皮秒脉冲功率技术理论模型及其优化设计

为了产生100~500 ps,200~500 kV,1~10 kA数量级的皮秒放电脉冲,建立了一个皮秒脉冲发生器理论模型,并提出利用增益系数极值法,确定其最大兼容工作点,相对于纳秒脉冲成形线,皮秒脉冲成形线实现了90%,70%,85%的归一化电压增益、能量增益和放电功率增益。为了最大限度地降低皮秒脉冲成形线的载压时间,提高系统的绝缘安全因子,利用华罗庚0.618优算法,设计了电压传输系数。在纳秒脉冲成形线与皮秒脉冲成形线阻抗比值等于1.63条件下,在4倍和6倍皮秒脉冲成形线时间之内,归一化电压增益、能量增益和放电功率增益就可以分别达到94%,72%,89%与99%,53%,97%。     

紧凑型P波段相对论返波振荡器的粒子模拟

设计了一种紧凑型P波段相对论返波振荡器,其电动力学结构是由同轴慢波结构和同轴引出结构组成的。同轴慢波结构缩小了器件的径向尺寸;同轴引出结构缩短了器件的轴向长度,且提高了束波作用效率。通过粒子模拟研究了器件内束波作用的物理过程,模拟结果表明：器件具有结构紧凑、束波作用效率高的特点。在二极管电压700 kV,电流7 kA,导引磁场1.5 T时,器件在频率833 MHz处获得较高的微波输出,饱和后输出微波的平均功率达1.58 GW,效率约为32%,器件电磁结构尺寸仅为108 mm×856 mm。     

光斑环围参量阵列测试法的测量不确定度

为评定光斑环围参量（包括环围功率和环围尺寸）阵列测试法的测量不确定度,给出了环围参量一般形式的定义和连续形式的计算表达式,归纳并比较了阵列测试法下光斑环围参量的3种常用计算方法,即近似环围功率法、准确环围功率法和等效环围尺寸法,给出了零阶近似下环围参量离散形式的计算表达式。根据不确定度传递律,推导了基于等效环围尺寸法的环围参量测量不确定度的一般表达式,讨论了常见简化条件下的环围参量测量不确定度表达式。建立了光斑环围参量计算及其不确定度评定的一套较完整的方法。以强度为高斯分布的光斑为例,得到了简化条件下的环围参量测量不确定度的解析表达式,并用数值模拟法验证了其正确性。     

基于自映像的光子晶体波导分束器的设计

通过研究2维正方晶格光子晶体波导多模干涉的自映像效应,优化设计了一种新型1×2光子晶体波导分束器,采用时域有限差分法对其传输特性进行模拟分析。设计过程中,根据多模干涉耦合区中周期出现的双重像的位置确定两个单模输出波导的位置,通过在分束器输入和输出耦合区的连结处设置介质柱,改变输入和输出耦合区中的模场分布,实现模式匹配,从而明显减小分束器的反射损耗。计算结果表明:设置的介质柱归一化半径分别为0.08和0.177时,对于波长为1.55 μm的入射光,该分束器的透射率可高达93%。     

940nm波长高功率线阵二极管激光器封装研究

对940nm波长高功率线阵二极管激光器的封装结构进行了重新设计,并在此基础上开展了芯片的封装实验。封装出的线阵二极管激光器,在连续工作时输出激光功率达40W,在准连续工作时（占空比0.5%）,输出峰值功率可达100W。     

碳化物抗氧化稳定性及其与基体的协同作用对Cr—Ni合金铸铁高温耐磨性的影响

通过改变Cr-Ni合金铸铁中共晶碳化物的抗氧化稳定性,在可控气氛高温磨料磨损试验机上研究了碳化物及其与基体的氧化协同性对合金耐高温磨料磨损能力的影响。结果表明：碳化物的抗氧化稳定性以及碳化物与基体的氧化大无畏同性对合金在大气气氛中的高温耐磨性起着重要的作用。在Cr-Ni合金铸铁中,碳化物在高温氧化气氛中将优先于合金基体发生氧化腐蚀,使合金的耐磨性得到极大损害,因此,使碳化物与合金基体在高温下保持协同的高温稳定性对合金的高温耐磨性非常有利。     

