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RSS2015年 27卷 第04期
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2015, 27: 040101.
doi: 10.11884/HPLPB201527.040101
摘要:
采用多层介质膜衍射光栅实现多路高功率光纤激光共孔径光谱合成有望成为光纤激光同时实现高功率、高效率和高光束质量的最具发展潜力的技术途径。搭建了一套基于双光栅色散补偿设计的5 kW共孔径光谱合成系统。采用国产多层介质膜衍射光栅实现了5路kW级窄谱子束激光的高效优质共孔径光谱合成,最大输出功率达5.07 kW,光束质量因子(M2)小于3,合成效率达到91.2%。初步研究表明：多层介质膜衍射光栅在较高功率水平、较宽光谱范围内均能保持较高衍射效率,是实现高功率光纤激光高效率光谱合成的重要器件；参与合成的子束自身的光束质量水平和线宽是影响合成输出光束质量的重要因素,光谱合成系统的输出功率主要受限于窄谱子束的输出功率和合成路数,增加窄谱子束的功率或合成路数均可进一步提升系统的输出功率。
采用多层介质膜衍射光栅实现多路高功率光纤激光共孔径光谱合成有望成为光纤激光同时实现高功率、高效率和高光束质量的最具发展潜力的技术途径。搭建了一套基于双光栅色散补偿设计的5 kW共孔径光谱合成系统。采用国产多层介质膜衍射光栅实现了5路kW级窄谱子束激光的高效优质共孔径光谱合成,最大输出功率达5.07 kW,光束质量因子(M2)小于3,合成效率达到91.2%。初步研究表明：多层介质膜衍射光栅在较高功率水平、较宽光谱范围内均能保持较高衍射效率,是实现高功率光纤激光高效率光谱合成的重要器件；参与合成的子束自身的光束质量水平和线宽是影响合成输出光束质量的重要因素,光谱合成系统的输出功率主要受限于窄谱子束的输出功率和合成路数,增加窄谱子束的功率或合成路数均可进一步提升系统的输出功率。
2015, 27: 041001.
doi: 10.11884/HPLPB201527.041001
摘要:
为缩短衰减倍率调整的时间，提高激光参数测试的效率，提出激光光强快速衰减算法。衰减倍率精确调整量由当前衰减倍率和采集到的光斑光强真实的最大灰度值共同决定。当因光电接收器件（CCD）饱和造成采集光斑图像失真时，即衰减倍率过小时，由于激光光斑的光强通常满足高斯分布，通过对光斑图像进行处理，去除饱和部分光强信息，对剩余部分光强信息利用最小二乘法进行三维高斯拟合，还原出激光光斑光强的真实分布并获得最大灰度值；当衰减倍率过大时，根据采集光斑图像可以直接获得当前最大灰度值，最后通过计算获得最佳的衰减倍率调整值，实现了激光光强快速准确的调整。算法的有效性通过步进电机带动的双轮可变衰减器及CCD配合得到验证。
为缩短衰减倍率调整的时间，提高激光参数测试的效率，提出激光光强快速衰减算法。衰减倍率精确调整量由当前衰减倍率和采集到的光斑光强真实的最大灰度值共同决定。当因光电接收器件（CCD）饱和造成采集光斑图像失真时，即衰减倍率过小时，由于激光光斑的光强通常满足高斯分布，通过对光斑图像进行处理，去除饱和部分光强信息，对剩余部分光强信息利用最小二乘法进行三维高斯拟合，还原出激光光斑光强的真实分布并获得最大灰度值；当衰减倍率过大时，根据采集光斑图像可以直接获得当前最大灰度值，最后通过计算获得最佳的衰减倍率调整值，实现了激光光强快速准确的调整。算法的有效性通过步进电机带动的双轮可变衰减器及CCD配合得到验证。
2015, 27: 041002.
doi: 10.11884/HPLPB201527.041002
摘要:
基于约化电子数密度增长速率方程，建立了熔石英导带电子数密度随脉冲持续时间变化的模型。利用电子数临界密度这一概念，得到了150 fs~10 ps脉宽下，熔石英激光损伤阈值范围。分析表明，5~10 ps，雪崩电离仍然起主要作用，而光致电离提供的初始电子使雪崩电离不再依赖材料原有的初始电子；当脉宽减小到约为4 ps时，光致电离与雪崩电离作用相等；之后，光致电离起主要作用。通过仿真出的损伤阈值拟合，得到了该脉宽区间下新的脉宽定律：熔石英的损伤阈值正比于脉宽的0.38次方；考虑温度对熔石英损伤阈值的影响，熔石英的损伤阈值正比于脉宽的0.34次方。
基于约化电子数密度增长速率方程，建立了熔石英导带电子数密度随脉冲持续时间变化的模型。利用电子数临界密度这一概念，得到了150 fs~10 ps脉宽下，熔石英激光损伤阈值范围。分析表明，5~10 ps，雪崩电离仍然起主要作用，而光致电离提供的初始电子使雪崩电离不再依赖材料原有的初始电子；当脉宽减小到约为4 ps时，光致电离与雪崩电离作用相等；之后，光致电离起主要作用。通过仿真出的损伤阈值拟合，得到了该脉宽区间下新的脉宽定律：熔石英的损伤阈值正比于脉宽的0.38次方；考虑温度对熔石英损伤阈值的影响，熔石英的损伤阈值正比于脉宽的0.34次方。
2015, 27: 041003.
