用于太赫兹源粒子模拟的有限电导率模块研制

针对THz频段微电真空器件波导壁面材料电导率及加工粗糙度引发损耗的模拟需求,研制了有限电导率模块,并将其添加进三维全电磁粒子模拟大规模并行程序NEPTUNE3D。介绍了有限电导率的时域有限差分显格式及时谐场近似解方法,针对上述方法的优缺点,提出了基于扩散方程隐格式的有限电导率模块算法,该算法具备无条件稳定、普适性好的优点。利用矩波导常见电磁波模传输损耗算例,测试了自编的有限电导率模块,测试结果与理论值及同类商业电磁软件计算结果进行了比对,验证了模块的可靠性。利用添加有限电导率的三维全电磁粒子模拟程序NEPTUNE3D,模拟了材料电导率以及表面粗糙度对0.22 THz折叠波导行波管性能的影响,模拟结果表明,材料电导率及表面粗糙度会显著降低器件输出功率和增益水平。综合色散关系、耦合阻抗、衰减常数等因素,给出了器件结构参数设计建议,并指出:通过增加电子束流、注入信号功率以及慢波结构周期数目等方式可一定程度上提高器件输出功率水平。     

耦合腔慢波特性及其注-波互作用的三维软件模拟

 利用MAFIA软件分别对休斯型耦合腔慢波结构进行了由冷腔到热腔的计算机模拟，并将冷腔模拟结果分别与理论计算结果和实验测试结果进行比较，发现模拟结果更加接近实验值，色散特性的平均误差在0.02%左右，耦合阻抗的平均误差在5%左右，基本满足设计要求；由冷腔模拟结果导入MAFIA三维粒子模拟模块中进行注 波互作用模拟，对其工作机理进行了定性分析。     

345 GHz折叠波导行波管中电磁传输损耗的分析计算

利用电导率等效方法对345GHz折叠波导行波管中的电磁信号的传输损耗进行了仿真研究,考察了流通管孔径、加工粗糙度等对冷腔传输损耗的影响。结果表明,流通管孔径较大或加工粗糙度较大都会导致电磁信号传输严重衰减。模拟分析了热腔中电磁信号衰减对慢波结构净增益、带宽、最佳周期数等器件特征参数的影响,结果显示,电磁信号衰减会使得增益下降和带宽降低。     

XeCl激光器的增益特性

本文根据稳腔均匀加宽激光器的模型,按照激光器的输出功率与小信号增益系数g,恒定的吸收损耗系数a_o,饱和强度I_s,腔长L之间的近似关系式,利用变换输出耦合的方法,对采用紫外预电离的Blumlein快放电激励XeCl激光器的增益进行测量.并讨论了器件的最佳透过率.发现最佳透过率是泵浦功率的函数.     

四程放大激光系统输出能量稳定性研究

 根据原型装置主放大系统组合式四程放大结构的特点,计算分析了放大过程中注入能量、放大增益及损耗的微小起伏对系统输出能量稳定性的影响。根据原型装置集成实验结果,分析了目前原型装置单路输出能量稳定性水平。研究结果表明：注入能量越大,其变化对输出能量影响越小;小信号增益系数对输出能量的影响明显大于注入能量;系统输出能量稳定性对腔内光学元件的透过率变化要求高于腔外光学元件。在3 ns基频光输出达标点处要使输出能量不稳定性控制在5%以内,注入能量起伏要低于10%,腔内放大片小信号增益系数起伏要低于1%,腔内光学系统损耗起伏要低于2%。     

端抽运Yb3+:YVO4激光准三能级理论模型研究

立足于Yb离子能级结构、谐振腔增益损耗和布居数分配情况, 利用爱因斯坦辐射理论和速率方程理论, 建立了适合Yb³⁺离子激光的准三能级理论模型. 该模型引入有效腔长增益贡献因子对腔内光强进行了从头计算, 获得了阈值方程. 利用此模型与Yb激光的实验结果相比较, 发现有效腔长对增益的贡献可以改变腔内损耗和粒子数反转的概率, 也继而影响激光阈值和输出功率效率. 应用于LD端抽运Yb³⁺:YVO₄激光实验中, 在971 nm LD抽运, 有效晶体长度 L=1 mm, 输出镜透过率对激光波长1016 nm为1%条件下, 获得阈值为1.1 W; 有效晶体长度L=2 mm, 输出镜透过率为10%条件下, 阈值获得为3.9 W. 关键词： 3+:YVO₄')" href="#">Yb³⁺:YVO₄ 准三能级模型 有效腔长增益贡献因子     

