磁悬浮列车用超导直线开关磁阻电机设计与分析

通过引入高温超导材料,提出一种新型的超导直线开关磁阻电机结构。建立超导直线开关磁阻电机有限元仿真模型,考虑超导材料的非线性特性,搭建电机控制电路,并详细阐述控制电路实施过程。然后对计算结果进行分析,研究了超导直线开关磁阻电机的励磁电流、推力及法向力变化以及磁场分布等问题,对比分析了传统直线开关磁阻电机与超导直线开关磁阻电机的电磁力特性,结果表明了所提直线电机结构的可行性和有效性。     

超导开关及其控制方式研究进展

超导开关是实现超导装置闭环运行的重要组件,在集成电路中可作为低功耗高速通断的电子器件。概述了超导开关的工作原理,介绍了机械式、热控式、流控式、磁控式、光控式和高能粒子注入式超导开关的研究现状,总结分析了不同控制方式超导开关的工作特点和适用场景,可以为超导开关选型及深入研究提供参考。     

新型高性能光控高温超导微波可变衰减器研制

 提出了一种用于高温超导系统的新型星载光控高温超导微波可变衰减器，详细介绍了设计过程，并针对测试结果进行了分析。该衰减器的实质是利用液氮温区高温超导薄膜极低的微波表面电阻和卓越的激光响应特性，实现优良的衰减功能。在器件结构的设计上引入过渡材料和透明有机材料以保证器件良好的接地性能以及激光光束的对准。主要结论如下：光控高温超导微波可变衰减器在液氮温区工作，电路尺寸为12 mm×8 mm×0.5 mm，可单独使用也可集成于高温超导系统中，可大幅减小系统的体积与质量；高温超导衰减器的插损小于0.2 dB，比常规衰减器低1个量级；高温超导衰减器的可变衰减步进值小于0.01 dB，比常规衰减器低1～2个量级。根据激光功率大小对衰减器插损变化特性的影响，该衰减器也可以实现步进式调谐。     

基于动态阻抗模型的磁控式持续电流开关

本文研究了高温超导闭合线圈的重要励磁方式——持续电流开关(persistent current switch).高温超导闭合线圈在各种场合中被广泛地应用和研究.为了使高温超导线圈能够工作在持续电流模式(persistent current mode)下,需要持续电流开关利用超导体在超导状态和电阻状态之间的转换来实现开关状态的切换,而磁控式持续电流开关具有响应速度快、励磁效率较高等优点,因而在闭合超导线圈的励磁中具有广阔应用前景.本文提出一种基于动态阻抗模型的磁控式持续电流开关,将动态阻抗以及磁控式持续电流开关的理论研究与探究实验相结合,深入分析磁控式持续电流开关应用于线圈励磁的影响因素,从而实现动态阻抗的灵活设计以及闭合线圈励磁性能的改善.     

空芯大气隙高温超导直线电机电磁力实验研究

直线电机是一种无需中间传动装置而直接将电磁力转换为线性运动的特种电机,在交通运输领域具有广泛的应用前景.将高温超导技术与电机理论相结合,能够有效利用超导材料的强载流能力与高场特性提高直线电机的输出能力.本文提出了一种应用于超导磁悬浮列车牵引的空芯高温超导直线电机,首先建立空芯高温超导直线电机的二维有限元模型对电机结构参数进行初步探索,并完成了超导直线电机样机的设计与制作.通过搭建实验测试平台完成了空芯高温超导直线电机定子磁场和电磁力的实验测试.有限元计算结果与实验数据有较好的一致性,验证了模型的有效性,并利用该模型研究了定子电流,超导线圈电流以及电机气隙对电机推进力输出的影响.本文的相关成果将促进超高速磁浮交通领域关键驱动技术的研究与发展.     

高温超导直流能源管道电磁仿真分析

高温超导直流电缆具有高电流密度、低损耗的优势,将液化天然气作为超导电缆的冷却液,可以实现电力与能源的一体化输送,提高传输效率的同时降低综合成本。因此,高温超导直流能源管道技术具有广阔的应用前景,其导体结构设计是相应过程中至关重要的问题。针对100 kV/1 kA高温超导直流能源管道导体部分建立三维电磁模型,对比单极性直线结构与螺旋结构、同轴双极性直线结构与螺旋结构在电流动态变化下的导体内部电流分布,研究导体螺旋结构对电流分布均匀性的影响。     