doi: 10.11884/HPLPB201527.041003
摘要:
报道了一种灯泵浦结构的Nd:YAG晶体电光调Q高峰值功率266 nm紫外激光器。结合磷酸二氢钾(KDP)晶体性质，基于倍频理论，分析了考虑走离效应情况下存在相位失配量时KDP晶体长度对转换效率的影响。该激光器采用紧凑的平平腔结构，灯泵浦Nd:YAG晶体电光调Q 1064 nm激光作为基频光，腔外采用Ⅱ类匹配磷酸钛氧钾(KTP)和Ⅰ类匹配KDP分别作为二倍频和四倍频晶体。利用能量计、示波器等仪器进行测量，激光器重复频率1 Hz时，获得脉宽6.0 ns，单脉冲能量35 mJ的266 nm紫外激光输出，峰值功率高达5.83 MW；当重复频率10 Hz时，获得单脉冲能量28.9 mJ的266 nm紫外激光。532~266 nm转换效率最高可达31.9%。利用该高峰值功率、窄脉宽266 nm紫外激光器，能够实现激光打标、激光雕刻。
报道了一种灯泵浦结构的Nd:YAG晶体电光调Q高峰值功率266 nm紫外激光器。结合磷酸二氢钾(KDP)晶体性质，基于倍频理论，分析了考虑走离效应情况下存在相位失配量时KDP晶体长度对转换效率的影响。该激光器采用紧凑的平平腔结构，灯泵浦Nd:YAG晶体电光调Q 1064 nm激光作为基频光，腔外采用Ⅱ类匹配磷酸钛氧钾(KTP)和Ⅰ类匹配KDP分别作为二倍频和四倍频晶体。利用能量计、示波器等仪器进行测量，激光器重复频率1 Hz时，获得脉宽6.0 ns，单脉冲能量35 mJ的266 nm紫外激光输出，峰值功率高达5.83 MW；当重复频率10 Hz时，获得单脉冲能量28.9 mJ的266 nm紫外激光。532~266 nm转换效率最高可达31.9%。利用该高峰值功率、窄脉宽266 nm紫外激光器，能够实现激光打标、激光雕刻。
2015, 27: 041004.
doi: 10.11884/HPLPB201527.041004
摘要:
针对强杂波背景远距离红外弱小信号目标的特点，提出了一种基于自适应滤波的红外弱小信号检测方法。算法首先对图像进行消噪声处理，其次运用自适应滤波方式消除背景增强目标信号，最后进行基于点源目标（试验采集）成像信号特性的判决法则删除虚假目标，算法有效解决了光电探测设备高检测概率与低虚警率的矛盾。实验结果表明：该方法能够在单帧图像上有效提取出小区域信噪比为4的弱小信号目标，检测概率不低于0.75，虚警率不高于1次/100帧。
针对强杂波背景远距离红外弱小信号目标的特点，提出了一种基于自适应滤波的红外弱小信号检测方法。算法首先对图像进行消噪声处理，其次运用自适应滤波方式消除背景增强目标信号，最后进行基于点源目标（试验采集）成像信号特性的判决法则删除虚假目标，算法有效解决了光电探测设备高检测概率与低虚警率的矛盾。实验结果表明：该方法能够在单帧图像上有效提取出小区域信噪比为4的弱小信号目标，检测概率不低于0.75，虚警率不高于1次/100帧。
2015, 27: 041005.
doi: 10.11884/HPLPB201527.041005
摘要:
在波长光束组合基础上，用一个光栅和一个准直透镜代替传输透镜，可以有效地减小单个发光单元光束质量的退化，明显地克服相邻发光单元的反馈串扰，实现了较窄线宽的光谱组束输出。采用标准的半导体激光阵列，连续输出激光功率44.8 W，电光转换效率最高38.9%，光谱线宽为4.1 nm。光束慢轴方向光束质量因子为11.7，快轴方向光束质量因子为1.37，快慢轴两个方向都接近单个发光单元光束质量。
在波长光束组合基础上，用一个光栅和一个准直透镜代替传输透镜，可以有效地减小单个发光单元光束质量的退化，明显地克服相邻发光单元的反馈串扰，实现了较窄线宽的光谱组束输出。采用标准的半导体激光阵列，连续输出激光功率44.8 W，电光转换效率最高38.9%，光谱线宽为4.1 nm。光束慢轴方向光束质量因子为11.7，快轴方向光束质量因子为1.37，快慢轴两个方向都接近单个发光单元光束质量。
2015, 27: 041006.
doi: 10.11884/HPLPB201527.041006
摘要:
临近空间相干激光通信链路是天地一体化高速通信网络节点间连接的重要链路。围绕外差效率这一表征大气湍流扰动后信号光和本振光相干合成的指标,推导了非均匀湍流路径上的外差效率理论表达式,并结合大气折射率结构常数廓线,开展了临近空间-地面、临近空间-临近空间和临近空间-低轨卫星三类临近空间相干激光通信链路的外差效率仿真。仿真结果表明：临近空间-低轨卫星链路可以忽略大气对外差效率的影响；如果临近空间-临近空间链路距离大于500 km或是临近空间-地面链路天顶角大于60,外差效率将小于50%,有必要采用自适应光学技术进行补偿。
临近空间相干激光通信链路是天地一体化高速通信网络节点间连接的重要链路。围绕外差效率这一表征大气湍流扰动后信号光和本振光相干合成的指标,推导了非均匀湍流路径上的外差效率理论表达式,并结合大气折射率结构常数廓线,开展了临近空间-地面、临近空间-临近空间和临近空间-低轨卫星三类临近空间相干激光通信链路的外差效率仿真。仿真结果表明：临近空间-低轨卫星链路可以忽略大气对外差效率的影响；如果临近空间-临近空间链路距离大于500 km或是临近空间-地面链路天顶角大于60,外差效率将小于50%,有必要采用自适应光学技术进行补偿。
2015, 27: 041007.
doi: 10.11884/HPLPB201527.041007
摘要:
用数值方法研究了各阶克尔非线性折射系数对强激光传输的影响，结果显示第7阶克尔非线性系数和第9阶克尔非线性系数协同影响激光传输，当第7阶克尔效应起作用时，忽略第9阶克尔效应的作用会导致光强随传输距离震荡剧烈，传输非常不稳定。要得到稳定传输需要第7阶克尔非线性系数和第9阶克尔非线性系数同时起作用或同时不起作用。在自聚焦阶段第3阶非线性折射率对折射率改变起主要作用，在稳定光丝传输阶段第7阶克尔非线性系数，第9阶克尔非线性系数起主要作用。第5阶克尔系数在整个传输过程中对折射率的改变一直比较小。
用数值方法研究了各阶克尔非线性折射系数对强激光传输的影响，结果显示第7阶克尔非线性系数和第9阶克尔非线性系数协同影响激光传输，当第7阶克尔效应起作用时，忽略第9阶克尔效应的作用会导致光强随传输距离震荡剧烈，传输非常不稳定。要得到稳定传输需要第7阶克尔非线性系数和第9阶克尔非线性系数同时起作用或同时不起作用。在自聚焦阶段第3阶非线性折射率对折射率改变起主要作用，在稳定光丝传输阶段第7阶克尔非线性系数，第9阶克尔非线性系数起主要作用。第5阶克尔系数在整个传输过程中对折射率的改变一直比较小。
2015, 27: 041008.
