电容器通过变压器对脉冲形成线充电过程

 从T模型等效电路出发,在等效电路中磁化电感两端的电压在形成线等效电容充电到第一个峰值之前变化较小这一假设之下,推导了电容器通过变压器对脉冲形成线充电的解析表达式,给出了考虑回路存在电阻和杂散电感下的表达式。最后利用电路模拟来验证解析表达式,结果表明:给出的解析表达式能够较好地分析电容器通过变压器对脉冲形成线充电过程;在形成线充电的第一个半周期内,解析理论得到的结果与模拟结果比较吻合,在原边电容和形成线等效电容可比较的情况下,从变压器耦合系数较低（不超过0.7）到耦合系数接近于1的情况都适用。     

三谐振高压脉冲变压器理论分析与模拟

 介绍了一种基于空芯变压器的三谐振高压脉冲变压器。通过对三谐振脉冲变压器无损等效电路的理论分析,给出了在回路本征频率为1∶2∶3时,电路各参数的关系及输出电压解析表达式,由此可知在此条件下变压器次级高压绕组上的最大电压与负载电容上最大电压比为0.36∶1。根据理论结果,设计了一组参数进行了电路模拟,证明了理论分析结果的正确性,可用于三谐振脉冲变压器的设计。并模拟了变压器耦合系数、调谐电感、调谐电容、初级电容及负载电容等参数变化对装置输出电压及能量传输效率的影响。由模拟结果可知,调谐电感和调谐电容在-10%～10%范围,初级电容在0～10%范围以及负载电容在-10%～0范围内变化对装置的性能影响不大,该变压器较容易实现工程化。     

长脉冲能源给脉冲形成线充电过程中的预脉冲现象

 利用简单的理论和电路模拟的方法，分析了爆磁压缩发生器或电容器通过变压器对脉冲形成线充电过程中的预脉冲现象。研究表明由变压器副边电感和脉冲形成线电容构成的回路充电频率和接地电感的大小是影响预脉冲电压幅值的主要因素。由于接地电感的引入带来的高频寄生振荡不会引起预脉冲幅值的变化。在通过变压器对脉冲形成线充电的方案中，由于回路充电频率低，预脉冲电压幅值很小，只有kV量级。在电容器通过变压器为脉冲形成线充电的脉冲功率调制器中，将预脉冲开关去掉进行了实验，并与有预脉冲开关的情况进行了对比，结果发现无预脉冲开关的情况下，不影响二极管的正常工作和产生电子束的质量。     

基于粒子模拟的磁绝缘传输线等效电容和等效电感的计算

提出了一种基于粒子模拟的磁绝缘传输线等效电容和等效电感计算方法,在层流模型得到的同轴磁绝缘传输线等效电感和等效电容理论公式中引入修正因子,对粒子模拟所得结果进行数值拟合,获得了等效电容和等效电感修正因子依赖于电压的拟合表达式,修正后的等效电容和等效电感理论公式与粒子模拟结果符合较好,所得结果可用于磁绝缘传输线的等效电路建模。     

快前沿变压器充电型磁压缩器的分析与设计

提出了一种快前沿充电型磁压缩发生器,采用高耦合系数脉冲变压器和无串接二极管型原边绕组设计,降低了变压器的杂散电感,可以对磁压缩电路进行快速脉冲式充电,有利于减少磁压缩装置的级数和体积。采用T模型对快前沿变压器充电型磁压缩器的电路进行了等效变换,分析了系统设计的原则。结果表明:系统的等效压缩增益远大于1;磁开关应选用高导磁材料。满足上述条件,磁压缩装置的充电效率和预脉冲现象才能获得理想值。研制了一台快前沿变压器充电型磁压缩脉冲发生器,3 nF电容负载上获得前沿时间为990 ns、幅值为50 kV的脉冲,预脉冲约2 kV,磁压缩器的电压效率为98%。     

高变比螺线空芯脉冲变压器

设计并理论分析了高变比型螺线空芯脉冲变压器的输出特性,讨论了变压器次级输出电压达到最佳值的条件,对设计的空芯变压器进行了模拟计算和实验研究。结果表明:该种变压器型脉冲功率电源可直接利用市电充电,在初级变储能电容器充电800V的条件下,变压器次级所接形成线负载的输出电压达到350kV,变压器设计变比1∶700、耦合系数0.52;实验结果与计算基本吻合。     

