X波段长脉冲高功率微波产生的实验研究

 获得长脉冲高功率微波（HPM）输出是HPM源技术追求的重要目标之一。从物理机理上分析了影响慢波结构HPM器件实现长脉冲HPM输出的因素,并利用长脉冲脉冲功率源和过模慢波结构HPM器件,开展了X波段长脉冲HPM产生实验。实验中,采用介质-铜阴极,并在慢波结构表面镀Cr,在导引磁场约0.7 T、二极管电压约400 kV、电流约10 kA、束流脉宽200 ns的条件下,获得了功率500 MW、脉宽约100 ns、主模为TM₀₁的X波段长脉冲HPM输出。对实验结果的分析表明,脉冲功率源与HPM器件的阻抗不匹配,是导致HPM器件输出微波脉宽比电子束脉宽短、以及HPM器件输出微波功率效率较低的主要原因。     

基于圆柱谐振腔的高功率微波脉冲压缩系统

提出了一种新型的基于圆柱谐振腔的高功率级波脉冲压缩系统,介绍了该系统的结构形式,给出了部分关键器件的数值模拟结果,对系统的功率容量及品质因数进行了初步分析.对于高功率微波(HPM)脉冲压缩系统来说,系统的功率容量与最终获取的HPM功率大小密切相关,谐振腔的固有品质因数与系统效率密不可分,工程实践表明,相对于基于矩形谐振腔的脉冲压缩系统,本文设计的基于圆柱谐振腔的脉冲压缩系统功率容量可提高一个量级,谐振腔的固有品质因数可提高5倍以上. 关键词： 高功率微波 脉冲压缩 谐振腔 功率容量     

高功率微波在低电离层中的互作用效应分析

 高功率微波在低电离层中传输时会产生非线性效应。分析了低电离层中HPM的互作用效应，推导了HPM在低电离层中传输的互作用因子同初始场强和微波频率的关系，并对不同条件下振幅交调深度同两个脉冲的延迟时间之间的关系进行了理论研究与数值模拟。结果表明：改变脉冲的延迟时间，振幅交调深度的变化规律也随之改变；为了减少吸收衰减，低电离层中传输的HPM电波的干扰波电场初始振幅与特征等离子体电场振幅的比值应保持在10以下。     

计算机系统高功率微波效应

在进行计算机的高功率微波（HPM）效应研究时，一般采用空间辐照法来获取具体整机系统的微波效应阈值和宏观效应规律，该项研究结果具有较高的实用价值。但对于微波辐照系统的敏感度研究来说，由于辐照效应的影响因素较多，测得的数据重复性较差，需要大量的实验数据支撑，文中在此基础上进行总结。     

利用气体击穿获取窄脉冲微波

 介绍了利用气体击穿获取窄脉冲微波的理论基础、实验方法及实验结果。利用气体击穿获取窄脉冲微波是提高微 波效应源性能的一种较为有效的辅助手段,其费效比较低,能够较好地为当前的高功率微波 效应实验服务。     

高功率微波脉冲大气传输的一些规律

 推导了高功率微波（HPM）脉冲大气击穿阈值功率公式，估计了脉冲从地面向上传输的潜行时间。数值模拟了HPM大气传输的物理图象和潜行时间的变化。     

微波器件HPM效应

高功率微波（HPM）效应实验系统由微波辐射源、效应物和监测系统等组成。微波源产生并辐射电磁波，实验中的微波辐射源分为窄带微波源和超宽谱（UWB）源两种。实验效应物包括低噪高放、TR管、限幅器、混频器和微波组件——被动雷达探测系统RF装置等。详细介绍了这些微波器件和微波组件的基本组成、特性、工作原理和性能，同时介绍了不同效应物的实验系统、实验方法、效应现象和损伤判据。监测系统对目标状态、辐射源状态进行监视，在注入实验中对效应物的注入功率进行测量，在辐照实验中对目标附近的辐射场进行测试标定，为实验结果的分析提供数据。为避免损伤累积效应，损伤实验注入脉冲次数不超过4次。     

PIN限幅器的高功率微波单脉冲效应研究

基于PIN限幅器的等效电路模型,构建了PIN限幅器HPM效应ADS等效电路仿真模型,利用HPM注入实验和等效电路仿真相结合的方法,研究了单个微波脉冲作用下PIN限幅器的响应规律,获取了HPM作用结束后限幅器限幅持续时间与注入脉冲功率、脉宽的对应关系,并对限幅器的限幅持续过程进行了分析。仿真与实验结果表明:PIN限幅器限幅持续时间随着微波脉冲功率和脉宽的增大而变大,实验和仿真结果趋势一致,该研究使用的ADS等效电路模型可以应用于PIN限幅器的高功率微波瞬态响应特性分析研究。     

