光纤光栅大电流传感研究

利用电磁力的原理,提出了一种测量高压大电流的方法,将高压大电流母线缠绕成单匝或双匝螺线管,产生吸引力,使光纤光栅产生应变以此来测量大电流.通过实验使用多匝螺线管和小电流进行了模拟大电流测量.模拟实验结果表明,光纤光栅波长对电流大小的灵敏性逐步增强,特别适合于大电流的测量.     

稀薄空气中圆柱腔体内系统电磁脉冲的混合模拟

系统电磁脉冲广泛存在于强电离辐射环境中,且难以有效屏蔽.为了评估稀薄空气对系统电磁脉冲的影响,本文基于粒子-流体混合模拟方法,建立了三维非稳态模型,计算并分析了稀薄空气等离子体的特性以及其与电磁场响应的相互作用.结果表明,压力越高,光电子发射面附近的次级电子数密度越高,轴向分布的梯度越大,腔体中部的电子数密度在20 Torr(1 Torr=133 Pa)下出现峰值,而电子温度随压力升高单调递减.腔体内的稀薄空气等离子体阻碍了空间电荷层的产生,电场响应峰值比真空条件下的低了一个数量级,电场脉冲宽度也显著降低.光电子运动特性决定了电流响应的峰值,压力升高,到达腔体末端的电流先增加再减小.而等离子体电流会抑制总电流的上升速率,并使电流响应出现拖尾.最后,将数值模拟结果与电子束模拟系统电磁脉冲的实验结果进行比较,验证了本文混合模拟模型的可靠性.本研究所采用的混合模拟方法相比于粒子云网格-蒙特卡罗碰撞方法,大幅减小了计算消耗.     

稀薄空气中圆柱腔体内系统电磁脉冲的混合模拟

系统电磁脉冲广泛存在于强电离辐射环境中,且难以有效屏蔽.为了评估稀薄空气对系统电磁脉冲的影响,本文基于粒子-流体混合模拟方法,建立了三维非稳态模型,计算并分析了稀薄空气等离子体的特性以及其与电磁场响应的相互作用.结果表明,压力越高,光电子发射面附近的次级电子数密度越高,轴向分布的梯度越大,腔体中部的电子数密度在20 Torr(1 Torr=133 Pa)下出现峰值,而电子温度随压力升高单调递减.腔体内的稀薄空气等离子体阻碍了空间电荷层的产生,电场响应峰值比真空条件下的低了一个数量级,电场脉冲宽度也显著降低.光电子运动特性决定了电流响应的峰值,压力升高,到达腔体末端的电流先增加再减小.而等离子体电流会抑制总电流的上升速率,并使电流响应出现拖尾.最后,将数值模拟结果与电子束模拟系统电磁脉冲的实验结果进行比较,验证了本文混合模拟模型的可靠性.本研究所采用的混合模拟方法相比于粒子云网格-蒙特卡罗碰撞方法,大幅减小了计算消耗.     

单粒子瞬变中的双极放大效应研究

采用三维数值模拟的方法对比研究了单个NMOS晶体管和反相器链中的单粒子瞬变（single event transient,SET）电流脉冲,发现深亚微米工艺下双极放大电流在单管的SET电流脉冲中占主要成分,而在反相器链的SET模拟中不明显,分析二者的区别解释了源/体结偏压的形成过程和放大机理,并证明了双极放大效应受源/体结偏压影响的结论.在此基础上分析了NMOS管中源极的正向电流及其机理,发现台阶区的源极正向电流主要是由扩散作用形成的. 关键词： 单粒子瞬变 双极放大 混合模拟 台阶区电流     

相干长度可连续调谐的半导体激光器

实验利用光反馈的方法获得了相干长度连续可调的半导体激光光源.通过调节反馈强度及抽运电流,有效控制了光反馈半导体激光器的相干长度.其相干长度可由无反馈时的几米连续调至100 μm.同时,利用光反馈半导体激光器速率方程,数值模拟了反馈强度及抽运电流对半导体激光器相干长度的影响.实验及数值模拟均表明：通过调节反馈强度的大小可以有效控制半导体激光器的相干长度,光反馈半导体激光器的相干长度随反馈强度的增大而减小,而偏置电流对相干长度无明显影响.模拟结果与实验结果符合. 关键词： 光反馈半导体激光器 相干长度 反馈 混沌     

