真空条件下低温红外辐射测量技术研究

针对红外载荷在轨服役期间低温目标的红外辐射探测需求,提出一种真空条件下的低温红外辐射测量方案,并研制了测量装置。测量装置主要由低温红外光学系统、低温机械结构、低温红外探测系统及微弱信号处理系统构成。低温红外辐射经过光学系统会聚到探测器像面,锁相放大器利用相干检测技术将目标信号提取,完成低温红外辐射的测量。测量装置研制完成后,在真空仓内使用标准黑体辐射源,在198 K～423 K温度范围内进行了低温红外辐射定标试验,取得了有效的试验数据,测量不确定度在5%以内。该文提出的真空条件下低温红外辐射测量技术可为在轨空间红外载荷低温红外目标探测设计提供重要数据支撑。     

ICF平面低温冷冻靶系统的初步设计及应用

 利用Gifford-McMahon（G-M）制冷机提供低温源,研制了平面低温冷冻靶系统。该系统最低温度可以达到10 K,制冷功率随温度降低而降低,制冷速率可控。其中,在18.6 K其制冷功率可以达到6.5 W;在14 K其制冷功率为3 W。利用该系统,初步开展了氩、氢的冷冻实验,并研究了温度对激光惯性约束聚变靶丸结构的影响。获得了氩、氢平面低温冷冻靶,并观察到了低温诱导聚变靶丸形变现象。     

PrFe2立方Laves相磁致伸缩材料低温磁性能简介

介绍了运用综合物理测量仪（PPMS）所测量的15 K和300 K下PrFe2立方Laves相合金的磁致伸缩随温度的变化特性。结果表明,随着温度的降低,PrFe2合金的磁致伸缩值λ会迅速增加,这说明了PrFe2合金虽然在室温下表现出一般的磁致伸缩性能,但是在低温下,却具有非常优秀的磁致伸缩性能。同时,随着温度的降低,合金的更难达到饱和,这说明了PrFe2合金在低温下具有很大的磁晶格向异性。     

低温下单壁碳纳米管拉曼光谱温度效应研究

在单壁碳纳米管的低温拉曼光谱测量过程中,发现径向呼吸模(RBM)和正切拉伸模(GM)的拉曼频移在低温下的温度效应和在高温时的温度效应存在着很大的区别,在低温下拉曼光谱的频移和温度并不呈线性关系。而且,在温度为210K时,单壁碳纳米管内部的振动结构可能发生了变化。在低温下单壁碳纳米管拉曼峰的强度的变化是不可逆的。     

液氦温区脉管制冷的实验研究

本文研制了一台可以用于低温超导磁体冷却的液氦温区分离型二级脉管制冷机.单独测试第一级最低达到了13.8K,是单级脉管制冷机最低制冷温度新纪录;在40K温度下具有55.9W制冷量,可望在高温超导磁体冷却方面获得广泛应用.使用单压缩机单旋转阀驱动二级脉管,二级最低温度达到了2.6K,在4.2K下有590mW制冷量,同时一级在36.7K有15W的制冷量,满足小型低温超导磁体冷却的要求.     

新型热耦合高频脉冲管制冷机性能研究

本文介绍了一种热耦合型的脉冲管制冷机,由两个独立的制冷机系统构成.通过改变一级的输入功率可以维持二级热端在一个较低温度研究脉冲管制冷机在低温下的工作性能以及不同参数的影响.二级制冷机在热端温度120 K左右时,输入10 w功率能够使最低温度降到41 K,30 w时能够达到31.8 K并在60 K时有超过0.5 W的制冷量.     