doi: 10.11884/HPLPB201527.041008
摘要:
在用532 nm连续激光辐照TCD-1200D型线阵CCD的过程中，发现了光斑的全饱和单侧拖尾现象。为了分析这种现象的特性，实验测量了拖尾长度随激光功率、CCD积分时间和CCD驱动频率的关系，发现拖尾长度随着激光功率和积分时间的增加而增加，但在一定范围内与CCD驱动频率无关。通过理论计算和实验数据分析拟合发现，拖尾长度和激光功率密度和积分时间的乘积有关，并根据激光辐照下CCD器件光生电荷量的产生过程，推导出了拖尾长度与CCD势阱光生电荷量的关系，得到了拖尾长度随光生电荷量的变化曲线，为全饱和单侧拖尾现象机理分析提供了数据支持。
在用532 nm连续激光辐照TCD-1200D型线阵CCD的过程中，发现了光斑的全饱和单侧拖尾现象。为了分析这种现象的特性，实验测量了拖尾长度随激光功率、CCD积分时间和CCD驱动频率的关系，发现拖尾长度随着激光功率和积分时间的增加而增加，但在一定范围内与CCD驱动频率无关。通过理论计算和实验数据分析拟合发现，拖尾长度和激光功率密度和积分时间的乘积有关，并根据激光辐照下CCD器件光生电荷量的产生过程，推导出了拖尾长度与CCD势阱光生电荷量的关系，得到了拖尾长度随光生电荷量的变化曲线，为全饱和单侧拖尾现象机理分析提供了数据支持。
2015, 27: 041009.
doi: 10.11884/HPLPB201527.041009
摘要:
报道了调谐范围达130 nm的的V型腔端面泵浦全固化Cr:LiSAF激光器。研究了V型腔结构的重要参数，优化了腔型设计以提高激光器的效率。激光器自由运转输出时，斜效率最高达39.2%，泵浦阈值最低为32.8 mW。对比分析了双折射滤光片(BF)和棱镜的调谐效果。在腔内插入BF调谐，实现了783~913 nm连续可调谐输出，在840 nm处获得115 mW的最大输出功率，在800~900 nm的区间内，输出功率超过80 mW。用棱镜作为调谐元件，调谐范围达802~887 nm，最大输出功率为6.5 mW。从调谐范围和输出功率看，BF的调谐效果更好。
报道了调谐范围达130 nm的的V型腔端面泵浦全固化Cr:LiSAF激光器。研究了V型腔结构的重要参数，优化了腔型设计以提高激光器的效率。激光器自由运转输出时，斜效率最高达39.2%，泵浦阈值最低为32.8 mW。对比分析了双折射滤光片(BF)和棱镜的调谐效果。在腔内插入BF调谐，实现了783~913 nm连续可调谐输出，在840 nm处获得115 mW的最大输出功率，在800~900 nm的区间内，输出功率超过80 mW。用棱镜作为调谐元件，调谐范围达802~887 nm，最大输出功率为6.5 mW。从调谐范围和输出功率看，BF的调谐效果更好。
2015, 27: 041010.
doi: 10.11884/HPLPB201527.041010
摘要:
高功率重频HF/DF激光因其具有的波长和功率优势成为当前中红外激光技术发展的热点之一。介绍了利用紫外预电离横向放电结构和工作气体循环系统建立的放电引发高功率重频HF/DF激光装置。在对激光工作介质SF6/C2H6混合气体放电特性和激光输出特性研究的基础上，开展了强电负性气体的重频均匀体放电技术和气体快速循环置换技术研究，解决了泵浦源重频放电能量在气体介质中的有效沉积和提取问题，实现了激光器50 Hz的重频稳定运行和能量稳定输出，HF激光的平均功率达到28 W，脉宽100 ns，峰值功率5.6 MW。
高功率重频HF/DF激光因其具有的波长和功率优势成为当前中红外激光技术发展的热点之一。介绍了利用紫外预电离横向放电结构和工作气体循环系统建立的放电引发高功率重频HF/DF激光装置。在对激光工作介质SF6/C2H6混合气体放电特性和激光输出特性研究的基础上，开展了强电负性气体的重频均匀体放电技术和气体快速循环置换技术研究，解决了泵浦源重频放电能量在气体介质中的有效沉积和提取问题，实现了激光器50 Hz的重频稳定运行和能量稳定输出，HF激光的平均功率达到28 W，脉宽100 ns，峰值功率5.6 MW。
2015, 27: 041011.
doi: 10.11884/HPLPB201527.041011
摘要:
通过表面形貌观察、温度场分析，研究了切向空气气流、切向氮气气流、自然对流3种环境下氟化氘（DF）激光对45#钢靶的辐照效应，结果表明：切向空气气流环境下，钢靶烧蚀效果最显著，靶板后表面中心温升最高；切向氮气气流环境下，钢靶有一定的烧蚀，但温升最低；自然对流环境下，烧蚀效果最差。实验结果表明：切向气流可移除部分熔化物，特别在切向空气气流环境下剧烈的氧化反应可促进钢靶温度升高，显著增强激光对钢靶的烧蚀，停止激光辐照后切向气流的冷却效应起主要作用。根据实际物理问题建立了相应的数值计算模型，模拟了不同气流环境下激光对钢靶的辐照效应，其中，利用生死单元的方法，模拟了切向空气气流环境下激光对钢靶的烧蚀，并考虑了氧化放热的影响。模拟结果与实验结果基本相符，解释了气流在激光辐照效应中的作用。
通过表面形貌观察、温度场分析，研究了切向空气气流、切向氮气气流、自然对流3种环境下氟化氘（DF）激光对45#钢靶的辐照效应，结果表明：切向空气气流环境下，钢靶烧蚀效果最显著，靶板后表面中心温升最高；切向氮气气流环境下，钢靶有一定的烧蚀，但温升最低；自然对流环境下，烧蚀效果最差。实验结果表明：切向气流可移除部分熔化物，特别在切向空气气流环境下剧烈的氧化反应可促进钢靶温度升高，显著增强激光对钢靶的烧蚀，停止激光辐照后切向气流的冷却效应起主要作用。根据实际物理问题建立了相应的数值计算模型，模拟了不同气流环境下激光对钢靶的辐照效应，其中，利用生死单元的方法，模拟了切向空气气流环境下激光对钢靶的烧蚀，并考虑了氧化放热的影响。模拟结果与实验结果基本相符，解释了气流在激光辐照效应中的作用。
2015, 27: 041012.
