百瓦级高亮度光纤耦合半导体激光模块的研制

用3只976 nm半导体激光短列阵作为子模块,研制出连续工作的百瓦级高亮度光纤耦合模块。首先,利用光束转换器将每个半导体激光短列阵进行光束整形;然后采用空间复用技术将3个半导体激光短列阵在光参数积小的方向上叠加,并利用倒置伽利略望远镜作为扩束器进一步压缩发散角;最后利用优化结构的透镜组将激光聚焦到芯径200 μm,数值孔径为0.22的光纤中。测量结果显示:聚焦后激光的发散角为24.8°,焦平面的光斑尺寸为175.2 μm;耦合后测量光纤出光功率可达107 W,对应亮度为2.23 MW/(cm²·sr),达到了国内利用列阵进行光纤耦合的领先水平;在工作电流为52.5 A时,电光转换效率为43.1%,远高于全固态等激光器;最后测量本模块在不同驱动电流时的光谱,并以此计算出模块的热阻为1.29 K/W,说明它的散热性能良好。结果表明,本光纤耦合模块适合应用于泵浦光纤激光器、医疗和激光加工等领域。     

制冷系统的广义预测控制方法研究

制冷系统的蒸发器过热度的控制对于制冷系统稳定、高效运行具有重要作用。文中通过实验辨识了基于过热度和蒸发温度的制冷系统多输入多输出模型,并采用广义模型预测控制方法,针对制冷系统的变负荷运行工况下进行了实验研究。结果表明,该方法很好的适应了制冷系统变过热度、变蒸发温度的控制要求,相比常规的单输入单输出PID控制,跟踪性能良好、动态控制精度高,可以适应制冷系统负荷大范围变动的控制需求。     

直接供液与重力供液制冷系统的对比研究

重力再循环供液是指蒸发器依靠制冷剂自身的重力送入蒸发器,在供液高度大于蒸发器对制冷剂的阻力情况下,部分制冷剂液体在蒸发器和气液分离器所形成的回路中再循环。由于再循环作用不需要外加动力,并强化管内制冷剂的沸腾换热,蒸发器的效率得以明显提高。文中介绍了重力再循环供液制冷系统和蒸发器的结构,提出采用J.Chawla关系式和Shah关联式相结合的方法预测再循环蒸发器制冷剂侧的换热系数。采用空气侧热平衡法,对直接膨胀供液和重力再循环供液制冷系统分别进行了多蒸发温度下的性能测试。表明重力再循环供液制冷系统比直接膨胀供液制冷系统的制冷量平均增加26%,COP平均增加18%,蒸发温度平均升高1.1℃,传热系数是直接供液的1.57倍。J.Chawla关系式和Shah关联式相结合预测再循环蒸发器制冷剂侧的换热系数,其曲线结构与实验值近似,平均误差不大于20.6%。文章还对各热工参数的变化原因进行了分析。     

增压输送过程中卧式贮罐液氢温度分层研究

分析了大型卧式液氢贮罐增压输出过程中低温介质传热数学模型,揭示了贮罐内液氢温度分布规律,说明了液氢温度分层形成的原因及过程,给出了输出液氢品质保障方法。研究表明:大型卧式液氢贮罐输出过程中液氢温度分布可用修正后的半无限大平板非稳态导热方程描述;在增压压力一定情况下,热液层厚度随着输送时间的增加而增大,且热液层厚度及其温度分布受卧式贮罐截面形状影响;液氢贮罐输出品质与贮罐内热液层厚度密切相关,可通过计算热液层厚度从而确定贮罐留底余量的方法,保证贮罐输出品质。     

用于诊断纳秒脉冲电流的微分环现场标定技术

分析了用于纳秒脉冲电流测量的微分环标定难点,提出微分环现场标定方法。通过脉冲形成线脉冲充电以解决微分环标定中信噪比较低、可信度较差等问题;分析了脉冲形成线充电时间、充电电压及脉冲形成开关击穿电压等回路参数对标定结果的影响。基于闪光二号加速器,对测量二极管电流的微分环进行了现场标定,前级隔离开关平均击穿电压为25 kV时,微分环标定回路电流达到1.3 kA,微分环灵敏度为9.311010,方差为0.151010。     

基于LabVIEW的高功率微波驱动源监控系统

针对高功率微波源对前级驱动电源的计算机自动控制要求,设计了一套1 200 kV高功率微波驱动电源监控系统。系统采用多功能数据采集卡控制大功率调压器产生连续可调的工频电压,再经过环氧高压变压器和整流硅堆等转换为直流高压,对储能电容进行充电控制;采用高速数据输入输出卡控制触发系统按时序进行工作;监测计算机通过RS-485串口方式对直流高压、闸流管阳极电压、闸流管对地电流等进行实时状态监测;控制主机通过以太网与中央控制计算机实现通讯,可以单独控制电源工作,也可以通过中央计算机统一协调工作;采用LabVIEW作为软件开发平台,利用图形控件完成整个电源系统的控制监测等功能的设计;为了解决因电磁干扰强而引起的地电位抬高、高压采集不正常等问题,系统的软硬件都融入了可靠性设计。实验结果表明,该系统工作可靠稳定,实时性强,界面友好,操作简单,具有良好的可扩展性和移植性。     

不同应用条件下最佳绝缘子构型

绝缘子的沿面闪络制约着脉冲功率系统向高电压、大电流方向发展,总结了几种实际应用条件下的最佳绝缘子构型,并对不同角度下绝缘子表面的带电情况进行了分析。结果表明,表面电荷对不同绝缘子构型的性能起着至关重要的作用,需要根据不同的应用条件来开展实验研究以确定最佳的绝缘子构型。     

火花通道长度对激光触发开关特性的影响

利用超高速相机,在曝光时间100 ns时,对不同能量下激光在氮气气体开关中形成的火花通道进行拍照,得到了不同焦距下激光波长266 nm时激光火花通道长度与激光能量的关系。开展了激光触发气体火花开关的实验研究,激光触发开关延时、抖动随激光能量的增加而减小。将火花通道长度与激光触发开关的特性进行了分析,气体开关的抖动随着激光火花通道长度的增加而减小,当火花通道沿电极间轴向长度达到开关电极间距40%时,开关的抖动为亚ns量级。     

纳米晶磁芯恒定磁化速率磁性能参数

设计加工了一套可用于测量环形磁芯在8～12 T/s恒定磁化速率下脉冲性能的实验平台,该实验装置主要包括脉冲形成网络、放电开关、匹配负载及被测磁芯。基于该平台对国产的铁基纳米晶磁芯的磁化曲线进行了测试,得到了铁基纳米晶磁芯在200～300 ns范围内的损耗和非饱和脉冲导磁率。实验结果表明:铁基纳米晶磁芯的相对脉冲导磁率随着磁感应增量增大及工作脉宽减小而减小,磁芯损耗则逐渐增大。     

有机-ZnO纳米线混合光电二极管特性

采用水热法制备了1维ZnO纳米线,并通过改变ZnO纳米线的取向（横向和竖直）和不同的P型半导体材料,制备了不同的有机-ZnO纳米线混合光电二极管。通过改变光照与非光照的条件下并在光照条件下改变光电二极管与光源的距离,对所制备的光电二极管的相关特性进行研究。结果表明:采用水热技术能够制备高质量的ZnO纳米线;当光电二极管两端通正向电压时,光照时的电流大于非光照时的电流,当通反向电压时,结果则相反;同时,光电流还与光照强度有关,光照强度越大,光电流越大。