InP-based InGaAs/InA1GaAs digital alloy quantum well laser structure at 2μm

The structural and optical characteristics of InP-based compressively strained InGaAs quantum wells have been significantly improved by using gas source molecular beam epitaxy grown InAs/Ino.53Ga0.47As digital alloy triangular well layers and tensile Ino.53Ga0.47As/InAiGaAs digital alloy barrier layers. The x-ray diffraction and transmission electron microscope characterisations indicate that the digital alloy structures present favourable lattice quality. Photo- luminescence （PL） and electroluminescence （EL） measurements show that the use of digital alloy barriers offers better optical characteristics than that of conventional random alloy barriers. A significantly improved PL signal of around 2.1μm at 300 K and an EL signal of around 1.95μm at 100 K have been obtained.     

硅基纳米柱GaN-LED的制备与光谱特性分析

Ⅲ-Ⅴ族氮化物发光二极管因具有寿命长、尺寸小、高效、节能等优点,得到广泛的研究与应用。随着光通信、万物互联等领域的进一步发展,需要开发高质量的微纳光源和微纳光波导。纳米柱氮化镓发光二级管(GaN-LED)是一种重要的微纳光源,具有广阔的应用前景。另一方面,作为应用最广的硅半导体材料本身并不是直接半导体,发光效率低下而不能作为光源使用。因此,研究基于硅基板的纳米柱GaN-LED微纳光源具有非常重要的意义。采用射频分子束外延技术（MBE）在Si基板上沉积并生长具有GaN缓冲层、Si掺杂的n-GaN层、4个周期的InGaN/GaN量子阱层和Mg掺杂的p-GaN层的GaN基PN结构。利用扫描电子显微镜（SEM）观察其表面和侧面形貌,可观察到以一定的倾斜角度生长于衬底表面、排列紧密且整齐的纳米柱。利用微纳加工技术制备纳米柱GaN-LED,对已获得的纳米柱外延片进行SOG填充、FAB刻蚀,在p-GaN层和Si衬底侧蒸镀电极,并对LED两电极施加直流电压,进行I/V曲线和电致发光（EL）特性的测试。纳米柱GaN-LED的阈值电压为1.5 V,在室温下的峰值波长为433 nm。纳米柱结构可有效减小LED的阈值,在相同电压情况下,纳米柱LED的亮度更高,展现了良好的发光特性。GaN纳米材料与体材料相比,纳米结构中存在应力弛豫可以有效地降低位错密度,尺寸小于光生载流子或激子的扩散长度,因而能够减小光电子器件激活层中的局域化效应。通过TCAD仿真,对与实验结构相同的纳米柱GaN-LED两电极分别施加5,6和7 V的电压,可得到纳米柱LED的发光光谱。仿真结果显示纳米柱GaN-LED的发光波长在414～478 nm之间,发光颜色为天青蓝到蓝紫色之间,峰值波长为442 nm,发出鲜亮蓝色的光,与实验获得的EL光谱结果相近。随电压增大,发光光谱峰值波长减小,出现轻微的峰值波长蓝移。在纳米柱结构中InGaN/GaN区域产生强烈的极化效应,纳米柱结构在量子阱区域的载流子浓度增加,削弱了量子限制斯塔克效应,从而使LED波长峰值向高频率移动即蓝移。其次,纳米柱结构能够引起应力释放,也会引起峰值波长蓝移。     

单光束扩束扫描激光周视探测系统参数对探测能力的影响

针对现有单光束激光同步扫描周视探测对脉冲重复频率要求较高,难以实际应用的问题,提出单光束扩束扫描激光周视探测方法.基于单光束扩束扫描激光周视探测工作原理,推导了最低扫描频率和脉冲频率解析式;分析了圆柱目标回波特性及关键参数截面衰减系数,建立了脉冲扩束激光圆柱目标回波功率数学模型,讨论了系统参数对截面衰减系数的影响,得到最大相邻脉冲光束夹角表达式;重点分析了脉冲频率、光束角和光束入射角对不同直径目标的探测能力的影响;得到了探测系统对典型条件下最大光束角、最低脉冲频率的计算方法.结果表明,对扫描光束稍加扩束可有效降低脉冲重复频率要求.研究结果可为单光束脉冲激光周视探测系统设计、优化提供理论依据.     

离子检测仪器中新型直流—射频聚焦电场电极结构性能研究

基于直流—射频电极结构对离子的径向和轴向聚焦理论,以离子检测仪器中质子转移反应质谱检测技术为例,对该新型电极结构展开理论和实验研究,相比于静电场电极结构,直流—射频聚焦电场电极结构的性能更好,丙酮产物离子强度提高了近10倍,初步的实验结果表明该结构对于提高离子相对透过率具有较大潜力,同时,该新型直流—射频聚焦电场电极结构对于提高其他类型的离子检测仪器性能将具有一定的应用潜力和参考价值.     

