聚光模组二次光学元件优化设计与研究EI北大核心CSCD

聚光光伏模组中,二次光学元件对增加太阳能电池接收到的入射光能量,提高聚焦光斑均匀性和增大菲涅耳透镜接收角具有重要作用。设计了一种用于聚光光伏模组的全反射式二次光学元件,用Solidworks软件建立了三维模型,结合实际工程应用,借助Zemax软件光学模拟仿真手段,对二次光学元件的倾角和高度等重要参数进行了优化。并制作了不同参数的二次光学元件,配合菲涅耳透镜、太阳能电池,搭建了实物聚光发电单元,在太阳模拟器下进行I-V性能测试,结果表明当二次光学元件高度为6 mm,上圆直径为7 mm时,太阳能电池的输出功率达到最大值720 m W,与不加二次光学元件相比,输出功率提高了16%。说明该二次光学元件对提高聚光模组效率作用显著。     

聚光模组二次光学元件优化设计与研究

聚光光伏模组中,二次光学元件对增加太阳能电池接收到的入射光能量,提高聚焦光斑均匀性和增大菲涅耳透镜接收角具有重要作用。设计了一种用于聚光光伏模组的全反射式二次光学元件,用Solidworks软件建立了三维模型,结合实际工程应用,借助Zemax软件光学模拟仿真手段,对二次光学元件的倾角和高度等重要参数进行了优化。并制作了不同参数的二次光学元件,配合菲涅耳透镜、太阳能电池,搭建了实物聚光发电单元,在太阳模拟器下进行I-V性能测试,结果表明当二次光学元件高度为6 mm,上圆直径为7 mm时,太阳能电池的输出功率达到最大值720 m W,与不加二次光学元件相比,输出功率提高了16%。说明该二次光学元件对提高聚光模组效率作用显著。     

激光角度欺骗干扰中自然地物假目标选择研究

针对激光角度欺骗干扰中自然地物假目标应用需求,在分析了干扰能量传输和干扰过程中武器威胁角、地物倾角以及入射角、反射角等角度关系的基础上,建立了自然地物假目标干扰能量分布模型。依据所建立的模型,对砂石类和建筑类地物反射干扰能量分布进行了仿真研究。仿真结果表明,在相同功率激光照射的条件下,地物倾角相同时对相同位置的激光制导武器,砂石类地物比建筑类地物干扰效果好,在实际防护中砂石类地物选择优先级要高于建筑类地物;同一种地物反射的干扰能量随地物倾角的增大而增大;对于漫反射特性较好的建筑类假目标,威胁角一定时,地物倾角在大致与威胁角互余时反射能量达到最大;对于砂石类目标,存在随入射角大小变化的镜像反射分量,使得导引头接收到地物反射能量达到最大值时威胁角和地物倾角不满足互余关系。进一步研究了在导引头接收到的砂石类地物反射能量最大值时地物倾角和武器威胁角的关系,通过数据分析,得到在实际防护过程中,砂石类自然地物的倾角选择要至少大于31°的结论。根据地物倾角和威胁角关系的散点图特征,分别采用一阶、二阶、三阶、四阶多项式对二者进行拟合,在充分考虑函数复杂度、拟合性能的前提下,确定三阶多项式为最佳拟合函数。在武器威胁角已知的情况下,可以通过三次多项式拟合得到最佳干扰效果时砂石类自然地物的倾角取值。研究结果对自然地物假目标的选择具有一定的指导意义。     

紫外预电离放电引发的非链式脉冲DF激光器

采用紫外预电离的横向放电方式和稳定光学谐振腔,使用无毒无腐蚀性的六氟化硫(SF6)和氘气(D2)作为工作物质,研究了工作气体配比、总气压对放电引发非链式脉冲氟化氘(DF)激光器输出能量的影响。实验发现SF6与D2的最佳比例为10:1,最佳总气压为10.5 kPa。使用DF激光谱线分析仪对激光输出谱线进行了测量,得到了17条P支跃迁谱线,激光能量集中在3.876μm附近的几条谱线。利用烧蚀光斑的方法测得输出激光束水平方向、垂直方向的发散角均为1 mrad。在最佳工作条件下,充电电压为39 kV时,激光单脉冲输出能量达到最大值3.58 J,此时激光脉冲宽度为215 ns,峰值功率为16.65 MW,电光转换效率为2.08%。     