doi: 10.11884/HPLPB201527.041012
摘要:
为了获得高能紫外激光输出,开展了电子束泵浦XeCl准分子激光技术研究。详细介绍了四向电子束泵浦准分子激光装置的工作原理和结构特征,简述Marx发生器的放电电压、放电电流,激光气室中的沉积能量,激光脉冲能量、脉宽等参数的测量方法；研究了电子束泵浦XeCl准分子激光输出特性,得到了激光脉冲能量随激光气室内混合气体气压变化的规律,当激光器的充电电压为81 kV时,获得了能量100 J、脉宽200 ns的XeCl准分子激光输出,其本征效率约为3.2%。并且开展了XeCl准分子激光辐照涂层材料力学特性研究,采用微型红外通光冲量探头测量不同条件下激光辐照涂层材料的冲量耦合系数,在常压空气环境中的冲量耦合系数约为8.3210-5 NW-1。
为了获得高能紫外激光输出,开展了电子束泵浦XeCl准分子激光技术研究。详细介绍了四向电子束泵浦准分子激光装置的工作原理和结构特征,简述Marx发生器的放电电压、放电电流,激光气室中的沉积能量,激光脉冲能量、脉宽等参数的测量方法；研究了电子束泵浦XeCl准分子激光输出特性,得到了激光脉冲能量随激光气室内混合气体气压变化的规律,当激光器的充电电压为81 kV时,获得了能量100 J、脉宽200 ns的XeCl准分子激光输出,其本征效率约为3.2%。并且开展了XeCl准分子激光辐照涂层材料力学特性研究,采用微型红外通光冲量探头测量不同条件下激光辐照涂层材料的冲量耦合系数,在常压空气环境中的冲量耦合系数约为8.3210-5 NW-1。
2015, 27: 041013.
doi: 10.11884/HPLPB201527.041013
摘要:
提出了一种减小多路径效应带来的误差影响的方法，优化了相位测量轮廓术，利用亮度调制的差分图确定了受多路径效应影响大的区域，并根据相邻像素点的相位进行校正。实验表明，该方法有效地减小了相位误差，提高了三维测量的精度，校正后相位误差的均方根值比校正前减小了约57.3%。
提出了一种减小多路径效应带来的误差影响的方法，优化了相位测量轮廓术，利用亮度调制的差分图确定了受多路径效应影响大的区域，并根据相邻像素点的相位进行校正。实验表明，该方法有效地减小了相位误差，提高了三维测量的精度，校正后相位误差的均方根值比校正前减小了约57.3%。
2015, 27: 041014.
doi: 10.11884/HPLPB201527.041014
摘要:
反射式体布拉格光栅(VBG)是改善半导体激光器(DL)输出光谱特性的首选器件。对快轴准直透镜(FAC)的非球面方程进行了数值拟合,采用光线追迹的方法建立了DL波长稳定系统反馈效率的计算模型,分析了FAC透镜、反射式VBG的空间位置和旋转角度变化对DL波长稳定系统反馈效率的影响,给出了波长稳定系统中FAC和反射式VBG的装调容差范围。分析结果表明：反射式VBG的空间位置偏差对反馈效率影响不大,但FAC透镜的空间位置和旋转角度偏差、反射式VBG的旋转角度偏差会造成反馈效率的急剧下降。
反射式体布拉格光栅(VBG)是改善半导体激光器(DL)输出光谱特性的首选器件。对快轴准直透镜(FAC)的非球面方程进行了数值拟合,采用光线追迹的方法建立了DL波长稳定系统反馈效率的计算模型,分析了FAC透镜、反射式VBG的空间位置和旋转角度变化对DL波长稳定系统反馈效率的影响,给出了波长稳定系统中FAC和反射式VBG的装调容差范围。分析结果表明：反射式VBG的空间位置偏差对反馈效率影响不大,但FAC透镜的空间位置和旋转角度偏差、反射式VBG的旋转角度偏差会造成反馈效率的急剧下降。
2015, 27: 041015.
doi: 10.11884/HPLPB201527.041015
摘要:
提高各通道输出光信噪比，进行了复用体全息光栅的优化设计研究。推导了适用于角度放大器的多路复用体光栅耦合波理论，并与单路耦合波理论进行了比较。针对复用体光栅中的串扰问题，研究了调整光栅结构参数优化串扰的规律，并进行了实验验证。研究结果表明：当相邻两路体光栅的布拉格角间隔小于二者角度选择半宽之和时，相互间串扰较强，必须使用多路耦合波理论描述复用体光栅中波的衍射行为。调整相邻路体光栅的矢量倾斜角间隔、减小光栅周期和增加光栅厚度都可以降低串扰，其中调整矢量倾斜角和光栅周期优化效果明显但会降低角放大率，增加介质厚度不影响角放大率但需要厚度增加数倍才有效。
提高各通道输出光信噪比，进行了复用体全息光栅的优化设计研究。推导了适用于角度放大器的多路复用体光栅耦合波理论，并与单路耦合波理论进行了比较。针对复用体光栅中的串扰问题，研究了调整光栅结构参数优化串扰的规律，并进行了实验验证。研究结果表明：当相邻两路体光栅的布拉格角间隔小于二者角度选择半宽之和时，相互间串扰较强，必须使用多路耦合波理论描述复用体光栅中波的衍射行为。调整相邻路体光栅的矢量倾斜角间隔、减小光栅周期和增加光栅厚度都可以降低串扰，其中调整矢量倾斜角和光栅周期优化效果明显但会降低角放大率，增加介质厚度不影响角放大率但需要厚度增加数倍才有效。
2015, 27: 041017.
doi: 10.11884/HPLPB201527.041017
摘要:
针对采用化学式碘发生器的氧碘激光器稳定出光时间较短的情况，通过热力学和化学动力学方面的实验和分析进行了化学式碘发生装置供碘稳定性的研究。分析了物料转化率和反应速率随反应初始温度及反应时间的变化，得到了固相产物的灰层扩散是该反应控制步骤的结论，明确了实验中CuI要大大过量，用氯气量控制碘量的原则，同时确定了适宜的起始反应温度。优化后，在近15 s时间内碘流量变化小于15%，显示出了较好的供碘稳定性，此时CuI的转化率为23%。
针对采用化学式碘发生器的氧碘激光器稳定出光时间较短的情况，通过热力学和化学动力学方面的实验和分析进行了化学式碘发生装置供碘稳定性的研究。分析了物料转化率和反应速率随反应初始温度及反应时间的变化，得到了固相产物的灰层扩散是该反应控制步骤的结论，明确了实验中CuI要大大过量，用氯气量控制碘量的原则，同时确定了适宜的起始反应温度。优化后，在近15 s时间内碘流量变化小于15%，显示出了较好的供碘稳定性，此时CuI的转化率为23%。
2015, 27: 041018.