邻近电感互耦的准方波脉冲形成网络设计

针对小型化紧凑型脉冲源的应用需求,开展了电感存在互耦的准方波脉冲形成网络设计技术研究。首先介绍了基于坐标轮换-直接搜索法的准方波脉冲形成网络优化技术研究,获得了网络元件的电感、电容值以及准方波的解析表达式;然后推导了邻近电感互耦网络的等效去耦电路解算方法,基于回溯法,最终给出了全网络各元件值的求解算法;最后分别针对等电容情形及规定电容的情形,求解给出了网络元件参数值。算例结果表明:电感存在互耦的准方波脉冲形成网络可获得较理想的准方波脉冲输出。基于互耦电感的巧妙设计,有利于实现紧凑型准方波脉冲形成网络的设计。     

双路输出超宽谱高功率微波驱动源Tesla变压器

为实现25 GW级双路输出超宽谱高功率微波驱动源的小型化,选择研制了一种与双筒脉冲形成线(Blumlein线)相配一体化的带有开路磁芯的Tesla变压器,作为初级脉冲功率源。进行了Tesla变压器的理论分析,利用简化的磁路模型研究了Tesla变压器初次级线圈电感等电参数的估算方法,给出了Tesla变压器磁芯截面的估算和磁芯制作方法。该Tesla变压器最大输出电压880 kV,充电时间约20 s,耦合系数约0.95,实验结果与理论设计相符。     

紧凑型重复频率快前沿Marx发生器研究北大核心CSCD

设计一种紧凑型重复频率快前沿Marx发生器,采用3.3nF陶瓷电容器作为储能电容,螺旋形空芯电感作为充电电感,通过各级气体火花开关迅速放电在负载上建立了陡化前沿的输出电压波形。将电容器、气体开关、充电及隔离电感设计为同轴一体化结构,整个Marx发生器放置在一个密封的金属圆筒内,通过充氮气或者六氟化硫气体来绝缘。在考虑开关电极分散电容、回路电感等因素基础上,利用自击穿火花开关模型建立了等效放电电路模型,并利用PSpice电路模拟软件进行了数值模拟。在理论分析的基础上,通过优化电路结构,完成了12级Marx发生器的设计与研制。在50Ω电阻负载上获得了电压150kV、脉宽30ns、上升时间10ns的脉冲波形,Marx发生器可60Hz重复频率运行,与模拟结果基本一致。     

级联型爆磁压缩发生器的等效电路计算

 动态级联型爆磁压缩发生器由多级构成,后一级俘获前一级的磁通进而将能量放大。用镜像电流法计算装置等效电感和电阻,用磁通俘获模型计算两级间磁通耦合,并假设损耗电阻正比于直流电阻。用该等效电路方法计算了一种两级动态级联型爆磁压缩发生器的静态和动态电路参数,并对其输出电流波形进行了模拟,同实际测量和实验结果进行了比较,同时对该装置通过脉冲变压器对脉冲形成线的充电过程进行了简单的模拟计算。结果表明,该计算方法对级联型爆磁压缩发生器的优化设计和应用研究具有较好的指导作用。另外两级磁通俘获模型对于间接馈电（线圈或永磁体）装置模拟计算也有一定的参考价值。     

单波长光声光谱血氧饱和度检测技术研究

血氧饱和度(SO₂)为临床观察病情变化提供了有意义的指标。传统血氧饱和度检测研究工作多采用双光源和多光源光电容积脉搏波描记法实现无创检测来减少病人痛苦。通过研究生物组织对光的吸收和散射特性,将光谱学和光声技术相结合提出了一种无创式单光源检测血氧饱和度(SO₂)、脱氧血红蛋白浓度[HBR]和氧合血红蛋白浓度[HbO₂]的新方法。该方法基于血液对光信号的吸收和散射理论基础和光声信号呈现吸收线形关系建立单波长光声光谱血氧饱和度检测技术,不仅可以进行指标性参数分析还可以对组织成像。为了验证该技术可行性,在实验中采用单波长激光脉冲光源,以绿色和红色墨水的混合液体作为含有脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白的血液模型注入软管模拟人体血液环境。其中红色墨水的含量类比于血液中含氧血红蛋白含量,从而可通过测量计算出红色和绿色墨水浓度来表征伪血氧饱和度(poseudo-SO₂)。实验结果表明,所测的伪血氧饱和度与实际浓度误差不超过6.97%,采用该方法量化血氧饱和度是可行的;同时利用实验结果,结合光声成像技术完成了对伪血液中单圆管截面成像。该方法替代多波长光谱分析的方法能显著降低激光系统和便携式实现成本。     