Langmuir探针诊断低压氢等离子体电子密度与温度

为研究实验参数对螺旋波诱导的低压氢等离子体状态的影响,用Langmuir探针对等离子体伏安特性曲线进行了原位诊断,采用双曲正切函数的指数变换模型拟合曲线,根据Druyvesteyn方法得到状态参数电子密度、有效电子温度和电子能量几率函数,分析了它们随实验参数的变化规律。结果表明：射频输入功率、气压和约束磁场对等离子体状态有较大影响。随着射频射入功率增大,放电模式发生转变,电子密度跳跃增长;随着气压增大,电子密度先增大后减小,1.5 Pa为最佳电离气压,随约束磁场的增强呈线性增长;有效电子温度随功率和气压的增大而下降,随约束磁场的增强线性降低,电子能量几率函数曲线峰位和高能部分都向低能移动,与有效电子温度变化规律吻合。     

感应电压叠加器驱动阳极杆箍缩二极管型脉冲X射线源

介绍了自行研制的用于闪光照相且基于感应电压叠加器和阳极杆箍缩二极管的X射线源的组成、结构和主要参数。输出电压3 MV的Marx发生器给阻抗7.8 Ω水介质脉冲形成线充电,产生脉宽约70 ns,电压约1 MV的高功率脉冲,经过峰化开关和预脉冲开关后分成3路馈入三级感应电压叠加器感应腔进行电压叠加,感应电压叠加器次级采用真空绝缘传输线,阻抗从40 Ω变成60 Ω,驱动阳极杆箍缩二极管,二极管阴极为石墨,阳极为直径1.2 mm的钨杆,石墨阴极产生的电子束在电流自磁场作用下发生箍缩,轰击阳极,产生小焦斑脉冲Ｘ射线。该装置在Marx充电电压为±35 kV时,二极管电压约2.0 MV,二极管电流约为50 kA,半高宽约80 ns;X射线半高宽约为40 ns,剂量约为28 mGy,焦斑约为0.95 mm。利用该X射线源拍摄到了炸药爆炸产生的层裂碎片不同飞行时间的图像。     

准随机点阵二值化Gabor波带片聚焦特性的数值计算

Fresnel波带片有多个焦点,作为单色器波长选择元件使用时会受到高级衍射的影响。而Gabor波带片只有一个焦点,有更好的聚焦特性,但制作难度较大,准随机点阵二值化Gabor波带片概念的提出则解决了这个问题。介绍了准随机点阵二值化Gabor波带片的设计,并利用优化的程序分别对Fresnel波带片和准随机点阵二值化Gabor波带片的聚焦特性进行了模拟计算,通过对计算结果进行分析比较,发现准随机点阵二值化Gabor波带片具有抑制高阶衍射的特性。     

基于相变冷却的大功率二极管激光器技术

设计了一种基于相变冷却方式工作的大功率二极管激光器,该激光器的散热器是基于节流式喷射微槽道相变冷却的原理,使冷却液在微槽中的气化率达到了70%,大幅度提高了冷却效果,减小了冷却液流量,在同样制冷功率条件下,冷却液流量仅为水冷方式的1/10。利用相变冷却器进行了背冷式半导体激光器叠阵封装工艺的研究,采用复合热沉与AuSn硬焊料结合的新型封装工艺,完成了准连续3 kW叠阵的封装。实验测试表明,单元叠阵的输出功率达到3.01 kW,占空比10%,封装间距为1.3 mm,光谱宽度小于3.5 nm。最大功率输出时所需R134a冷却液的流量仅为110 mL/min。