基于TDTR方法的碳化硅低温导热性能实验研究

低温条件下碳化硅等半导体材料热导率的实验研究极少,数据匮乏,无法满足理论模型的优化需求。现有实验测量以接触式的稳态法导热系数测量为主,实验误差大,且低温测量成本过高。本文通过常规飞秒激光抽运探测热反射法与低温系统的有机结合,完成了4~300 K低温条件下单晶碳化硅热导率的测试及其随温度的变化规律,研究表明单晶碳化硅热导率在100 K左右存在极大值,温度低于100 K时其热导率与温度呈正相关,温度高于100 K时其热导率与温度呈负相关。极值点的位置与理论值的偏差可能是由于样品电子浓度、缺陷分布等因素影响。     

垂直腔面发射激光器低温光电特性

垂直腔面发射激光器通常被用作常温下850 nm波段短波长短距离光互连领域的激光光源,多在室温下进行测试和使用.在低温环境下垂直腔面发射激光器工作状态的表征是本文的研究重点.我们表征了在不同温度下直流驱动垂直腔面发射激光器的发光光谱和10%占空比脉冲电流驱动垂直腔面发射激光器的发光光谱和功率-电流-电压曲线.通过测试激光器在室温和10 K温度下性能的变化,证明了现有的垂直腔面发射激光器在低温下仍能工作,激光器在10 K低温环境下仍可以作为光互连的光源使用,这一特点使得该激光器的应用范围可拓展至低温领域,预示着垂直腔面发射激光器在低温光互连系统中具有应用价值.     

MgB2超导体正常态热电势的研究

测量了不同烧结温度制备的MgB2样品热电势从80K到320K随温度变化的行为,热电势为正值,在低温段呈线性行为,到了高温段逐渐偏离线性向下弯曲达到和或以更小的斜率线性变化,从多能带贡献对输运性质影响的角度分析了实验现象。     

液氦温区脉管制冷的实验研究

本文研制了一台可以用于低温超导磁体冷却的液氦温区分离型二级脉管制冷机．单独测试第一级最低达到了13．8K，是单级脉管制冷机最低制冷温度新纪录；在40K温度下具有55．9W制冷量，可望在高温超导磁体冷却方面获得广泛应用．使用单压缩机单旋转阀驱动二级脉管，二级最低温度达到了2．6K，在4．2K下有590mW制冷量，同时一级在36．7K有15W的制冷量，满足小型低温超导磁体冷却的要求．     

低温Yb:YAG放大器增益与热畸变特性实验研究

为了研究低温条件下Yb:YAG放大器的增益和热特性,搭建了一套液氮冷却的低温放大器,开展了实验研究。测量了不同泵浦强度下的小信号增益以及低温和常温下的介质热致波前畸变。结果表明:低温条件下,可以用更少的泵浦能量得到高于常温的增益;常温下泵浦电流200A、脉冲宽度1200μs的小信号增益为1.59;低温下泵浦电流200A、脉冲宽度400μs的小信号增益为1.82,光光效率显著提高。自发辐射放大(ASE)问题在低温下更加显著,采用短脉冲泵浦有利于降低ASE的影响。低温的热管理效果较常温有显著提高,可以在更高的平均功率下运行。     

用于低温电气性能测试平台的温度控制系统

随着空间技术的不断发展和超导技术的实用化,不同低温环境下绝缘材料的电气特性越来越受关注.针对低温环境中绝缘材料电气性能测试系统,文章基于Labview平台,采用闭环控制原理设计了一套温度控制系统.该系统能较精确稳定地实现对试验区域温度的控制,可以用于不同低温温度下绝缘材料的电气性能测试.     

基于多项式拟合法的低温监测系统

随着空间技术和超导技术的不断发展,绝缘材料在低温下的电气特性备受关注.针对低温环境中绝缘材料电气性能测试系统,研制了一套采用铑铁温度传感器和铂电阻温度传感器作为感温元件的低温监测系统,并利用多项式拟合的方法有效的对铂电阻温度传感器和铑铁温度传感器的R-T关系曲线进行拟合,从而较精确处理采集数据,达到对试验区域多点温度的...     

低温下测量超导球转子极轴偏角的光学读取系统的研究

本文介绍了一种低温下测量超导球转子极轴偏角的光学读取系统及其读取原理，讨论了光学读取系统照明产生的热量对转子正常工作的影响．分析结果表明，此光学读取系统可用于液氦温区下测量超导球转子的极轴偏角．     

1310nm波段石英晶体旋光性的温度效应测试研究

为了测试温度对1310nm波段石英晶体旋光性的影响,采用高低温试验箱作为温控器,设计了双光路检测系统对石英晶体在1310nm波段旋光性的温度效应进行测试研究。实验结果表明,在-10～20℃温度范围内,对于确定波长的光,随温度的升高,石英晶体的旋光率增大;在25～50℃温度范围内,随温度的升高旋光率减小;对于同一温度,波长越长旋光率越小。根据测试结果求解Sellmeier方程得出了Sellmeier方程的常数与温度的关系式,从而可以得出任意温度下不同波长对应的石英晶体的旋光率。     