时空调制型干涉成像光谱仪的强光干扰效应仿真研究

干涉成像光谱技术是利用光的干涉原理获取目标光谱信息的一种成像技术。为研究其在强光下的干扰效果和机理,以大孔径静态成像光谱仪为典型对象,开展了相关仿真实验研究。以实际地物的图像和光谱信息为对象,仿真生成了原始干涉成像图案,并模拟830 nm单波长激光和超连续谱激光两种干扰源,分别研究不同辐照强度下的典型干扰效果,分析时假设光谱角大于30°时原始光谱信息丢失。基于本文的仿真模型,得到的相关结果表明,在830 nm的单波长激光干扰情况下,当干扰与目标成像峰值之比大于0.2∶1时原始光谱信息无法正确复原（光谱角大于30°）,但模拟加入830 nm滤光片后,干扰效果被有效滤除。在超连续谱激光干扰情况下,不考虑饱和阈值时光谱角数值最终稳定在21°;考虑探测器饱和阈值为目标成像强度峰值3倍时,干扰与目标成像峰值之比大于2.1∶1时,原始光谱信息便无法分辨。该研究可能为同类型光谱仪的激光辐照效应和损伤机理的后续研究,以及光谱成像系统的激光防护和性能优化提供参考。     

室温下稳定的多波长掺铒光纤激光器的研究

通过在线形谐振腔中引入一段缠绕在压电陶瓷上的单模光纤作为正弦相位调制器,使得激射波长的损耗不固定,抑制由于掺铒光纤的均匀展宽效应引起的模式竞争,从而避免了在室温下不稳定的单波长激射,实现了多波长掺铒光纤激光器的稳定输出。为了获得平坦的多波长输出,在谐振腔里使用了一个损耗峰位于1530nm处的长周期光纤光栅,以获得较为平坦的增益谱。通过两个3dB耦合器制成的反射型梳状滤波器的滤波作用,实验中观察到稳定的多波长激射,相邻波长间隔约为0．45nm。中心9个波长的输出功率平坦度为10dB,边模抑制比大于25dB。     

基于FFP-TF2滤波器的可调谐激光器

可调谐激光器在光纤传感和光纤通信中有着广泛的应用,引起了人们的广泛重视。设计并搭建了基于FFP-TF2滤波器的可调谐激光器系统。通过FPGA设计的基于DDS (direct digital frequency synthesis)函数信号发生器与模拟放大电路结合产生的驱动电压,调节FFP-TF2腔长的变化,进而改变激光器的输出波长。该系统可以实现对FFP-TF2单点电压和扫描电压的驱动,从而激光器可以输出单波长激光和多波长扫描激光,在激光器输出波长1 532 nm~1 568 nm范围内,可以调节单波长输出,也可以调节多波长扫描范围,且两种模式可以切换使用。实验结果表明,激光器输出3 dB线宽基本保持在0.01 nm左右,激光器输出中心波长与驱动电压线性拟合度为99.934%,灵敏度为3.915 nm/V,而FFP-TF2输出中心波长与驱动电压线性拟合度为99.986%,灵敏度为4.021 nm/V,激光器输出中心波长相对FFP-TF2的误差为2.6%,说明该激光器系统输出波长具有线宽窄、稳定性好、灵活性高等优点。     

单CCD彩色相机激光干扰模型及外场干扰实验

开展了多波段激光(750~970 nm)对彩色CCD成像系统的外场干扰实验,测得了不同辐照条件下对外场1.3 km处彩色CCD成像系统的干扰效果;建立了彩色CCD相机的激光干扰模型,对实验结果进行了理论验证与分析。理论与实验结果表明:强激光对彩色CCD成像系统的干扰效果明显,CCD靶面出现了明显的光饱和和串扰现象,光饱和区域的形成是由激光束进入光学系统后发生衍射效应造成的;到靶激光功率密度越强,CCD靶面光饱和面积越大,激光干扰效果越好;单波段750 nm激光作用下,到靶功率密度为4.2 kW/cm²,CCD靶面的光饱和面积为0.88 mm×0.97 mm;多波段激光(750~970 nm)作用下,到靶功率密度为20.7 kW/cm²,CCD靶面发生全靶面饱和现象;仿真结果与实验结果基本一致,证明了理论模型的正确性。对远场干扰能力计算结果表明:随着干扰距离的增加,到靶功率密度减小,激光干扰效果变差。     