高功率微波作用下热载流子引起n型金属-氧化物-半导体场效应晶体管特性退化研究

高功率微波(HPM)通过使半导体器件特性退化和功能失效,从而干扰电子系统无法正常工作. 针对金属氧化物半导体(MOS)器件的HPM效应, 建立了高功率微波引起n型金属氧化物半导体场效应晶体管(nMOSFET)特性退化的物理过程与模型. 器件仿真结果中nMOSFET的输出特性曲线显示栅极注入HPM引起器件特性退化,包括阈值电压正向漂移、 饱和电流减小、跨导减小等;结合物理模型分析可知, HPM引起的高频脉冲电压使器件进入深耗尽状态, 热载流子数目增多,热载流子效应导致器件特性退化. MOS器件的HPM注入实验结果显示,器件特性曲线、器件模型参数变化趋势与仿真结果一致, 验证了HPM引起nMOSFET特性退化的物理过程与模型.     

长脉冲高功率微波驱动源放电过程研究

从理论上分析了充放电时高功率微波(HPM)驱动源——水介质脉冲形成线(PFL)上的波过程,提出了形成线放电过程的等效分析方法,得到了输出脉冲波形平顶畸变与PFL充电电压波形的关系,并使用Pspice软件对等效分析的结果进行了模拟验证.开展了基于水介质脉冲形成线的高功率微波驱动源的实验研究,并依据等效分析法得出的结论,通过控制激光触发开关的导通时间,明显减小了输出脉冲波形平顶的畸变,得到了幅值数百kV、脉宽约150 ns、平顶约60 ns的脉冲电压. 关键词： 脉冲形成线(PFL) 高功率微波 等效分析 平顶畸变     

基于时变功率谱的激光器调谐瞬时线宽测量方法研究

半导体激光器的线宽通常采用激光外差测量技术,通过差拍信号的功率谱密度函数来确定,受傅里叶变换方法的限制,得到的均是在一定时间段内的静态平均线宽。为了获得半导体激光器在电流调谐过程中的瞬时线宽特性,提出了利用时变功率谱获知调谐瞬时线宽的相干和非相干测量方法,并分别进行了理论分析和实验验证。首先对半导体激光器输出光信号及差拍信号进行了时间-频率域下的数学描述,确定了时变功率谱与调谐瞬时线宽的关系;其次,针对差拍信号的趋向性特征,提出了趋势局部均值分解方法,并研究了利用分解出的乘积函数建立差拍信号及激光器输出光信号的时变功率谱的方法;最后利用非相干和相干测量法分别获得了分布反馈式半导体激光器在50~51及50~100 mA锯齿波电流调谐过程中的瞬时线宽。     

Ultrarelativistic excitation of beat waves in a hot magnetized plasma

Summary A theoretical investigation is made on the nonlinear relativistic excitation of an electrostatic electron plasma wave at the beat frequency of two high-power colinear laser beams in a hot, homogeneous and magnetized plasma. The relativistic Vlasov equation expressed in gyrokinetic variables has been employed to find the nonlinear response of the magnetized plasma electrons. It is noted that the power density associated with the excited beat wave is much higher for the relativistic consideration than that for the nonrelativistic consideration. The authors of this paper have agreed to not receive the proofs for correction.     

高功率宽带射频调制连续激光源

射频强度调制激光作为激光雷达系统的载波可以有效提高系统的抗干扰和抗散射能力,高功率宽带射频强度调制光源是实现高分辨率远距离探测的关键.本文采用在Nd:YAG激光器的耦合腔中插入一对四分之一波片的方法实现了频差调谐范围为30 MHz—1.5 GHz的双频激光输出,结合光纤振荡功率放大技术,将双频信号光功率放大为50 W.耦合腔双频种子源具有良好的功率和频率稳定性,输出功率为9.5 mW时,功率标准差为0.145 mW,稳定性为1.52%,输出双频激光的频差为250 MHz时,拍频的标准差为1.6144 MHz.种子光进行三级光纤功率放大,得到50 W双频激光输出.放大后的双频激光功率波动范围小于0.1 W,双频拍频的标准差为1.777 MHz,很好地保持了放大之前的功率稳定性和双频频差稳定性.     

Field-free alignment of molecules observed with high-order harmonic generation

High-order harmonic generation is demonstrated to provide a sensitive way for an extensive study of dynamic processes in the field-free alignment of strong-field-induced molecular rotational wave packets. The time-dependent harmonic signal observed from field-free-aligned N2, O2, and CO2 has been found to include two sets of beat frequency for pairs of coherently populated rotational states. One of them is the well-known frequency component characterizing the field-free alignment of molecules, and the other is ascribed to the beat that arises from coherence embedded in the wave packet. We discuss the effect of each frequency component on the revival signal observed with the harmonic generation.     

