基于遗传算法进行加速器自动调束

介绍了遗传算法的基本理论,及其应用于加速器调束过程中的设计要点,给出基于遗传算法进行加速器自动调束的设计方法,并编写遗传算法程序针对HIRFL中的一段束流输运线进行了计算机仿真实验,证明了基于遗传算法进行自动调束的可行性,指出了自动调束技术的未来研究方向。     

基于遗传算法进行加速器自动调束

 介绍了遗传算法的基本理论，及其应用于加速器调束过程中的设计要点，给出基于遗传算法进行加速器自动调束的设计方法，并编写遗传算法程序针对HIRFL中的一段束流输运线进行了计算机仿真实验，证明了基于遗传算法进行自动调束的可行性，指出了自动调束技术的未来研究方向。     

Broadband polarizing beam splitter based on the form birefringence of a subwavelength grating in the quasi-static domain

We propose a novel broadband polarizing beam splitter with a compact sandwich structure that has a subwavelength grating in the quasi-static domain as the filling. The design is based on effective-medium theory an anisotropic thin-film theory, and the performance is investigated with rigorous coupled-wave theory. The design results show that the structure can provide a high polarization extinction ratio in a broad spectral range.     

基于伽利略结构的二级激光扩束系统的设计

针对高倍率扩束系统设计要求(即轴上和轴外像差都得到较好的校正),从三级像差理论出发,设计了一种新型的40^×高倍率激光扩束系统。该系统是基于简单的伽利略结构并通过二级扩束系统来实现的,系统包括4片透镜,通过引入2个二次非球面、 2个反射镜或1个棱镜来折叠光路。利用CODE V光学设计软件给出了该系统的光学结构参数和外形结构图,并进行了像质评价。结果表明：该系统结构简单,设计难度小,成本较低,像质好,性能优良,是一种可以被广泛采用的高倍率激光扩束系统。     

基于二元光学设计的高能激光窗口的初步探讨

对非均匀近场强度分布影响强激光远场聚焦效果的原因进行了分析。对高能激光窗口进行了二元光学设计。提高了光束强度分布的均匀性,改善了光束质量。介绍了二元光学设计的基本原理,采用随机并行扰动爬山法对窗口的位相分布、变换后的光束强度分布、衍射效率和光束均匀性进行了计算。计算结果表明,基于二元光学设计的激光窗口能有效地改善光束强度分布的均匀性,提高了发射光束的质量。     

General design basis for a final optics assembly to decrease filamentary damage

The high-power laser beam in the final optics assembly of high-power laser facilities is often modulated by contamination particles, which may cause local high light intensity, thereby increasing the filamentary damage probability for optical components. To study the general design basis for a final optics assembly to decrease the risk of filamentary damage,different-sized contamination particles deposited on a component surface are simulated to modulate a 351-nm laser beam based on the optical transmission theory, and the corresponding simulation results are analyzed statistically in terms of the propagation characteristic and the light field intensity distribution of the modulated laser beam. The statistical results show that component thickness and distance between components can to some extent be optimized to reduce the appearance of local high light intensity, and the general design basis of component thickness and arrangement are given for different control levels of particle sizes. Moreover, the statistical results can also predict the laser beam quality approximately under the existing optics design and environmental cleanliness. The optimized design for final optics assembly based on environmental cleanliness level is useful to prolong the lifetime of optics and enhance the output power of high-power laser facilities.     

散焦光栅测量光束漂移的光路设计仿真

传统的光束漂移量测量系统利用近、远场测量设备分别测量光束的平漂量和角漂量,结构复杂、实时性低。散焦光栅焦平面处正、负一级衍射斑的位置变化可同时反映光束的平漂量和角漂量,为验证该理论、搭建简化的测量系统需要对光路设计进行仿真。基于散焦光栅的成像机理,利用Matlab软件构建了光束通过散焦光栅的成像模型,仿真结果与理论分析一致;最后对光栅和透镜等不同光路设计参数与最大漂移量测量幅值的关系进行了模拟。结果表明,在成像单元约1 cm2、短焦透镜焦距约12 cm的条件下,为实现漂移量测量精度和可测幅度的最大化,散焦光栅需要离轴15 mm,散焦光栅与短焦透镜的焦距比为6。     

强流脉冲束流位置探测器标定装置物理设计

从强流脉冲电子直线感应加速器电子束流位置探测器测量原理出发,进行了标定装置物理设计,确定标定装置采用同轴结构,对束流探测器位置测量精度和测量范围、偏心同轴线对位置标定结果的影响进行了理论分析,并根据分析结果确定同轴结构内外导体相对位置调节范围、同轴线长度和特性阻抗。电路模拟和实验测量结果验证了在非匹配传输条件下可以得到满足位置标定要求的快脉冲信号波形。     

