纳秒响应近贴型像增强器的研制

介绍纳秒响应近贴型像增强器的性能、技术原理及实现ｎｓ响应的措施。     

一种基于磁饱和变压器的DSRD脉冲电源设计

漂移阶跃恢复二极管（DSRD）具有开关速度快、重频高、工作电流大等优点,在脉冲功率技术中很有应用前景。研究了一种基于磁饱和变压器的DSRD泵浦电路拓扑结构,具有体积小、重量轻、可靠性高等特点。根据DSRD的工作要求,采用功率MOSFET作为初级开关,结合磁饱和变压器的升压和磁开关特性,设计了DSRD的泵浦电路。利用Pspice软件对电路进行了仿真分析,验证了电路原理的正确性。在仿真分析的基础上,完成了一台原理样机的设计和电路实验。实验结果表明,该电源样机在前级充电电压800 V条件下,50 Ω负载上产生的脉冲幅值大于7 kV,前沿小于4.2 ns（10%～90%）,半高宽约10 ns。     

纳秒激光加工微孔阵列铝膜的润湿性的实验及模拟北大核心CSCD

润湿性与固体材料表面的微观几何结构和表面化学组成密切相关,是固体材料表面的一个重要特性体现。文章用实验和仿真的方式研究了双面超亲水和双面超疏水表面的润湿特性。首先采用纳秒激光钻孔技术在厚度为35μm的铝箔上加工微孔阵列,得到了双面超亲水铝膜表面;然后将铝膜在十七氟癸基三乙氧基硅烷(PFDTES)浸泡20h,铝膜从双面超亲水表面改性为双面超疏水表面;研究了改性前后铝膜的液滴渗透情况。用COMSOL Multiphysics中的两相流分析模块研究了基于双面超亲水和双面超疏水状态下的微孔通道内的水渗透过程,仿真结果和实验结果基本一致,对实验起指导作用。     

常压下气体放电等离子体振荡的实验与理论研究

在实验上研究了高压交流电弧发生器电极间隙的气体放电及等离子体振荡, 观察到了气体放电过程中的纳秒脉冲.以电子的流体运动方程和麦克斯韦方程为理论基础, 利用δ函数来描述交变外电场作用下电极处的电子堆积现象,建立了常压下气体放电时等离子体在外电场中振荡的理论模型,通过Laplace变换求解出电极间的放电电压.理论与实验结果基本符合, 从而可估算出实验中等离子体的电子数密度为1.3× 10¹²/m³.     

High speed imaging of nanosecond-pulse dielectric barrier discharge in atmospheric air

使用上升沿40 ns、脉宽70 ns的重复频率单极性纳秒脉冲电源,采用双水电极结构产生大气压空气中介质阻挡放电.测量了纳秒脉冲下介质阻挡电压和电流,并获得长曝光时间和ns级曝光时间的放电特性,采用曝光时间为2 ns的高速摄影拍摄放电发展过程.结果表明:大气压空气中,水电极结构纳秒脉冲介质阻挡放电能够产生稳定均匀的放电等离子体,且存在二次放电.高速摄影对放电发展过程的拍摄结果表明:放电首先由电极中部开始发展,径向扩展至整个电极范围.     

阵列微孔阴极放电触发的纳秒脉冲开关

为了实现在大气压下低触发电压的多通道放电,以阵列微孔阴极结构作为触发装置设计了一种新型纳秒脉冲开关。以激光打孔的双面环氧板为阵列微孔阴极,研究了开关工作系数、微孔阴极放电电流、微孔阴极孔数及微孔阴极孔径对开关触发电压、延迟和抖动时间的影响。实验结果表明:更多的阵列微孔、100 m的微孔孔径能够降低开关的触发电压,同时高开关工作系数、大触发电流、多阵列微孔能够减少开关的延迟和抖动时间。因此,为了获得更高性能的纳秒脉冲开关,除了对开关结构的进一步改善,这几个影响开关性能的因素是设计开关时应主要考虑的。     

纳秒量级开关时间的全光纤磁光开关

采用磁光晶体薄膜、半波片、偏振分束器、偏振合束器和高速法拉第转子等元器件研制了一种具有新型光路的1×2全光纤磁光开关,以用于全光网络通信.采用雪崩晶体管设计和制作了多种纳秒脉冲发生器,用于驱动法拉第转子中的微型螺线管.对螺线管的尺寸和结构布局进行了优化设计,并分析螺线管的磁场强度和自感系数等性能参量,以提高磁光开关的开关速度.磁光开关的性能测试结果表明,纳秒脉冲上升时间为2～5ns、脉冲宽度为6～12ns、脉冲幅值为30～150V.磁光开关的插入损耗为1.55dB,串扰为23.69dB,消光比为-23.69dB,开关时间为100～400ns.该全光纤磁光开关的开关时间已达到纳秒量级.     