doi: 10.11884/HPLPB201527.041018
摘要:
为了研究流场中碳纤维增强环氧树脂复合材料在激光辐照时产生的烧蚀羽烟对入射激光的屏蔽效应,通过对朗伯-比尔定律进行分析,得到了评价羽烟消光性能的平均质量消光系数的表达式,其与羽烟场浓度和激光透过率相关。采用激光诱导炽光法（LII）和激光消光法,搭建了羽烟消光性能联合诊断实验平台,使待测激光落于LII的激发光平面上,通过同步采集待测激光的透过率和LII信号,获得激发光平面上羽烟浓度场和激光消光比,得到羽烟在不同气流速度下的平均质量消光系数。实验得到气流速度为7,10,20 m/s时羽烟对1064 nm激光的归一化质量消光系数分别为2.51,1.08,1.00。实验发现,质量消光系数受到气流速度影响,当气流速度较低时质量消光系数曲线波动幅度大,且曲线均值较大；当气流速度较高时质量消光系数趋于稳定且均值较小。
为了研究流场中碳纤维增强环氧树脂复合材料在激光辐照时产生的烧蚀羽烟对入射激光的屏蔽效应,通过对朗伯-比尔定律进行分析,得到了评价羽烟消光性能的平均质量消光系数的表达式,其与羽烟场浓度和激光透过率相关。采用激光诱导炽光法（LII）和激光消光法,搭建了羽烟消光性能联合诊断实验平台,使待测激光落于LII的激发光平面上,通过同步采集待测激光的透过率和LII信号,获得激发光平面上羽烟浓度场和激光消光比,得到羽烟在不同气流速度下的平均质量消光系数。实验得到气流速度为7,10,20 m/s时羽烟对1064 nm激光的归一化质量消光系数分别为2.51,1.08,1.00。实验发现,质量消光系数受到气流速度影响,当气流速度较低时质量消光系数曲线波动幅度大,且曲线均值较大；当气流速度较高时质量消光系数趋于稳定且均值较小。
2015, 27: 041019.
doi: 10.11884/HPLPB201527.041019
摘要:
报道了一种宽温度适应范围的微型化人眼安全激光器。采用中心波长940 nm的二极管作为泵浦源,Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃作为增益介质,Co2+: MgAl2O4作为被动调Q晶体,研究了微型激光器的结构和激光在宽温度范围下的输出特性。当泵浦能量9 mJ,重复频率10 Hz,泵浦脉宽5 ms时,获得了单脉冲能量130 J,脉宽5.5 ns,峰值功率大于20 kW的激光输出,光束质量因子为1.3。采用真空封装工艺,在－40~50 ℃温度范围内,自然冷却方式下激光器稳定输出,功率不稳定性波动小于5%。
报道了一种宽温度适应范围的微型化人眼安全激光器。采用中心波长940 nm的二极管作为泵浦源,Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃作为增益介质,Co2+: MgAl2O4作为被动调Q晶体,研究了微型激光器的结构和激光在宽温度范围下的输出特性。当泵浦能量9 mJ,重复频率10 Hz,泵浦脉宽5 ms时,获得了单脉冲能量130 J,脉宽5.5 ns,峰值功率大于20 kW的激光输出,光束质量因子为1.3。采用真空封装工艺,在－40~50 ℃温度范围内,自然冷却方式下激光器稳定输出,功率不稳定性波动小于5%。
2015, 27: 041020.
doi: 10.11884/HPLPB201527.041020
摘要:
采用脉冲泵浦方案，研制出了基于增益调制技术的全光纤结构高重频脉冲激光器。采用电路直接调制的激光二极管作为泵浦源，双包层光纤作为增益介质，构造了光纤光栅选模的线形腔结构。实验中通过调整泵浦光脉冲宽度和光纤激光器谐振腔长度，得到了稳定的高重频脉冲。在100 kHz重复频率下，采用21 W的峰值泵浦功率和2.5 s的泵浦脉冲宽度，获得了1.06 m波长，脉冲宽度247 ns的稳定脉冲激光输出。脉冲峰值功率一致性好，平均功率长期功率稳定性为2%。观察并分析了由于纵模拍频在脉冲包络上产生的次脉冲特性。通过一级放大实现89.6 W输出。
采用脉冲泵浦方案，研制出了基于增益调制技术的全光纤结构高重频脉冲激光器。采用电路直接调制的激光二极管作为泵浦源，双包层光纤作为增益介质，构造了光纤光栅选模的线形腔结构。实验中通过调整泵浦光脉冲宽度和光纤激光器谐振腔长度，得到了稳定的高重频脉冲。在100 kHz重复频率下，采用21 W的峰值泵浦功率和2.5 s的泵浦脉冲宽度，获得了1.06 m波长，脉冲宽度247 ns的稳定脉冲激光输出。脉冲峰值功率一致性好，平均功率长期功率稳定性为2%。观察并分析了由于纵模拍频在脉冲包络上产生的次脉冲特性。通过一级放大实现89.6 W输出。
2015, 27: 041016.
doi: 10.11884/HPLPB201527.041016
摘要:
闭合循环运行是实现高功率重复频率HF激光器小型化、实用化的重要技术途径。为了实现闭合循环电激励重复频率HF激光器激光能量的稳定性输出，研究闭合循环HF激光器的流场特性，建立了激光器管道的数学仿真模型，利用流体分析计算软件ANSYS，分析了激光器内增益区气体介质流场分布。根据流场分布均匀性要求，提出了增益区的注入段和传输段的不同的结构假设，对不同结构条件下流场进行了模拟计算及分析。最终设计了均匀性更佳的通流管道，并实验测量了激光器内增益区气体介质的流速分布，实验结果与理论仿真一致。
闭合循环运行是实现高功率重复频率HF激光器小型化、实用化的重要技术途径。为了实现闭合循环电激励重复频率HF激光器激光能量的稳定性输出，研究闭合循环HF激光器的流场特性，建立了激光器管道的数学仿真模型，利用流体分析计算软件ANSYS，分析了激光器内增益区气体介质流场分布。根据流场分布均匀性要求，提出了增益区的注入段和传输段的不同的结构假设，对不同结构条件下流场进行了模拟计算及分析。最终设计了均匀性更佳的通流管道，并实验测量了激光器内增益区气体介质的流速分布，实验结果与理论仿真一致。
2015, 27: 042001.