Particle Sizing by Planar-Phase Doppler System

Conventional phase Doppler systems are useful for sizing particles in the order of microns, but sensitive to the Gaussian beam defect which can cause sizing errors. The defect can be significant when a large size is measured. In this paper, we present a new phase Doppler system using a planar optical layout which permits large particles to be measured in a forward scattering scheme without the Gaussian beam errors. The optical system design is discussed by numerical simulation based on the Mie theory.     

220 GHz均匀永磁聚焦行波管电子光学系统的设计与实验研究

电子光学系统是行波管的核心部件之一,在太赫兹频段,电子束通道很小,导致高电流密度电子束的传输非常困难。基于220 GHz折叠波导行波管慢波结构设计所需束流参数,根据理论分析和电磁仿真软件,设计了一款采用均匀永磁聚焦对电子束进行约束的电子光学系统。仿真结果显示,当电子束通道直径0.3 mm、长度31 mm时,在阴阳极压差20 kV的条件下阴极发射电流141 mA,电子流通率100%。根据设计结果封接了流通管,实验结果显示,当阴阳极压差20 kV时,阴极发射电流138.5 mA,收集极电流125.5 mA,电子流通率91%。     

一种用于光束整形的衍射光学元件设计算法

在光束整形衍射光学元件的设计中,为同时减小输出光束的均方根误差和顶部不均匀度值,提出了模糊控制迭代算法(IAFC)。在盖师贝格-撒克斯通(Gerchberg-Saxton,G-S)算法的基础上,提出了平滑修正法,可有效改善输出光束的顶部均匀度,但却增大了均方根误差值。模糊控制迭代算法依据模糊控制理论,通过有效结合盖师贝格-撒克斯通算法和平滑修正法来同时降低均方根误差和顶部不均匀度值。计算机设计的结果表明,利用模糊控制迭代算法可以得到非常理想的输出光束,其均方根误差和顶部不均匀度值分别为0.75%和0.46%,能量转换效率可达94.91%。为光束整形衍射光学元件的设计提供了一种有效的新算法。     

光束偏转器传输特性对系统定向准确度的影响

基于光束在单轴晶体交界面处的折射理论和单轴晶体中的矢量传播理论,研究了基模高斯光束通过铌酸锂光束偏转器后的电场变化,计算得到了光束定向系统探测器输出的中频电流与光束失配角之间的关系曲线.结果表明:通过铌酸锂光束偏转器后的基模高斯光束的电场分布发生了细微的变化,这种细微的电场变化将改变输出中频电流与光束失配角之间的对应关系.借助该修正的数学模型,可提高光束定向系统的角度测量准确度.     

30MeV医用回旋加速器气体靶束流线的研制

中国原子能科学研究院于1994年研究建成我国第一台医用强流回旋加速器CYCIAE-30及配套放射性同位素生产线, 目前为了增加气体靶以生产新品种医用同位素, 在原有束流输运线的基础上开展了束流输运系统的升级改造方案设计, 包括束流线的总体布局考虑和光学设计, 并根据束流光学设计的结果, 进行了新增束流线上电磁元件的设计. 在物理设计的基础上, 还进行了施工设计以及各分系统的加工、调试、安装, 并以物理设计得到的参数为依据进行了束流调试, 靶上得到的束斑与理论值有较好的符合, 满足设计要求.     

光束斜入射的折反射组合光学系统的像差计算

基于平面对称光栅反射镜系统的像差理论,根据光学元件材料折射率对成像光束波像差进行修正,将像差理论扩展到平面对称折射光学系统,使得该理论可应用于光束斜入射的折反射组合光学系统的像差计算;指出在折反射组合光学系统中考虑物像方空间折射率的关系,以及入射角方向的定义,使得波像差的计算表达式保持统一;应用扩展后的像差理论对折反射...     

Diffractive micro-optical elements for implementing hollow beam and bi-focus simultaneously

We design diffractive micro-optical elements (DMOEs) with sub-wavelength characteristic size based on a half-π-phase shifting scheme, with the aim of realizing a hollow beam and bi-focus simultaneously. The optical properties of DMOEs, such as the positions of the real focal planes, the aspect ratio of the hollow beam and the diffraction efficiency, are investigated by using the rigorous electromagnetic theory and the boundary element method. The numerical results show that a well-defined hollow beam and bi-focus are achieved simultaneously. Further analysis of the interference between dual-DMOE shows that the interference is much less than that of a conventional dual-microlens. It is indicated that the designed micro-optical element array can not only implement hollow beam and dual focus, but also suppress the interference effect significantly.     