半导体器件蒙特卡罗模拟中保持电荷守恒的统计增强方法

介绍了一种在半导体器件蒙特卡罗模拟中保持电荷守恒的统计增强方法,该方法消除了由统计增强引入的电荷统计涨落,保持了不同增强区界面处过界粒子流的连续性.以肖特基势垒二极管为例,应用该方法,实现了高接触势垒情形下的正反向电流模拟.     

等离子体在任意强度的直流电场中产生电流的过程

通过Fokker-Planck模拟,研究了等离子体在任意强度的直流电场中产生电流的过程以及电子分布函数的演变过程.研究发现,不同强度的电场中等离子体的行为存在着明显的差别.在弱电场中,电流与电场满足Spitzer公式,且电流产生的响应时间约等于撤销电场后电流衰减的弛豫时间;在中等强度的电场中,电子分布函数呈现为静止Maxwell分布和漂移Maxwell分布之和,而且在中等强度或者强直流电场中弛豫时间也将远远大于响应时间.根据电子分布函数的演变规律,推导了一组类似于流体力学方程的公式,这组方程像Spitzer公式一样简便地描述了等离子体中电流与电场的关系,并且对电场强度没有限制.数值模拟显示这组方程比Spitzer公式更适用于等离子体的混合粒子模拟中. 关键词： 等离子体电流 电子分布函数 Fokker-Planck模拟 Spitzer公式     

EAST位形磁流体平衡的模拟

对托卡马克平衡反演数值计算代码EFIT进行了改进,使之适用于EAST装置的磁流体平衡研究.用改进后的平衡反演代码EFIT模拟了EAST装置稳态阶段的偏滤器平衡位形.提出极向场线圈电流作为线性方程组主约束条件,期望位形作为从约束条件,求解非对称电流条件下自由边界平衡问题的方法.结果表明,该方法能较为容易地得到非对称电流条件产生的平衡位形,在非对称电流条件下自由边界平衡计算是收敛的.     

单层有机器件的电子传输特性的数值模拟

在漂移扩散模型的基础上建立了单层有机器件的模型,包括了电荷注入、传输、空间电荷效应和陷阱的影响.电荷注入考虑了热电子发射电流和隧道电流.模拟得到的结果和文献中报道的实验测试数据一致.模拟研究了各个因素对器件J-V曲线的影响,电流和器件长度成反比,电流随着空穴注入势垒的减小而增加.电子注入势垒从1.7 eV减少到0.5 eV时,电流随着电子注入势垒的减小而减小,这主要是因为有机材料中电子迁移率太小,电子注入电流的增加可以忽略,而电子注入势垒的减小使内建势增加,在同样的电压下,场强 关键词： 有机器件 传输特性 数值模拟     

磁控溅射辉光放电特性的模拟研究

采用二维、自洽的PIC/MCC (particle-in-cell with Monte Carlo collision) 方法,模拟了磁控溅射辉光放电过程, 重点讨论了工作参数对放电模式和放电电流的影响. 模拟结果表明, 当工作气压由小到大或空间磁场从强到弱变化时, 放电模式会从阴极空间电荷主导的放电模式过渡到阳极空间电荷主导 的放电模式.在过渡状态,对应的工作气压与磁通密度分别为0.67 Pa和0.05 T; 随着工作气压的增大,放电电流先增大后趋向平衡,当工作气压超过2.5 Pa时,电流开始随工作气压的增大而减小; 而阴极电压增大时,放电电流近似线性增加.     