地磁暴对电力系统的影响及防治策略

地磁暴是全球范围内地球磁场的剧烈扰动现象, 在电网中产生地磁感应电流(GIC)。电力变压器在GIC的作用下进入半波饱和状态, 其产生的谐波和增加的无功损耗影响电网电压稳定, 造成系统中继电保护装置误动, 随着电网电压等级的提高和电网规模的扩大, 地磁暴可能严重威胁电网安全运行。分析了变压器对GIC入侵后的响应, 以及次生灾害在电力系统中的传播过程, 阐明了磁暴对电力系统的影响机理, 分析了GIC对变压器、无功补偿设备和继电保护装置等设备的影响, 建立了GIC对系统电压稳定性影响的分析框架及基本方法, 最后提出了一种GIC优化治理策略, 与传统治理方法相比具有明显的优越性。     

直流背场下高温超导带材临界电流及n值的分析

本文在77 K温度下,采用四引线法就超导带材,分别在0～100 mT不同的外界磁场强度和0～90°不同的磁场方向下进行测量,分析第二代高温超导带材的临界电流和n值对直流背景磁场的依赖性。结果表明,随着外界磁场强度的增大,超导带材的临界电流逐渐衰减,当磁场由0°平行方向转向90°垂直方向的过程中,临界电流逐渐衰减,且衰减逐渐严重;随着磁场强度的增大,超导带材的n值减小;随着磁场与带材夹角由0°变为90°,超导带材的n值不断减小,但减小的程度逐渐缓慢。     

超导直流电缆的短路冲击特性分析

柔性直流输电应用场景逐渐丰富,超导直流输电作为一种新型输电技术,具有零电阻的优势,但直流网侧短路故障对超导电缆的冲击效应有待进一步研究。研究了Bi2223超导带材及其绕制的电缆短样在直流冲击作用下电阻、电压随电流的变化规律,总结出试样的短路冲击特性,并针对Bi2223带材与电缆的特性差异进行理论分析,得出电缆铜骨架结构能有效抑制直流冲击下的焦耳热生成,为超导直流电缆的优化设计和故障分析提供了理论依据。     

重离子治癌装置4 MeV/u IH型漂移管直线注入器的动力学设计

基于KONUS束流动力学理论,完成了一台工作频率为162.5 MHz、占空比为1%的交叉指型漂移管直线注入器（IH-DTL）的动力学设计。该IH-DTL内置两套三组合四极透镜,共有41个加速单元,可为同步加速器提供流强400 eμA、能量4 MeV/u的C4+束流。在动力学设计过程中着重对每个加速间隙的同步能量偏差、注入相位和间隙电压等参数进行优化,使得该IH-DTL的横向归一化RMS接收度达到0.24 πmm·mrad,且横纵向归一化发射度增长小于10%,有利于提高同步环的注入效率。然后根据动力学设计的结构参数进行IH-DTL的高频仿真计算,将得到的三维电磁场分布导入PIC粒子跟踪程序中进行束流动力学模拟。动力学模拟结果显示,束流在IH-DTL出口的横向自然发射度小于13 πmm·mrad,达到了同步环的注入要求,而且在7%的垂直二极场分量下,束流中心的横向偏移在±0.5 mm以内,整体的束流传输效率高于99%。An interdigital H-mode drift tube linac (IH-DTL) with KONUS beam dynamic has been designed, which operation frequency was chosen 162.5 MHz. This IH-DTL consists of 41 accelerating cells and two quadrupole magnets triplets, can provide the C4+ with the current of 400 eμA and energy of 4 MeV/u for the synchrotron. In the beam dynamic design, the synchronous particle energy, inject RF phase and the acceleration voltage of each gap are optimized carefully to make the transverse normalized RMS acceptance of the IH-DTL to be 0.24 πmm·mrad and the beam emittance growth small than 10%. Then the RF structure was designed and the 3D electromagnetic field was imported into the PIC particle tracking code for the beam dynamic simulation. The transverse beam emittance at the exit of the IH-DTL is small than 13πmm·mrad which meets the injection requirement of the synchrotron. What is more, under the 7% vertical dipole fields component, the offset between the beam center and the drift tube's axis is ±0.5 mm at most. The transmission efficiency of the IH-DTL is higher than 99% for the whole beam in the acceptance.     

基于曲面空间合束的多单管半导体激光光纤耦合

随着单管半导体激光器光纤耦合技术的不断发展,为了进一步提高多单管半导体激光器的输出功率,本文采用曲面空间排列方式对多个单管半导体激光器进行合束研究,使更多数量的单管半导体激光器耦合进入同一光纤中,获得更高的输出功率。文中利用ZEMAX光学设计软件进行仿真模拟,将34只波长为975 nm、输出功率为10 W的单管半导体激光器合束聚焦后耦合进芯径200 μm、数值孔径0.22的光纤中,获得耦合效率91.76%、输出功率312.03 W的激光系统。实验中,将17只单管半导体激光器耦合进芯径200 μm、数值孔径0.22的光纤中,在10.5 A的驱动电流下,输出功率为100.5 W,系统耦合效率为68.46%。