基于速比优化的三维透平叶片一维化设计方法

现代透平叶片设计过程中,需要不断调整沿径向分布的几何参数,设计周期长。为了解决此问题,本文构建了一种三维叶片的一维化设计方法：将叶片流道沿径向分割成若干个子流道,对每个子流道进行一维设计,得到其最佳速比与进出口几何角,再使用每个子流道的一维设计结果沿径向叠加构建三维叶片。使用某F级燃机末级的边界条件,应用该方法对其叶片进行重新设计,并利用数值模拟结果中的静叶出口压力、落后角等参数作为额外约束进行精细设计。结果表明：与原始设计相比,优化得到的透平动叶部分区域损失略微增大,流量降低0.26%,但余速损失显著下降,同时轮周效率提高了1.7%,总–总效率提高0.37%,并且轴功增大了1.47%。     

临界及非临界相位匹配KTP光学参量振荡器

报道了利用Nd:YAG激光器二次谐波532nm及基频波1064nm作抽运源,采用临界及非临界相位匹配方式抽运KTP光学参量振荡器的实验结果.实验中获得了具有实用价值的1.53-1.84um人眼安全激光,KTP光学参量振荡器输出总量最大达130mJ,最高能量转换效率64%.分析比较了调谐范围、离分角、接收角、阈值及转换效率,讨论离分角对参量输出的光束质量、转换效率的影响.     

新型圆形吸收体太阳能复合抛物聚光器面形构建及光学分析

针对圆形吸收体提出了一种几何聚光比和可接收角同步提高的新型太阳能复合抛物聚光器(CPC),构建了新型CPC面形结构模型及数学解析解。对新型CPC的聚光性能进行了分析,并与常规CPC的光学性能进行了比较,结果表明:对于切线角相同的圆形吸收体新型CPC,随着圆形吸收体的直径增大时,面形起点的纵坐标值减小;当圆形吸收体直径和切线角分别为47 mm和5.56°时,面形起点的纵坐标为-29 mm;随着光口宽度角增大,新型CPC聚光器的几何聚光比减小,可接收角和平均光学效率随着光口宽度角的增大而增大;当光口宽度角为60°时,几何聚光比为1.16,可接收角为74.39°,平均光学效率为86.77%;新型CPC聚光器吸收体表面的能流分布较传统CPC更均匀。     

半抛物槽式聚光分频光伏系统的性能分析

设计了一种包含13层膜系的分频器,建立了考虑太阳张角影响的三维光学模型,研究了分频对半抛物槽式聚光光伏系统的光、热、电性能的影响,得到了系统能量的光谱分布及光伏电池平面能流密度分布.计算结果表明,系统对AM1.5太阳光谱的光学效率为58.7%,对不同聚光镜开口应选择最优电池倾角以获得最均匀的能流密度;采用分频可以降低电池温度提高聚光系统的聚光比以及光电转换效率.     

内置螺旋管直径对接收器光热转换特性的影响

构建了蒙特卡洛光线追踪(MCRT)和CFD耦合模型,分析了内置螺旋盘管直径对圆柱形接收器光热转换特性的影响。结果表明:不同管径下盘管外壁面太阳辐射热流密度均呈现双峰分布;随着管径的增加,盘管外壁面吸收太阳辐射能量和光学效率均减小;管径从8 mm增加到18 mm时(DNI=650 W·m^-2),光学效率、腔体热效率、光热转换效率分别降低了0.38%、0.3%、1.62%;减小管径有利于提高接收器整体性能。     