碳纳米管场致发射中的空间电荷效应

采用微波等离子体化学气相沉积(MWPCVD)方法成功制备以碳纳米管束为单元的场致发射阵列,获得很好的场致发射电流发射特性,在电流密度较大时,发现I-V特性偏离由Fowler-Nordheim公式计算出的结果。采用Electron Beam Simulation(EBS)软件进行模拟分析发现:在电流密度较低时,I-V特性能很好与F-N公式吻合。但碳纳米管尖端电流密度大于106A/cm2时,碳纳米管尖端处的有效电场强度受空间电荷的影响比较明显,进而对碳纳米管的场致发射特性显现出不可忽略的影响,此时碳纳米管的发射电流密度开始受到空间电荷的限制。     

声脉冲法空间电荷测量系统的研究

气体中空间电荷的分布与电晕放电的机理紧密相关, 获取电晕放电过程中空间电荷分布对深入研究电晕放电起始、自持过程有着重要作用, 但是如何准确获得电晕放电过程中的空间电荷分布一直是国际上尚未解决的难题. 本文基于声脉冲法提出一种电场信号解耦算法, 推导了空间电荷在声场中被调制产生的电场信号与声脉冲信号和空间电荷密度之间的数值关系, 讨论了不同测量情况下声发射系统的设计要求; 搭建了一套可用于实时测量针板电极电晕放电空间电荷分布的非接触式测量系统, 该系统主要包括声脉冲发生模块、空间电荷模块及电场信号解耦算法模块. 运用该系统实现了声脉冲激发作用下电场信号的测量, 通过提出的电场信号解耦算法得到了空间电荷密度, 对其测量结果与电晕电流法测量结果进行比较, 验证了电场信号解耦算法的有效性. 该算法可以应用于空间电荷一维、二维和三维测量系统中.     

Advanced targets,diagnostics and applications of laser-generated plasmas

High-intensity sub-nanosecond-pulsed lasers irradiating thin targets in vacuum permit generation of electrons and ion acceleration and high photon yield emission in non-equilibrium plasmas. At intensities higher than 10¹⁵?W/cm² thin foils can be irradiated in the target-normal sheath acceleration regime driving ion acceleration in the forward direction above 1?MeV per charge state. The distributions of emitted ions in terms of energy, charge state and angular emission are controlled by laser parameters, irradiation conditions, target geometry and composition. Advanced targets can be employed to increase the laser absorption in thin foils and to enhance the energy and the yield of the ion acceleration process. Semiconductor detectors, Thomson parabola spectrometer and streak camera can be employed as online plasma diagnostics to monitor the plasma parameters, shot by shot. Some applications in the field of the multiple ion implantation, hadrontherapy and nuclear physics are reported.     

一种平行栅碳纳米管阵列阴极的场发射特性研究

建立一种平行栅碳纳米管阵列阴极,利用悬浮球模型和镜像电荷法进行计算,给出碳纳米管顶端表面电场与电场增强因子的解析式. 在此基础上,进一步分析器件各类参数以及接触电阻对阴极电子发射性能的影响. 分析表明,碳纳米管间距大约为2倍碳纳米管高度时阵列阴极的分布密度最佳,靠边缘部位的碳纳米管发射电子能力比其中心部位的大;除碳纳米管的长径比之外,栅极宽度和栅极间距也对电场增强因子有一定作用;接触电阻的存在大幅度降低碳纳米管顶端表面电场与发射电流,而接触电阻高于800 kΩ时,器件对阳极驱动电压的要求更高. 关键词： 平行栅碳纳米管阵列 悬浮球 场增强因子 接触电阻     

Effect of the space charge of emitted electrons on field electron emission

It is shown that the conventional technique of substituting the field strength at the space charge-emitter interface that is calculated with the Poisson equation into the Fowler-Nordheim formula considerably overestimates the effect of space charge on field electron emission. In this work, the space-charge-induced field attenuation as a function of the emission current density and radius of curvature of the emitter surface is derived using the model of a planar space-charge layer. It is argued that field electron emission cannot be studied in terms of the spherical diode model, since it assumes the presence of a space charge on the back (nonemitting) emitter surface, which is in fact absent. It is stated that one should consider the discrete character of the charges when investigating the space charge in field electron emission, because the mean spacing between the electrons emitted far exceeds the emission barrier width.     