布氏角放置的双折射滤光片在腔内倍频中的作用

详细研究了双折射滤光片在宽带增益激光器腔内倍频中的作用以及双折射滤光片在腔内位置对倍频效率的影响。以钛宝石激光器为例,实验分析了不同厚度的双折射滤光片对基频光线宽和倍频效率的影响;以及腔内倍频中,热效应的来源、双折射滤光片对热诱导相位延迟的补偿、双折射滤光片在腔内的最佳位置。实验发现,双折射滤光片不仅可以压缩基频光线宽,还可以有效补偿腔内元件的热致双折射,减小腔内损耗,大幅度提高腔内倍频效率和激光的稳定性。     

BEPCⅡ超导腔静态热负荷和无载品质因数Q0的测量

超导腔的静态热负荷和无载品质因数是表征超导腔低温恒温器以及超导铌腔性能好坏的最重要参数.BEPCⅡ超导腔采用的是液氦浸泡冷却方式,对两个超导腔在测试站分别进行了降温调试,在超导腔达到超导状态并稳定运行后,对其静态热损耗进行了测定.此外,超导腔Qo 的测量主要是采用热力学的方法测量其高频损耗然后经计算得出Qo.介绍了BEPCⅡ超导腔静态热负荷和无载品质因数的测量原理及方法,并且给出了两个超导腔在不同高频加速电压下的测试结果.此测试结果已作为BEPCⅡ超导腔验收测试的重要依据.     

BEPCⅡ超导腔静态热负荷和无载品质因数Q_0的测量

超导腔的静态热负荷和无载品质因数是表征超导腔低温恒温器以及超导铌腔性能好坏的最重要参数.BEPCⅡ超导腔采用的是液氨浸泡冷却方式,对两个超导腔在测试站分别进行了降温调试,在超导腔达到超导状态并稳定运行后,对其静态热损耗进行了测定.此外,超导腔Q_0的测量主要是采用热力学的方法测量其高频损耗然后经计算得出Q_0.介绍了BEPCⅡ超导腔静态热负荷和无载品质因数的测量原理及方法,并且给出了两个超导腔在不同高频加速电压下的测试结果.此测试结果已作为BEPCⅡ超导腔验收测试的重要依据.     

新型全固态激光器作用过程中的激光参数分析

对影响LD泵浦的Nd∶GdVO4,Nd∶YVO4和Nd∶YAG激光器输出特性的增益介质长度、腔内损耗、输出镜透过率、泵浦光和振荡光的光斑大小进行了分析和数值模拟。当腔内固有损耗为2%,输出镜透过率为10%时,Nd∶Gd-VO4,Nd∶YVO4和Nd∶YAG晶体的振荡阈值分别为1.77W、0.55W和3.34W。在25W泵浦功率下,利用1mm长的Nd∶GdVO4,Nd∶YVO4和Nd∶YAG晶体可分别得到13.17W,13.26W和8.43W的输出功率,相应的输出镜最佳透过率分别为24%,44%和16%。     

一种基于ＰＩＮ型光电二极管频率响应的测试方法

根据信号系统相关理论,提出了一种针对该类光电探测器频率响应的测试方法。该方法实现的测试系统主要包括窄带脉冲激光光源、光强衰减装置和光电探测器等。由光电探测器接收经过光强衰减后的窄带激光脉冲信号,同时利用数字示波器获得相应信号波形的上升时间;根据相关的计算公式,得到光电探测器的频率响应;对所得测试结果进行误差分析。实验结果表明:对理论频率响应带宽为１０．６ ＭＨｚ的探测器,利用该方法测得的相对误差为６％左右, 该测试方法简单、可行,适用范围广。     

衰减材料对高增益相对论速调管自激振荡的抑制

在高增益相对论速调管放大器中,自激振荡严重影响器件的正常工作并导致脉冲缩短。通过粒子模拟研究了高次模式自激振荡的激励机制,并提出在器件内加入微波衰减材料来抑制该类自激振荡。详细研究了衰减材料的电导率和几何参数与高次模式衰减常数的关系,并开展了微波衰减体的冷测实验。冷测表明微波衰减体对高次模式的衰减达11.25 dB,其性能满足器件实验要求,可以用于高增益相对论速调管的热腔实验。     