能量收发效率对共焦点反射式光通信组网天线系统性能的影响

激光通信组网天线系统能量发射效率与接收效率的高低决定了其通信能力的强弱。针对这一问题,提出了一种新型组网天线系统基本模型,分析其能量发射效率与接收效率的算法并进行数学建模,推导出了其能量发射效率与接收效率的计算公式,深入讨论了能量发射效率和能量接收效率与旋转抛物面上下开口直径、焦距以及会聚透镜单元口径、焦距等光学结构参数的准确函数关系,相关结论可应用于激光通信组网天线光学结构的设计与优化。最后以三颗低地球轨道(LEO)卫星在距离1000km范围内、以高于2.5Gb/s的速率进行组网通信为背景,通过分析和计算得出满足通信条件的激光器最小发射功率、组网天线系统的发射效率随跟踪通信角度的变化曲线以及接收效率。     

相干光学声子的操控以及对能量输运过程的影响

利用脉冲整形器生成双脉冲泵浦光,通过调整双脉冲的间隔时间,在不改变泵浦光能量密度的前提下,实现了相干光学声子的增强和完全消除,进而研究了相干光学声子对半导体能量输运过程的影响。实验直接验证了光学声子在超快能量输运过程的重要作用。相干光学声子增强时测量得到的热电子冷却以及晶格加热的特征时间均减小,因此激发相干光学声子可提高超快能量输运效率。当电子与晶格处于热平衡状态时,相干光学声子增强和消除前后反射信号的下降趋势相同,因此光学声子对热量输运没有显著影响。     

等光程干涉仪中参考镜楔角最优补偿方式研究北大核心CSCD

在测量多表面平行样品时,多面干涉会影响测量结果。为了能改善多面干涉问题,介绍了等光程干涉仪,并研究了参考镜楔角的最佳补偿方式。在等光程干涉仪中,由于参考镜和分光镜的楔角和倾角的存在,测量结果中会带有回程误差。根据参考镜楔角的不同情况采用了不同的补偿,理论分析并确定了各种补偿的放置方式和补偿量,同时研究了倾角和楔角的大小对于要被遮拦光束高度和像方数值孔径NA的影响。再利用Zemax进行不同补偿方式下的干涉仪仿真,并根据仿真得到的干涉图PV值分析回程误差的大小。分析表明:选用最佳补偿方式,参考镜楔角为1′,回程误差优于0.003个波长。     

多元热流体原位检测光路及外部热辐射抑制分析

注多元热流体组分含量的在线检测对调控稠油采收率有重要影响。阐述了多元热流体原位检测的长光程光路设计,研究了光束发散角对检测系统接收效率的影响,定量分析了注气管道高温内壁的杂散辐射强度,利用蒙特卡洛光线追迹法验证了离轴接收系统杂光抑制结构的有效性。结果表明,反射镜镀膜为银膜,光学窗口材料为熔融石英,多次反射结构的最佳反射次数为42次,有效吸收光程为220cm;系统接收效率随发射光束发散角增大而减小,当发散角控制在1.8mrad内,光学接收效率大于40%;在杂光入射离轴角为5°时,系统PST仅为5.66×10-8,当离轴角大于10°时,PST维持在10-14数量级以下,可有效抑制高温注气内壁对系统信号接收的干扰。     

倾斜角度对平板热管性能影响的实验研究

本文设计并制作了一种具有深微槽道结构的铜-水平板热管,系统地研究了放置方式对其传热性能的影响。实验测试了不同热流密度、不同倾角下热管正常工作时的稳态温度分布和热阻。结果表明,热管热阻随倾斜角度单调增大。这是因为随着倾角的增加,重力与工质回流方向不一致,重力阻碍了工质的回流起到了作用,所以热管的均热性能下降,热阻增大。水平放置时,热管表现出最佳的工作性能和最小的热阻。     

基于波动光学的虹与霓最佳观测角的理论研究

虹与霓的最佳观测角是观测到虹与霓现象最明显的观测角.已有的研究表明,虹与霓观测角对入射角的极值就是最佳观测角.根据波动光学原理,分析了任意入射角下产生虹或霓的光束进入眼睛的光能量流的大小,并计算得到了在观测角的极值位置时光能量流最大,从而验证了上述结论,并在此基础上做了简要分析.     