东方超环(EAST)装置中等离子体边界锂杂质的碰撞-辐射模型

在东方超环(EAST)装置中,由于大量锂化壁处理的使用,切向可见光摄像机拍摄到等离子体边界通常存在一条由锂(Li)杂质形成的绿色发光带.本文基于EAST边界等离子体参数条件,基于碰撞-辐射模型给出由已知边界等离子体状态推算Li绿光光强的空间分布的具体方法,并针对简化后的一维径向分布问题,收集、处理OPEN-ADAS数据库的数据,采用软件Mathematica 10.4.1编写相应的数值计算程序,分别输入EAST工作于低约束(L)与高约束(H)模时获得的两组边界电子温度、密度分布数据,给出并分析比较了利用该模型的计算结果.此项工作对于未来建立通过测量及反演边界锂杂质特征谱线强度的空间分布来重构边界等离子体状态的全新技术和研究存在三维磁场扰动条件下的边界等离子体行为均具有重要的理论参考价值.     

不同成分等离子体鞘层的玻姆判据

在一维平板鞘层中采用流体模型分别研究了不同成分无碰撞等离子体鞘层的玻姆判据.通过拟牛顿法数值模拟了含有电子、离子、负离子以及二次电子的等离子体鞘层玻姆判据.结果表明二次电子发射增加了鞘层离子马赫数的临界值,且器壁发射二次电子温度越高,离子马赫数临界值越小.负离子使离子马赫数临界值减小.而在含有二次电子和负离子的等离子体鞘层中,当负离子较少时,二次电子发射对离子马赫数临界值影响较大;当负离子增加时,离子马赫数的临界值则主要受负离子的影响. 关键词： 鞘层 等离子体 玻姆判据     

类球状微米金刚石聚晶膜场发射的稳定性

在覆盖金属钛层的陶瓷上,利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法制备出类球状微米金刚石聚晶膜。通过二极管结构测试了聚晶膜的场致电子发射特性,利用扫描电子显微镜、拉曼光谱、XRD分析了场发射前后薄膜的结构和表面形貌的变化。发现在高场、大电流密度的场发射中,对类球状微米金刚石聚晶薄膜中的金刚石聚晶颗粒影响很小,而对金刚石聚晶颗粒间的非晶碳层影响很大。对类球状微米金刚石聚晶变化机理进行了研究。     

CCD光谱层析技术重建氩等离子束射流三维温度场

根据谱线相对强度法,提出了利用正交面阵CCD光谱层析技术,实时重建氩等离子束射流三维温度场的方法.通过CCD获得的待测场图像与没有射流射出时在待测场处放置的坐标纸图像进行比对,测最了实际待测场的大小;利用步进电机带动光纤探针对待测场进行扫描,通过光谱仪获得了待测场的光强分布.根据谱线相对强度法中谱线选取的原则,选择了696.5和763.5 nm两条谱线作为研究对象.为防止CCD接收光强过饱和及待测场边缘光谱信息的损失,根据待测场的大小和光强分布设计了梯度衰减片,再通过窄带滤波片获得了待测场的光谱信息.结果表明与光纤光谱扫描法获得的结果吻合较好,不确定度为3.3%.系统满足了实时重建三维温度场的要求,为等离子束射流后续的密度场、压力场和速度场的实时诊断提供了坚实基础.     

Tokamak plasma equilibrium analysis based on the relaxation method with a specified magnetic axis

In this contribution, we have presented two techniques for the determination of plasma equilibrium position in IR-T1 tokamak: relaxation and optical methods. An analysis method of tokamak plasma equilibrium by a relaxation method with a specified magnetic axis is presented. The degrees of freedom due to designated positions of the magnetic axis are possible by using poloidal field coil currents. Stable steady-state tokamak plasma equilibria are calculated along with the magnetohydrodynamic potential energy. The plasma generates a plasma current which partially or fully cancels the magnetic field from the poloidal field coils. For low-temperature plasmas, the plasma current distribution is centrally peaked; for high-temperature plasmas, the plasma current has a hole. A centrally peaked current distribution in a low-temperature plasma is evolved into a current distribution with a hole by increasing the plasma pressure by Ohmic heating, radio frequency heating, or by neutral beam injection heating. In the second technique, an image-processing technique was used for the output signal of the charge coupled device camera and plasma emission intensity profile and then the plasma position was obtained. Results are compared and discussed.