利用可调谐激光吸收光谱技术对光路上气体温度分布的测量

利用可调谐激光吸收光谱技术(TDLAS),扫描多条吸收谱线以实现气体温度分布的测量。文章给出了温度分布测量的原理和方程离散化的方法,在气体浓度和压力均匀时,利用带约束最小二乘法计算得到温度分布。根据HITRAN中6 330 cm-1附近的4条CO谱线的参数,建立了温度在300和600 K时,路径长度均为55 cm的两段温度分布模型,模拟了测量误差与温度区间长度约束条件的影响。结果表明随着测量误差的增大和约束条件的减弱,计算结果误差相应增大。在5％的测量误差下,计算结果的最大误差为11％,平均误差为2.2％。以管式炉中的高温段和室温下的低温段作为两段温度分布模型进行试验。利用6 330 cm-1处的垂直腔面发射激光二极管(VCSEL)扫描得到的4条CO谱线,通过背景信号的三次多项式拟合得到基线,求出温度分布计算所需的光谱吸收率积分值。在四种情况下, 计算温度分布结果与模型误差分别为7.3％,6.5％,4.7％和2.7％。     

门控分幅相机增益衰减特性

 分析了分幅相机增益衰减的理论模型,利用Mathematica软件模拟了增益随电脉冲传输时间指数衰减的曲线图。根据增益衰减理论,设计了测量增益衰减系数的实验。实验结果表明：分幅相机的平均增益按0.024 9 mm^-1指数衰减,电脉冲沿微带线传输的电压幅值衰减系数平均为0.003 56 mm^-1。得出实验数据中单条微带上增益并不完全符合增益指数衰减规律,而是在最后一帧图的增益有所回升,分析得出这是由电脉冲在微带末端连接处的反射引起的。经多次测量,电脉冲在微带线末端的平均值反射比为24.2％。对增益衰减状况的改善提出建议：采用良导体制作传输线,选取介质损耗小和绝缘性能好的材料作为填充介质,合理设计MCP微带线的厚度、微带宽度及微带与输出面的间距则可减小分幅相机增益的衰减。     

220 GHz 折叠波导慢波结构

 优化设计了一种220 GHz的折叠波导慢波结构的尺寸,对其冷测特性如色散、耦合阻抗和衰减进行了分析。理论分析和软件仿真结果表明设计的折叠波导慢波结构在中心频率处具有较平缓的色散关系,较高的耦合阻抗和较低的电路衰减。互作用模拟表明,在电子注电压为20 kV,电流为10 mA时,27 mm（50个周期）的折叠波导慢波结构在220 GHz具有14.5 dB的增益,3 dB带宽为16.3 GHz（211.9～228.2 GHz）。     

Analysis of thermograms for the estimation of dimensions of cracks in building envelope

In situ determination of global air leakage of the building envelope is presently done with the fan depressurization test. During such test, infrared thermography could also be used to dimension unintentional small openings (cracks). In this study, thermography was used to measure in laboratory the surface temperature of single-layer walls subjected to air flow through surrogates of cracks. Two image-processing methods were developed and applied to a dataset of 36 thermograms recorded in laboratory. First, using the edge detection technique, the opening length and large width (more than 4 mm) can be graphically estimated with an error of less than 8%. Second, for smaller openings, correlations for two image-processing characteristics, peak height and missing attenuation, were established. These relationships result in estimation with a relative error of less than 4% of the widths of small cracks on thermograms. The development of correlations for the spectrum of conditions found on site could be a step towards in situ quantification of air leakage areas.     

薄膜场发射开启电场的小波神经网络预测模型研究

关键词：     

On the correlation of “hot” and “cold” electron-hole drop densities in uniaxially stressed silicon

“Hot” and “cold” electron-hole drops were studied in 〈100〉-stressed silicon by intense optical pulse excitation and gated photoluminescence measurements. We obtain varying relative densities of hot and cold EHD electrons either by choosing the delay time of the gate appropriately or by using samples of different impurity concentrations. In all cases, the spectra can entirely be fitted assuming only a homogeneous EHD-phase consisting of both, hot and cold electrons. This result is in agreement with recent theoretical work which — contrary to germanium — finds phase separation in stressed silicon not to be very likely.