FM dye lasers

We have investigated the detailed operation of a frequency modulated dye laser (FML). The FML consists of a standing wave Rh6G dye laser with an intracavity transverse ADP phase modulator which is driven at a frequency close to the cavity mode spacing. An ideal FML output consists of a laser beam which is constant in amplitude but sinusoidally varying in frequency. This provides a source of many laser modes which are equally spaced by the modulation frequency. Several dye laser configurations have been investigated. Measurements of the mode intensities, total power, amplitude modulation and rf beat amplitudes have been made as a function of the rf driving frequency of the phase modulator. The FM laser obtained has been frequency stabilised by locking it to a reference interferometer and also by frequency offset locking it to a single-frequency dye laser.     

声波多普勒效应综合实验

利用运动物体反射声波与原声波合成后产生拍，用数字存储示波器测定拍频，从而测定空气中的声速或运动物体的速度，并给出了相应的实验装置、实验方法。     

可调谐半导体激光器的瞬时光谱测量方法研究

可调谐半导体激光器在调谐过程中的瞬时光谱特性,如瞬时的波长、调谐率、功率、线型和线宽等参数影响着以激光器为光源的光学测量和光相干通信系统的精度。然而,能够同时测量这些瞬变参数的技术至今未见报道。提出了一个基于时频分析的测量半导体激光器在调谐过程中瞬时光谱参数的方法,利用一个短时延外差测量系统,利用激光器瞬时光谱参数与差拍信号瞬时参数的关系,最终获得了半导体激光器在连续电流调谐过程中的瞬时光谱。测量系统采用了10 cm光程差的Mach-Zehnder干涉仪,调谐电流是幅度为20~120 mA、频率是1 kHz的锯齿波,差拍信号可视为直流信号、载波信号与噪声的叠加,按照短时延相干光测量原理,差拍信号中的直流分量幅度的大小反映了激光器输出光信号的功率;载波信号是一种多项式相位信号,由其频率可以推算激光器输出光谱的中心频率或波长;噪声信号则与激光器输出光谱的线型和线宽相关,通过对噪声信号进行时频分析,可以获知激光器在连续电流调谐过程中每一时刻或每个电流下的瞬时线型、线宽。采用了趋势局部均值分解方法对差拍信号进行了准确分离,并对分离信号分别进行处理,同时获知了半导体激光器在调谐过程中的瞬时输出光功率、光波长、调谐率及线型、线宽。在去掉弛豫部分后截取的整周期差拍信号对应的调谐电流60~115 mA变化范围内,半导体激光器(FRL15DDR0A31-18950, Furukawa)瞬时输出光功率变化范围是5.16~10.6 mW,瞬时光波长变化范围为1 579.2~1 579.6 nm;激光器的瞬时调谐率在0.004 8~0.011 5 nm·mA-1范围内单调变化;线宽是852.55~954.95 kHz,呈非线性随机分布。基于短时延、局部均值分解和时频分析方法的瞬时光谱参数测量系统可以准确得到各瞬时光谱参数,测量结果与激光器的静特性相符,且测量系统结构简单,使我们更深入地理解激光器的工作原理,具有广阔的应用前景。     

Third-order nonlinearity of Er3+-doped lead phosphate glass

In a laser coherent combination, the phase detection and control is the most critical. Using the beat frequency method, consistence of the phase in output beams can be ensured through real-time detection and correction for the phase change. Phase noises are controlled by a liquid crystal phase modulator. At the same time, the liquid crystal polarization controller is used to make the polarization state stable, which is good for the improvement of the combining efficiency. The wave length of the main oscillation laser is 532 nm. The output power of laser can be adjusted continuously from 0 to 6 W. The shifted frequency of the system is 40 MHz. The accuracy for phase control is superior to λ/70 RMS. In the process of closed-loop control, using the liquid crystal phase and polarization controller, a better signal phase correction of optical path has been achieved for the coherent combination of high power laser arrays.     

光调制法测量光速的研究

采用光调制法测量光速,直接对光进行调制得到调幅波,采用差频技术测量高频信号的相差,根据相位变化测量波长,得出光速并分析了误差。提出了改进方法,明显减小了实验误差。     

激光陀螺光电探测器光窗的设计

用平面波计算拍频条纹间距时,因激光器中存在衍射效应,且实际光强分布为高斯型,故给光电探测器光窗尺寸计算带来很大误差(40%),导致系统不能正常工作。为此,以高斯光束为基础,利用光电探测器测得2路信号的相位差,通过数值计算得到2束光拍频条纹间距,由此计算得到理想相位差光电探测器的尺寸。最后,用实验验证了该设计方法的可行性,为RLG光电探测器光窗尺寸的设计提供了一种简单准确的方法。