二极管泵浦Nd:YAG棒双通放大器技术

二极管泵浦NdYAG棒双通放大器采用两个峰值功率6.5 kW激光泵浦模块作为泵浦源.每个激光泵浦模块由81个二极管激光器组成,NdYAG棒直径为6 mm,Nd掺杂质量分数1%.在两个封装方式和结构一致的激光泵浦模块之间采用光学像传递和插入90°石英旋转片进行退偏补偿.在重复频率400 Hz,谐振腔输出单脉冲能量6 mJ时,双通输出400 mJ,激光器光-光转换效率为12.3%,光束质量4.6,脉宽15 ns.     

光学击穿对受激布里渊散射特性的影响

把雪崩电离模型引入受激布里渊散射模型中，数值模拟了无光学击穿和有光学击穿时受激布里渊散射能量反射率随输入光功率密度的变化规律.实验上选取净化和未净化的CCl₄作为散射介质，在Nd:YAG调Q激光系统中进行了验证，理论与实验符合得很好.结果表明：当无光学击穿时，随着输入光功率密度的增大，能量反射率先是非线性增大，然后缓慢增大趋于饱和；而当有光学击穿时，随着输入光功率密度的增大，能量反射率先是非线性增大，达到最高值之后开始下降，最终趋于零.无光学击穿时的能量反射率及其稳定度明显高于有光学击穿时的情况. 关键词： 受激布里渊散射 光学击穿 雪崩电离     

面向边缘智能光学感知的航空紧固件旋转检测

针对航空紧固件分拣过程中现有方法存在效率低、成本高、精度差等问题,提出一种面向边缘智能光学感知的旋转目标检测方法。构建一种基于强化语义和优化空间的特征融合机制,有效提升目标检测模型的性能;设计一种空洞幻影模块,减少特征融合网络的参数量,有利于模型在工业场景下的边缘部署;采用高斯类环形平滑标签方法,在模型检测层预测分支上实现旋转目标检测,显著提升模型检测性能,并更有助于工业机器人自动抓取。在权威公开旋转数据集上,检测准确率达到77.16%。最后,在嵌入式智能设备上进行边缘部署并测试,整体准确率达到99.76%,推理速度超过20 FPS (frames per second),满足工业应用的要求。     

透射共振对二次谐波产生的增强

为了提高二次谐波产生转换效率,本文提出将一维周期光学超晶格两端贴上未被极化的厚度可以改变的非线性介质层,通过调整附加介质层的厚度来调制基频波的场,从而观察二次谐波产生转换效率的变化情况.结果表明:基频渡场可以很大程度地调制二次谐波产生;随着能量的增加,二次谐波产生转换效率增加,随着能量的减小,二次谐波产生转换效率减小;...     

二极管叠阵侧面折返泵浦多边形薄片激光器

本文报导了一种二极管叠阵侧面折返泵浦的多边形薄片Nd:YAG激光器,通过对其增益特性和光学特性的优化,得到了泵浦光耦合效率为97%,增益介质吸收效率达87%,增益介质内泵浦吸收分布均匀性为3.21%(root mean square, RMS)的结果.实验测得与模拟数据吻合较好的增益介质荧光分布.在泵浦能量为2.2 J时,获得了能量0.85 J的激光输出,光-光效率达38.8%,斜效率为40.1%.在1 Hz～100 Hz的频率范围内输出能量保持稳定,在重复频率1 Hz时测得单脉冲能量稳定性为2.7%(RMS),在稳腔下测得激光衍射极限倍数b约为10.