doi: 10.11884/HPLPB201527.042001
摘要:
根据工件与抛光盘的相对运动关系及熔石英元件抛光加工材料去除模型，系统分析了转速比和偏心距等参数对材料去除函数的影响。通过理论分析和抛光加工实验，研究了不同工艺参数对低频段面形精度的影响规律。利用高分辨率检测仪器对熔石英元件低频面形误差进行了检测，优选出较佳的抛光工艺参数组合，并进行了相应的实验验证，提出了提高光学元件抛光加工低频面形质量的相应措施。
根据工件与抛光盘的相对运动关系及熔石英元件抛光加工材料去除模型，系统分析了转速比和偏心距等参数对材料去除函数的影响。通过理论分析和抛光加工实验，研究了不同工艺参数对低频段面形精度的影响规律。利用高分辨率检测仪器对熔石英元件低频面形误差进行了检测，优选出较佳的抛光工艺参数组合，并进行了相应的实验验证，提出了提高光学元件抛光加工低频面形质量的相应措施。
2015, 27: 043001.
doi: 10.11884/HPLPB201527.043001
摘要:
为了提高宽谱高功率微波辐射源的辐射因子，提出采用双路同步输出的宽谱谐振器驱动22宽带高功率贴片天线阵的技术思路。设计了一种双路同步输出的宽谱高功率脉冲谐振器，由两个同轴谐振腔尾尾相连，并共用一个环形对地开关，实现两路宽谱脉冲的同步产生与输出，通过对T形充电结构进行优化，使输出宽谱脉冲幅值达到充电电压的0.89倍。22宽带高功率单层贴片天线阵采用气体基底和单层贴片结构以降低重量，单层贴片设计为E形以拓展工作带宽，通过对天线阵几何参数进行全局优化，优化后的天线阵百分比带宽为47%(驻波比VSWR小于2)，中心频率300 MHz的增益为11.8 dB。对天线阵工作过程中的电场强度分析表明，在天线罩内填充105 Pa的SF6气体时，理论功率容量可达到7.4 GW。对整个辐射系统的电性能进行了仿真分析，系统的理论辐射因子可达谐振器充电电压的2.8倍。
为了提高宽谱高功率微波辐射源的辐射因子，提出采用双路同步输出的宽谱谐振器驱动22宽带高功率贴片天线阵的技术思路。设计了一种双路同步输出的宽谱高功率脉冲谐振器，由两个同轴谐振腔尾尾相连，并共用一个环形对地开关，实现两路宽谱脉冲的同步产生与输出，通过对T形充电结构进行优化，使输出宽谱脉冲幅值达到充电电压的0.89倍。22宽带高功率单层贴片天线阵采用气体基底和单层贴片结构以降低重量，单层贴片设计为E形以拓展工作带宽，通过对天线阵几何参数进行全局优化，优化后的天线阵百分比带宽为47%(驻波比VSWR小于2)，中心频率300 MHz的增益为11.8 dB。对天线阵工作过程中的电场强度分析表明，在天线罩内填充105 Pa的SF6气体时，理论功率容量可达到7.4 GW。对整个辐射系统的电性能进行了仿真分析，系统的理论辐射因子可达谐振器充电电压的2.8倍。
2015, 27: 043002.
doi: 10.11884/HPLPB201527.043002
摘要:
借鉴电-磁振子组合型天线结构,设计了一种基于同轴传输结构的小型L波段高功率微波(HPM)辐射场测量系统接收天线,解决了L波段传统波导型测量系统中接收天线体积大、使用不便的问题。通过仿真研究分析了天线结构尺寸与天线增益、驻波和方向图等特性参数之间的关系,优化设计了用于L波段HPM辐射场测量的接收天线结构,并对加工的天线实物进行了测试。结果表明：当天线口面尺寸与长度相等时,其边长与工作的中心频率对应波长存在着两倍的关系；选择边长为100 mm可满足在1.2~1.8 GHz频段内,天线驻波系数小于1.5,增益从2.8 dB单调增大至6.1 dB,方向图主瓣宽度大于70,辐射主轴与天线几何主轴基本一致。
借鉴电-磁振子组合型天线结构,设计了一种基于同轴传输结构的小型L波段高功率微波(HPM)辐射场测量系统接收天线,解决了L波段传统波导型测量系统中接收天线体积大、使用不便的问题。通过仿真研究分析了天线结构尺寸与天线增益、驻波和方向图等特性参数之间的关系,优化设计了用于L波段HPM辐射场测量的接收天线结构,并对加工的天线实物进行了测试。结果表明：当天线口面尺寸与长度相等时,其边长与工作的中心频率对应波长存在着两倍的关系；选择边长为100 mm可满足在1.2~1.8 GHz频段内,天线驻波系数小于1.5,增益从2.8 dB单调增大至6.1 dB,方向图主瓣宽度大于70,辐射主轴与天线几何主轴基本一致。
2015, 27: 043003.
doi: 10.11884/HPLPB201527.043003
摘要:
以探索更多单元数的三角形栅格径向线子阵馈电系统为目的，对92单元子阵馈电系统进行了研究，提出了一种新型耦合探针，以满足馈电系统对耦合量及幅频特性的要求。对馈电系统微波能量不均匀分布引起的探针难以实现耦合量的等幅输出问题进行了分析，并给出了相应的解决方案。实验测试结果表明：馈电系统在中心频率2.856 GHz处，驻波系数为1.1，各探针耦合量实现了近似等幅馈电；在2.76~2.92 GHz带宽范围内，驻波系数小于1.5，各输出端口的幅频特性一致性较好。实验测试结果与仿真设计结果基本相符。
以探索更多单元数的三角形栅格径向线子阵馈电系统为目的，对92单元子阵馈电系统进行了研究，提出了一种新型耦合探针，以满足馈电系统对耦合量及幅频特性的要求。对馈电系统微波能量不均匀分布引起的探针难以实现耦合量的等幅输出问题进行了分析，并给出了相应的解决方案。实验测试结果表明：馈电系统在中心频率2.856 GHz处，驻波系数为1.1，各探针耦合量实现了近似等幅馈电；在2.76~2.92 GHz带宽范围内，驻波系数小于1.5，各输出端口的幅频特性一致性较好。实验测试结果与仿真设计结果基本相符。
2015, 27: 043101.