高温超导方形细线的交流损耗特性研究

当前超导电缆能否实现大规模应用还面临着多项关键技术问题,进一步改进超导电缆的结构和绕制技术、进一步降低交流损耗就是其中的两个方面。将多根高温超导方形细线(Soldered-Stacked-Square HTS wire)通过并联形成一根双根结构的高温超导缆线,采用电测量法,在77 K、零外场及不同频率条件下,对高温超导方形细线通以不同运行电流时产生的交流传输损耗进行测量,可以获得双根高温超导方形细线的交流损耗与传输电流频率之间的关系,结果表明两者无关,并且超导方形细线的双根并联结构对减小线材的交流损耗能够产生一定影响。     

一种结构新颖的高温超导群时延均衡器

本文提出一种平面微带型高温超导微波群时延均衡器,它是由一个3dB混合耦合器和两个单端口反射滤波器构成的全通网络.该群时延均衡器能与不同类型超导微带滤波器级联,实现相位均衡,减小相位失真,改善接收机前端信号群时延特性,提高通信质量.     

基于光束参量优化实现直接驱动靶丸均匀辐照

在直接驱动惯性约束聚变中,实现靶丸均匀辐照对靶丸压缩特性至关重要,通常要求靶丸表面辐照不均匀度小于1%.现有很多优化高功率激光装置均匀辐照性能的光束排布方案,但受到实际入射光束参量的限制,系统均匀辐照性能难以实现最优化.由于初始辐照不均匀度对靶丸对称压缩特性至关重要,为进一步提高靶丸初始辐照的均匀性,并增加系统对打靶过程中由于靶丸直径变化引起的辐照不均匀的宽容度,从而实现靶丸的中心对称压缩,本文对靶丸表面光束的辐照不均匀度进行了数学分析,并研究了不同入射光束参量下的单光束因子项及其对靶丸均匀辐照的影响.结果表明:对于已知的光束排布结构,存在最优的入射光束参量,使辐照均匀度最高.证明了通过优化入射光束参量提高系统均匀辐照性能的可行性.此外,研究表明单光束因子项与几何因子项存在一定的匹配关系,可通过分析几何因子项的特征,求取与之匹配的单光束因子项,进而获得最优的入射光束参量.本工作为直接驱动靶丸均匀辐照系统的设计和优化提供了一种有效的方法.     

一种结构新颖的高温超导群时延均衡器

本文提出一种平面微带型高温超导微波群时延均衡器，它是由一个3dB混合耦合器和两个单端口反射滤波器构成的全通网络．该群时延均衡器能与不同类型超导微带滤波器级联，实现相位均衡，减小相位失真，改善接收机前端信号群时延特性，提高通信质量．     

通过外加应变于高双折射环镜实现掺铒光纤激光器的输出功率控制

本文提出一种基于外加应力于高双折射环镜的输出功率可调控的掺铒光纤激光器新颖结构。通过将高双折射光纤环镜中的部分双折射光纤粘贴于一个等强度梁的中性面上，在梁尾端作用不同的应力，由于双折射光纤的长度和双折射的改变可使环镜的反射率从0.8%变化到100%。以该环镜作为线形腔光纤激光器的输出腔镜，实现了动态范围达33dB的输出功率可调控的掺铒光纤激光器。该激光器不仅具有结构简单、成本低廉的优点，而且利用该机理可以很容易的找出最优腔镜反射率，从而使线形腔光纤激光器的输出性能实现最优化。     

测量大口径光学元件反射率用精密扫描系统误差分析

为测量高能激光传输系统中大口径高反射率光学元件的反射率,设计了一种大口径光学元件二维扫描的精密测量系统。介绍了该系统的结构及其工作原理,分析了影响系统测量精度的因素,从理论上分析了扫描系统的系统误差对测量精度的影响,结果表明在垂直于光束传播方向上,水平偏差在0.29 mm时,测量误差在10-6量级;腔长的变化量较小时,可通过对衰荡腔腔镜的调节,实现对旋转轴偏差的补偿及对系统的精细调节。通过拟合处理光强与时间的数据得到对应的一次指数函数拟合曲线,并通过计算得到衰荡时间和反射率,经过对比分析可知,该误差分析方法能比较有效地测量腔镜的反射率,并能减小实验数据本身带来的误差。     

SUPERCONDUCTING MICROSTRIP LINE MODEL STUDIES AT MILLIMETRE AND SUB-MILLIMETRE WAVES

This paper presents results of superconducting microstrip transmission line simulation for the frequency range 100–1100 GHz. The simulation is used to calculate the characteristic impedance and the wave propagation constant in a superconducting microstrip line having different geometry. Indeed, modelling provides the only tool for designing superconducting microstrip-based circuits at millimetre and sub-millimetre wavelengths because no direct measurements of such a line can be made at this wavelengths and at cryogenic temperature of 4 K with ultimate accuracy. Niobium, as the most commonly exploited superconducting material, was used for the modelling, though the same approach would work for any different BCS superconductor. In order to evaluate the model accuracy, we have made an extensive comparison study of the superconducting microstrip models known from earlier publications, performed numerical simulations using 3D EM — solver, HFSS, and used a new model introduced in this paper with all simulation result plotted in the paper.     