全正色散多波长被动锁模耗散孤子掺镱光纤激光器

报道了一种带有周期性双折射光纤滤波器的全正色散多波长被动锁模耗散孤子掺镱光纤激光器. 通过数值模拟发现加入滤波器后激光器能输出多波长耗散孤子脉冲, 调节滤波器带宽大小可以得到不同波长个数和波长间隔的多波长锁模耗散孤子脉冲. 在激光器产生的四波长和五波长耗散孤子脉冲中观察到了耗散孤子分子, 并且通过调节滤波器参数和饱和功率可以改变多波长脉冲中耗散孤子分子的个数和波长. 这是在被动锁模光纤激光器中首次实现包含有耗散孤子分子的多波长脉冲. 另外还在实验上实现了全正色散双波长被动锁模耗散孤子的产生. 关键词： 全正色散 耗散孤子 多波长脉冲 孤子分子     

Single-wavelength functional photoacoustic microscopy in biological tissue

Recently, we developed a reflection-mode relaxation photoacoustic microscope, based on saturation intensity, to measure picosecond relaxation times using a nanosecond laser. Here, using the different relaxation times of oxygenated and deoxygenated hemoglobin molecules, both possessing extremely low fluorescence quantum yields, the oxygen saturation was quantified in vivo with single-wavelength photoacoustic microscopy. All previous functional photoacoustic microscopy measurements required imaging with multiple-laser-wavelength measurements to quantify oxygen saturation. Eliminating the need for multiwavelength measurements removes the influence of spectral properties on oxygenation calculations and improves the portability and cost-effectiveness of functional or molecular photoacoustic microscopy.     

基于长周期光纤光栅滤波器的掺铒光纤放大器理论和实验研究

从理论和实验上研究了带有高频二氧化碳激光写入的低成本长周期光纤光栅（LPFG）掺铒光纤放大器（EDFA）.结果表明,单波长和多波长EDFA的性能都可以通过在掺铒光纤（EDF）中插入长周期光纤光栅用作自发辐射噪声（ASE）滤波器或增益平坦器来提高性能.优化设计了带LPFG噪声滤波器的线放EDFA,与没有LPFG噪声滤波器相比,线放的噪声和小信号增益分别被减小和提高了约0.5 dB和7 dB。通过在多波长EDFA的EDF中插入一个LPFG增益平坦滤波器的方法,获得了1.5 dB的增益平坦度,与没有LPFG平坦器相比,EDFA的噪声被减小了0.1 dB,增益被提高了1 dB.     

连续波CO2激光对多晶硅探测器干扰损伤实验研究

为进一步研究激光对光电探测器的干扰及损伤,利用10.6 m连续CO2激光辐照多晶硅光电探测器,进行了干扰与损伤阈值实验研究,得到了对多晶硅探测器的饱和干扰、损伤干扰阈值分别为5.5510-4 W/cm2、0.48 W/cm2;分析了不同干扰功率、不同干扰时间的干扰效果,依据探测器受干扰程度提出了将干扰等级划分为点饱和、中度饱和、重度饱和与点损伤4个等级;通过干扰激光功率与干扰光斑面积的变化关系,得到两者按幂函数y=76.3x0.29关系变化,并依据该变化关系探讨了10.6 m脉冲激光对红外成像系统的干扰效果。     

Change of interference pattern using fundamental and second-harmonic wavelengths by phase shift of a beam

Interference pattern of two different wavelengths, forming a four-sided pyramid consisting of eight beams, is discussed. Synchronization between two wavelengths having a multiple relationship, which corresponds to mixing of fundamental and second-harmonic generation wavelengths, forms a stationary interference pattern successfully. Phase shift variation of a beam changes the basic pattern of interference. This technique can be a new scheme for multi-wavelength material processing with periodic structure and will increase the variation of meta-atoms fabricated by interfering femtosecond laser processing.