doi: 10.11884/HPLPB201527.043101
摘要:
本文介绍了220 GHz折叠波导行波管电子束流光学系统的设计过程。总体来讲，该系统可分为收敛性皮尔斯电子枪、 磁聚束段和单极降压收集极。对于一个工作在太赫兹频段的电真空器件而言，极其细长的束流孔道让电子注以较高的流通率穿过慢波结构变得十分困难。空间电荷效应，加工装配精度和热初速等原因都是限制流通率的重要原因。研发一个具有足够流通率的实用束流光学系统对于220 GHz折叠波导返波管的研制是迫切的且十分棘手的任务。通过理论方法和数值工具，系统的三个部分将先后被设计，以满足束波互作用分析提出的电子注要求。基于这样的设计和开展的误差分析，流通管样管成功封管并进行了初步测试。实验数据表明这样的束流光学系统可以产生15.4 kV，22 mA的电子注，并能以80%以上的流通率通过直径0.19 mm，长30 mm的束流管道。
本文介绍了220 GHz折叠波导行波管电子束流光学系统的设计过程。总体来讲，该系统可分为收敛性皮尔斯电子枪、 磁聚束段和单极降压收集极。对于一个工作在太赫兹频段的电真空器件而言，极其细长的束流孔道让电子注以较高的流通率穿过慢波结构变得十分困难。空间电荷效应，加工装配精度和热初速等原因都是限制流通率的重要原因。研发一个具有足够流通率的实用束流光学系统对于220 GHz折叠波导返波管的研制是迫切的且十分棘手的任务。通过理论方法和数值工具，系统的三个部分将先后被设计，以满足束波互作用分析提出的电子注要求。基于这样的设计和开展的误差分析，流通管样管成功封管并进行了初步测试。实验数据表明这样的束流光学系统可以产生15.4 kV，22 mA的电子注，并能以80%以上的流通率通过直径0.19 mm，长30 mm的束流管道。
2015, 27: 043102.
doi: 10.11884/HPLPB201527.043102
摘要:
阐述了平行和楔形衬底复合型输出耦合镜（HOC）的反射率、透射率和损耗的计算方法，特别引入了品质因子进行损耗分析，可正确评价HOC质量的优劣。模拟了楔形衬底中楔角的变化对F-P效应调制的改善程度，楔角增大到0.3时，HOC的透射率对波长和衬底厚度的微小变化不再敏感。楔形衬底使输出THz光斑在y方向上发生畸变，但0.3楔角时输出光斑仍可保持较好的高斯形状。
阐述了平行和楔形衬底复合型输出耦合镜（HOC）的反射率、透射率和损耗的计算方法，特别引入了品质因子进行损耗分析，可正确评价HOC质量的优劣。模拟了楔形衬底中楔角的变化对F-P效应调制的改善程度，楔角增大到0.3时，HOC的透射率对波长和衬底厚度的微小变化不再敏感。楔形衬底使输出THz光斑在y方向上发生畸变，但0.3楔角时输出光斑仍可保持较好的高斯形状。
2015, 27: 043103.
doi: 10.11884/HPLPB201527.043103
摘要:
初步研制了一种用于300~400 GHz频段的亚毫米波大功率脉冲探测器。基于强电场下的热电子效应，将n型硅探测芯片置入波导WR10的宽边，构成了探测器的过模探测模块。采用光刻和电镀工艺完成了探测芯片的加工，实现了很好的欧姆接触和尺寸精度。对集成的探测器样机进行了亚毫米波大功率脉冲测试和电压驻波比测量。结果表明：探测器样机的响应时间快达ps量级，相对灵敏度约为0.46 kW-1，电压驻波比小于2.4，最大承受功率不小于数十W，与模拟结果符合得较好，满足亚毫米波大功率脉冲的直接探测需求。
初步研制了一种用于300~400 GHz频段的亚毫米波大功率脉冲探测器。基于强电场下的热电子效应，将n型硅探测芯片置入波导WR10的宽边，构成了探测器的过模探测模块。采用光刻和电镀工艺完成了探测芯片的加工，实现了很好的欧姆接触和尺寸精度。对集成的探测器样机进行了亚毫米波大功率脉冲测试和电压驻波比测量。结果表明：探测器样机的响应时间快达ps量级，相对灵敏度约为0.46 kW-1，电压驻波比小于2.4，最大承受功率不小于数十W，与模拟结果符合得较好，满足亚毫米波大功率脉冲的直接探测需求。
2015, 27: 043201.
doi: 10.11884/HPLPB201527.043201
摘要:
为了对ns级上升沿的电磁脉冲电场进行测量，研制了一种基于D-dot渐进圆锥天线的电场传感器。设计采用单极子渐进圆锥天线作为电场传感器的接收天线，并通过建模仿真验证了该天线的性能；通过电光转换模块将天线感应的电信号转换为光强度信号并通过光纤传输；利用软件积分对传感器测得的电场微分信号进行处理；通过测试试验验证了传感器的性能。研究表明，所研制的电场传感器能够测量上升沿大于1.5 ns的脉冲电场，具有体积小、线性度高的优点。
为了对ns级上升沿的电磁脉冲电场进行测量，研制了一种基于D-dot渐进圆锥天线的电场传感器。设计采用单极子渐进圆锥天线作为电场传感器的接收天线，并通过建模仿真验证了该天线的性能；通过电光转换模块将天线感应的电信号转换为光强度信号并通过光纤传输；利用软件积分对传感器测得的电场微分信号进行处理；通过测试试验验证了传感器的性能。研究表明，所研制的电场传感器能够测量上升沿大于1.5 ns的脉冲电场，具有体积小、线性度高的优点。
2015, 27: 043202.