RC光学系统低温测试技术研究

对全铝合金ＲＣ光学系统低温下像质检测的关键技术进行研究和分析，建立低温测试装置，给出低温检测结果，并分析实验现象。     

SETUP AND APPLICATION OF SCANNING NEAR-FIELD OPTICAL MICROSCOPY

The research on the setup and application of scanning near-field optical microscopy (SNOM) performed in our laboratory is reviewed in this report. We have constructed a versatile low temperature scanning near-field optical microscope with the capability of near-field imaging and spectroscopy, operating at liquid nitrogen temperature. A special designed coaxial double lens was used to introduce the illumination beam through a 200μm fiber; the detected optical signal was transmitted via a fiber tip to an avalanche photon detector. The performance test shows the stability of the new design. The shear force image and optical image of a standard sample are shown. A system of SNOM working at room temperature and atmosphere was used to characterize semiconductors and bio-molecular samples. It revealed the unique features of semiconductor microdisks in the near-field that is significantly different from that of far-field. The effects of different geographic microstructures on the near-field light distribution of InGaP, GaN, and InGaN multi-quantum-well microdisk were observed.     

不同封装光纤低温测温性能研究

基于拉曼散射的分布式光纤温度传感器由于具有抗电磁干扰、耐高压、可连续测温等优点,在超导电缆及相关超导电力装置中具有潜在应用场景.在超导电缆低温运行环境中,常规光纤封装材料耐低温性能差,其收缩变形会降低光纤测温性能甚至破坏光纤结构.本文对低温下不同封装光纤测温性能展开研究,选择四种光纤样品,在77～287 K温度区间内对其进行了稳态和动态温度测量实验,分析了低温下不同封装材料、结构和厚度等因素对光纤测温性能的影响,给出了适用于液氮低温测温的光纤封装材料和结构,实验验证了聚烯烃紧套光纤在时间和空间上连续测温的可行性.     

低温辐射计热结构设计与分析

低温辐射计利用低温超导下的电替代测量原理,将光辐射计量溯源到可以精确测量的电参数测量,是目前国际上光功率测量的最高基准.本文实验研究了低温辐射计的热路结构,系统分析了腔体组件与热链材料的热学特性对低温辐射计响应率和时间常数特性参数影响的机理.在此基础上,设计了由黑体腔、热链和支撑结构组成的热结构机械件,搭建了低温辐射计特性参数测试系统,并针对OHFC铜、6061铝、304不锈钢和聚酰亚胺四种不同热链材料测试了低温辐射计的时间常数和响应率,时间常数跨度为23—506 s,响应率跨度为35.5—714.8 K/W.结果表明,在腔体组件确定的情况下,通过调节热链的材料和结构,可以实现对低温辐射计特性参数的调控.实验结果对低温辐射计特性参数指标分配和指导下一代低温辐射计的研制具有一定参考价值.     

Optimization of the transmitted wavefront for the infrared adaptive optics system

The adaptive optics system for the second-generation Very Large Telescope-interferometer(VLTI)instrument GRAVITY consists of a novel cryogenic near-infrared wavefront sensor to be installed at each of the four unit telescopes of the Very Large Telescope(VLT).Feeding the GRAVITY wavefront sensor with light in the 1.4–2.4μm band,while suppressing laser light originating from the GRAVITY metrology system requires custom-built optical componets.In this paper,we present the development of a quantitative near-infraredpoint diffraction interferometric characterization technique,which allows measuring the transmitted wavefront error of the silicon entrance windows of the wavefront sensor cryostat.The technique can be readily applied to quantitative phase measurements in the near-infrared regime.Moreover,by employing a slightly off-axis optical setup,the proposed method can optimize the required spatial resolution and enable real time measurement capabilities.The feasibility of the proposed setup is demonstrated,followed by a theoretical analysis and experimental results.Our experimental results show that the phase error repeatability in the nanometer regime can be achieved.