13.9 nm马赫贞德干涉仪用软X射线分束镜研究

介绍了13.9 nm马赫贞德干涉仪用软X射线分束镜的设计、制备与性能检测。基于分束镜反射率和透过率乘积最大的评价标准,设计了13.9 nm软X射线激光干涉实验用多层膜分束镜。采用磁控溅射方法在有效面积为10 mm×10 mm、厚度为100 nm的Si3N4基底上镀制了Mo/Si多层膜,制成了多层膜分束镜。利用X射线掠入射衍射的方法测量了Mo/Si多层膜的周期。用扩束He-Ne激光束进行的投影成像方法定性分析了分束镜的面形精度,利用光学轮廓仪完成了分束镜面形精确测量。利用北京同步辐射装置测量了分束镜反射率和透射率,在13.9 nm处,分束镜反射率和透过率乘积达4%。使用多层膜分束镜构建了软X射线马赫贞德干涉仪,并应用于13.9 nm软X射线激光干涉实验中,获得了清晰的含有C8H8等离子体电子密度信息的动态干涉条纹。     

30MeV医用回旋加速器束流输运线上旋转扫描磁铁的研制

加速器引出束流分布一般都是高斯分布, 而在束流应用中需要更多的是均匀分布的束流. 目前国内研究已经实现了束流的均匀分布, 但事实上这些束流的均匀度不够理想. 因此, 重点介绍了能够使束流实现高均匀分布的旋转扫描磁铁的研制过程, 在理论推敲和实践检测的基础上充分证实: 通过旋转扫描磁铁的作用, 束流可以在目标靶上完全实现高均匀分布. 这项技术在国内实属首创, 其性能已经达到国际同类磁铁的先进水平.     

13.9 nm马赫贞德干涉仪用软X射线分束镜研究

 介绍了13.9 nm马赫贞德干涉仪用软X射线分束镜的设计、制备与性能检测。基于分束镜反射率和透过率乘积最大的评价标准,设计了13.9 nm软X射线激光干涉实验用多层膜分束镜。采用磁控溅射方法在有效面积为10 mm×10 mm、厚度为100 nm的Si3N4基底上镀制了Mo/Si多层膜,制成了多层膜分束镜。利用X射线掠入射衍射的方法测量了Mo/Si多层膜的周期。用扩束He-Ne激光束进行的投影成像方法定性分析了分束镜的面形精度,利用光学轮廓仪完成了分束镜面形精确测量。利用北京同步辐射装置测量了分束镜反射率和透射率,在13.9 nm处,分束镜反射率和透过率乘积达4%。使用多层膜分束镜构建了软X射线马赫贞德干涉仪,并应用于13.9 nm软X射线激光干涉实验中,获得了清晰的含有C8H8等离子体电子密度信息的动态干涉条纹。     

THz振荡器双光栅开放腔的高频特性

针对双开槽的双光栅开放式谐振腔,提出了一种基于矩形波导谐振腔理论的计算方法,给出TE04模式场分布的结构设计修正公式,用于进行准光学谐振腔结构设计优化,通过增强电子注区域的电场强度,可有效提高电子效率。同时对双光栅慢波结构冷色散特性进行了计算,分析了不同参数对其高频特性的影响。结果表明,双光栅槽宽和电子注通道宽度的变化会对其色散特性的频带上限产生较大影响。     

Denisov-type quasi-optical mode converter forhigher-order asymmetric volume mode gyrotron北大核心CSCD

The principle and design method of Denisov-type quasi-optical mode converter is investigated indetail. The operation process of the Denisov-type launcher is analyzed by applying the geometrical optics, andthe Gaussian-like field distribution achieved on the waveguide wall is also derived. The method for designing arippled-wall launcher is proposed on the basis of coupled mode theory. A simulation code for Denisov-type qua-si-optical mode converter GQOMC-D is developed based on coupled mode theory, vector diffraction integrationand physical optics, which is compared to the design parameters and experimental results reported in literaturefor its validity. According to this code, a Denisov-type quasi-optical mode converter used in 110 GHz TE22.6mode gyrotron oscillators is designed. Simulation results indicate that a Gaussian-like beam is obtained at theoutput window with a scalar content of 98.4 % and a conversion efficiency of 94.7 %.