一种机械型超导开关的设计与初步实验

文中所述机械型超导开关是一种新型超导开关,其主要用做超导储能磁体的持续电流开关(persistentcurrent switch,简称PCS)。文章简要介绍机械型超导开关的原理并计算PCS的损耗,然后详述机械型超导开关的设计,最后描述初步实验结果。     

高反射率p-GaN欧姆接触电极

根据光学薄膜原理计算了GaN/Ti/Ag、GaN/Al和GaN/Ni/Au/Ti/Ag、GaN/Ni/Au/Al多层电极结构的反射率,得出Ag基和Al基反射电极均能在全角范围内提供较高的反射率。实验测量结果表明,反射率能高于80%的Ag基反射电极,具有低欧姆接触的电学特性。并将GaN/Ni/Au/Ti/Ag多层反射电极应用在上下电极结构的GaN基LED中。实验上采用两步合金法获得了低接触电阻、高反射率的电极结构,并引入Ni/Au覆盖层克服了Ag高温时的团聚和氧化现象。解决了Ag电极的稳定性问题,显著地提高了LED的出光效率,成功制备了具有上下电极结构的GaN基LED管芯。     

等离子体微带开关特性

 提出一种基于微放电等离子体的微带开关。它是以“时变等离子体”取代微带线射频微机电开关的“金属悬臂”,利用等离子体的导体或介质特性使电磁波沿其表面进行传输或截止,从而实现微带线上电磁波传输的动态控制。等离子体微带开关的基本结构包括用以隔断电磁波的微带间隙和产生片状等离子体的放电装置。放电产生时,电磁波因等离子体导体性通过开关,形成“开”状态;放电停止后,电磁波被微带间隙反射,形成“关”状态。利用CST软件仿真研究了等离子体开关特性,结果表明：这种开关的带宽由等离子体密度决定,隔离度由间隙决定,而工作插损与等离子体密度和电子碰撞频率有关。等离子体位形（宽度、厚度等）对于开关性能也非常重要。     

The measurement of penetration depth and surface resistance of bulk YBCO superconductor by using microstrip resonator method

We have measured the resonance curves of a high Tc superconducting microstrip resonator at both room temperature and liquid nitrogen temperature, and done same thing to a copper microstrip resonator with the same width and length as high Tc superconducting microstrip resonator. These four curves have been compared with each other. After that we obtained the penetration depth and surface resistance of high Tc superconductor at liquid nitrogen temperature. The microstrip resonator method has the advantage of simple. The results agree with theoretical prediction and other papers quite well.     

Short optical pulse generation from laser diodes with directional coupler external cavity

We demonstrate picosecond optical pulse (POP) generation from semiconductor laser diodes (LDs) operating in a novel external cavity configuration. The structure uses a looped directional coupler to form an optical cavity whose end reflectivity is controlled by the coupling constant. The end reflectivity can be varied continuously between 0 and 100%, and the cavity length can be adjusted by changing the loop length. A theoretical model and experimental verification of results on the generation of high-repetition POPS are presented.     

Electronic excitation in femtosecond laser interactions with wide-band-gap materials

Effects of the ultrashort laser excitations of wide-band-gap materials are investigated. Single-, double-, and multiple-shot cases are considered with a particular focus on the control over the transient reflectivity changes and the energy deposition rate. We show that the history of laser excitations affects not only the ionization process and the final number of the conduction-band electrons, but also determines the reflectivity time evolution and the rate of laser energy deposition into the target. Based on the obtained calculation results, both thermal effects and structural modifications can be better controlled.     

Wavelength-tunable erbium-doped fiber laser with FBG and HiBi fiber loop mirror as reflectors

In this paper, a novel structure erbium-doped fiber laser with a linear cavity is demonstrated. The wavelength selective devices are a fiber Bragg grating (FBG) and a high birefringence (HiBi) fiber loop mirror. From 1543.8 to 1555.2 nm, 15 lasering wavelengths with side mode suppresion ratio (SMSR) ＞ 54dB and approximately 0.8-nm spacing have been obtained by using the comb-like reflection spectrum of fiber loop mirror and the intensity reaches about 2.5 dBm on an average. The reflectivity at different wavelengths can be tuned with different settings of polarization controller and the relative laser intensity can be controlled over a dynamic range of 13.5 dB.