基于连续谱的氩气纳秒脉冲放电中电子温度的研究

采用了一种针对针的放电结构,将其放置在一个高纯氩气的密闭腔室中,通过施加正极性的过电压产生可重复的大气压纳秒脉冲放电,并提出建立大气压放电的连续辐射模型来诊断氩气纳秒脉冲放电中的电子温度。实验利用电压和电流探头分别获取放电过程中的电压和电流波形图,其放电脉宽约为20 ns。通过消色差透镜、单色仪和ICCD等光学系统的组合来测量放电正柱区在不同时刻（0<t<20 ns）的时间分辨发射光谱。结果表明,放电中连续谱的强度随时间先增加（0<t<10 ns）后减小（10 ns<t<20 ns）,但是氩原子的谱线强度则随时间的增加而一直增大。研究表明连续谱强度与电子密度成正相关,因而电子密度随着时间也是先增加而后减小,这与放电电流的变化规律是完全一致的。根据连续谱模型拟合得到放电过程中（0<t<10 ns）的电子温度为(1.4±0.2) eV。随着驱动电压的下降（10 ns<t<20 ns）,电子温度逐步减小至0.9 eV。在0<t<10 ns中,激发态氩原子主要是由电子碰撞激发产生的,因而谱线强度随着电子密度的增加而增大。然后,随着电子温度的减小,Ar+₂复合反应速率激增,导致电子与离子的复合过程主导产生激发态氩原子,即谱线强度继续增大。通过加入0.5%的水蒸气以获取OH的振转光谱。实验发现,OH(A)的产生机制使其偏离玻尔兹曼平衡分布,本文采用了双温的OH(A-X)光谱模型来考察气体温度。在放电过程中,气体温度保持不变,大约为400 K。此外,水蒸气的加入使得短波长的连续谱发生显著增强。光谱分析认为H₂O在放电中能够解离产生H₂,继而与氩原子的亚稳态发生能量转移生成激发态H₂(a3Σ+_g)。H₂(a3Σ+_g)将会自发辐射跃迁到排除态H₂(b3Σ+_u),同时发射短波长的连续谱。由于短波长的连续谱对电子温度（T_e>1 eV）的响应较为灵敏,所以载气中少量的水蒸气将会对连续谱诊断电子温度带来较大的影响。     

高重复频率纳秒脉冲放电特性

纳秒脉冲放电可用于产生非平衡态等离子体,提高脉冲重复频率有利于提高纳秒脉冲放电中的等离子体参数。采用脉冲重复频率达到30 kHz的纳秒脉冲电源放电产生大气压等离子体,并研究了放电特性及等离子体参数。结果表明在重复频率较高的情况下,击穿电压和击穿时延仍随重复频率的增加而持续下降,但降幅减少,出现饱和现象。计算了放电功率和单脉冲能量随频率的变化,发现高重复频率下,虽然单脉冲放电能量不断降低,但由于单位时间内脉冲个数的增加,放电总功率随脉冲重复频率的增加而不断增加。此外,通过Ar原子光谱获得的电子温度为0.8～2.5 eV,证明高重复频率纳秒脉冲放电产生的等离子体为典型的非平衡态等离子体。本研究能够为高重复脉冲纳秒脉冲放电的应用中反应条件优化提供参考。     

高压纳秒脉冲电场的细胞器生物电效应综述

纳秒级高压脉冲电场的生物医学应用是近年来新兴的交叉学科研究领域,相比于微秒和毫秒级脉冲电场,高压纳秒脉冲电场不仅能够导致细胞膜结构极化和介电击穿,产生膜电穿孔,还可以穿透至细胞内部,引发诸如细胞骨架解聚、胞内钙离子释放及线粒体膜电位耗散等细胞器生物电效应,吸引了学术界的广泛关注.本文首先介绍高压纳秒脉冲电场及其细胞器生物电作用的物理模型;然后对高压纳秒脉冲电场与细胞骨架、线粒体、内质网、细胞核等亚细胞结构的相互作用研究进行综述和总结;强调高压纳秒脉冲电场的细胞器作用与细胞死亡、细胞间通信等生物效应之间的联系;最后,凝练当前高压纳秒脉冲电场在生物医学研究中的关键技术问题,并对未来潜在的研究方向进行展望.