谱幅值逐渐减小,但闪烁频谱的形状保持不变。     

非Kolmogorov湍流相位屏仿真及对光束传输模拟的影响

采用正态分布模型来描述传播路径上功率谱幂值的非均匀性,利用功率谱反演法构建了基于等效结构常数的非Kolmogorov湍流相位屏,并利用多重相位屏法进行了高斯光束在均匀各向同性湍流与非Kolmogorov湍流两种模型下的传输模拟。通过观察模拟光束的光强均匀度、光束漂移以及闪烁指数等,研究了非Kolmogorov湍流对光束传输模拟的影响。结果发现,当光束通过单个非Kolmogorov相位屏时,光强最大值与光强均匀度随着幂值先增大后减小,光束漂移随幂值在一定范围内单调变化。当光束通过多重相位屏时,发现模拟光束的光强闪烁指数会受到相位屏数量以及湍流模型的影响,当相位屏数量较多时,均匀各向同性湍流模型下模拟得到的光强闪烁指数会大于非K湍流模型下的结果,且非K湍流模拟的光束漂移与均匀各项同性湍流模拟得到的光束漂移的相对误差会随着相位屏数量增多而趋于0。     

Non-Kolmogorov spectrum scintillation aspects of dark hollow and flat topped beams

The scintillation aspects of dark hollow (DH) and flat topped (FT) beams propagating in the turbulent atmosphere containing the non-Kolmogorov power spectrum are investigated. It is found that low scintillations will occur when the exponent of the power spectrum is just above the numeric value of 3. Initially, the rises in scintillations will take place as the exponent becomes larger, but later the scintillation reductions will be experienced as the exponent grows further, eventually minimum scintillations will be seen when the exponent has reached the value of 4. This will be the case, for scintillation variations against propagation distance, source size, wavelength, inner and outer scales of turbulence. Furthermore, it is found that at the small source sizes, DH beams will offer less scintillation than FT beams, while at the large source sizes, the reverse will be applicable.     

大气光通信中大气闪烁时间平滑效应研究

利用大气闪烁的时间平滑效应,增加光电探测器曝光时间是克服大气闪烁对大气光通信的瞄准、捕获、跟踪链路影响的有效途径之一.基于科尔莫戈罗夫谱,导出了弱湍流起伏区无限平面波和球面波的大气闪烁时间平滑因子的一般表达式,并且用几何光学近似得到了在大孔径和小孔径接收情况下的时间平滑因子近似表达式.在孔径远大于菲涅耳区尺度时,平面波和球面波的时间平滑因子的近似表达式与精确表达式的误差分别小于6%和3%.分析结果表明,孔径越小,时间平滑效应越显著,并且菲涅耳区尺度对时间平滑效应影响的程度也随着孔径的增加而减弱.