doi: 10.11884/HPLPB201527.043202
摘要:
通过控制混凝土板的厚度、混凝土板中还原铁粉掺量、在混凝土板中加钢丝网,研究混凝土板对电磁波的反射和透射性能。反射率测量采用弓形架测试方法,透射衰减测量采用两端口测试方法。混凝土板对电磁波的反射率测试频段为2～18 GHz，透射衰减测试频段为12～18 GHz。不同的混凝土板对电磁波的反射率在-5 dB左右。40 mm厚的混凝土板中还原铁粉的掺量超过200 kg/m3时，电磁波的透射衰减量可达到-50 dB以上。通过分析实验结果，发现混凝土板的厚度、混凝土板中还原铁粉掺量和钢丝网对反射率大小影响较小，对透射衰减量影响较大。
通过控制混凝土板的厚度、混凝土板中还原铁粉掺量、在混凝土板中加钢丝网,研究混凝土板对电磁波的反射和透射性能。反射率测量采用弓形架测试方法,透射衰减测量采用两端口测试方法。混凝土板对电磁波的反射率测试频段为2～18 GHz，透射衰减测试频段为12～18 GHz。不同的混凝土板对电磁波的反射率在-5 dB左右。40 mm厚的混凝土板中还原铁粉的掺量超过200 kg/m3时，电磁波的透射衰减量可达到-50 dB以上。通过分析实验结果，发现混凝土板的厚度、混凝土板中还原铁粉掺量和钢丝网对反射率大小影响较小，对透射衰减量影响较大。
2015, 27: 043203.
doi: 10.11884/HPLPB201527.043208
摘要:
为了研究雷电电磁脉冲场对连续波多普勒引信安全性能的影响，确定引信的能量耦合通道和效应规律，构建了引信雷电电磁脉冲辐照试验系统，并开展了该引信雷电电磁脉冲辐照效应试验。试验结果表明：受试引信最佳能量耦合姿态为引信竖直向上，弹体轴线与辐射场传播方向垂直，三角环天线平面垂直于辐射场传播方向; 主要能量耦合通道为弹体; 不同辐照波形下引信的临界干扰场强不同，在配用152 mm弹体时，1.2/50，5.4/70，0.25/100和10/350 s波形的临界干扰场强分别约为74，60，65和75 kV/m。雷电电磁脉冲对受试引信的作用机理为：辐射能量通过弹体耦合到执行电路输入端，由于感应信号脉冲宽度满足触发脉冲宽度的最低要求，从而推动引信执行电路误动作。
为了研究雷电电磁脉冲场对连续波多普勒引信安全性能的影响，确定引信的能量耦合通道和效应规律，构建了引信雷电电磁脉冲辐照试验系统，并开展了该引信雷电电磁脉冲辐照效应试验。试验结果表明：受试引信最佳能量耦合姿态为引信竖直向上，弹体轴线与辐射场传播方向垂直，三角环天线平面垂直于辐射场传播方向; 主要能量耦合通道为弹体; 不同辐照波形下引信的临界干扰场强不同，在配用152 mm弹体时，1.2/50，5.4/70，0.25/100和10/350 s波形的临界干扰场强分别约为74，60，65和75 kV/m。雷电电磁脉冲对受试引信的作用机理为：辐射能量通过弹体耦合到执行电路输入端，由于感应信号脉冲宽度满足触发脉冲宽度的最低要求，从而推动引信执行电路误动作。
2015, 27: 044001.
doi: 10.11884/HPLPB201527.044001
摘要:
为了对30 cm口径离子推力器的磁场设计提出合理建议，研究了四极磁场结构下，不同尺寸的磁极宽度和磁极间距对磁极表面磁场强度和放电室电子约束长度的影响，并利用Maxwell-3D磁场分析软件得到柱段和锥段永磁体分别呈30，60和90夹角时的放电室磁场强度分布，根据不同磁场强度计算了电子温度、离子密度以及电离率等推力器放电参数。结果表明，当推力器放电电压为30 V时，磁极长度设计为0.008 m且磁极间距取为0.12 m，电子约束路径大约为50 m；柱段和锥段永磁体分别呈30，60和90夹角时，放电室磁场等势线基本在0.002~0.005 T之间；永磁体夹角为60时磁场分布和磁空区相比30和90夹角更为合理，此时的电子温度约在2~6 eV，等离子体密度约在41017~81017 m-3，电子碰撞频率比率约在0.2~1.8范围内。
为了对30 cm口径离子推力器的磁场设计提出合理建议，研究了四极磁场结构下，不同尺寸的磁极宽度和磁极间距对磁极表面磁场强度和放电室电子约束长度的影响，并利用Maxwell-3D磁场分析软件得到柱段和锥段永磁体分别呈30，60和90夹角时的放电室磁场强度分布，根据不同磁场强度计算了电子温度、离子密度以及电离率等推力器放电参数。结果表明，当推力器放电电压为30 V时，磁极长度设计为0.008 m且磁极间距取为0.12 m，电子约束路径大约为50 m；柱段和锥段永磁体分别呈30，60和90夹角时，放电室磁场等势线基本在0.002~0.005 T之间；永磁体夹角为60时磁场分布和磁空区相比30和90夹角更为合理，此时的电子温度约在2~6 eV，等离子体密度约在41017~81017 m-3，电子碰撞频率比率约在0.2~1.8范围内。
2015, 27: 044002.
doi: 10.11884/HPLPB201527.044002
摘要:
对含高密度差材料的大尺寸多层球壳构件采用双能CT方法进行无损检测,当采用高能射线扫描时,低Z材料区对射线基本无阻挡,而采用低能射线扫描时又会被高Z材料区截断,因此需要根据双能射线投影特征开展针对性的图像重建方法研究。首先，根据材料结构特征建立仿真模型,分别模拟得到高、低能射线的投影正弦图,然后采用滤波反投影和代数重建法等算法进行图像重建。通过仿真和比较分析,得出先融合投影再重建图像的方法要整体优于先分别重建再融合图像的方法。另外，为保证图像重建质量,在进行扫描射线能量选择时,要考虑提高局部投影质量,更要尽量减少被截断的总投影量。
对含高密度差材料的大尺寸多层球壳构件采用双能CT方法进行无损检测,当采用高能射线扫描时,低Z材料区对射线基本无阻挡,而采用低能射线扫描时又会被高Z材料区截断,因此需要根据双能射线投影特征开展针对性的图像重建方法研究。首先，根据材料结构特征建立仿真模型,分别模拟得到高、低能射线的投影正弦图,然后采用滤波反投影和代数重建法等算法进行图像重建。通过仿真和比较分析,得出先融合投影再重建图像的方法要整体优于先分别重建再融合图像的方法。另外，为保证图像重建质量,在进行扫描射线能量选择时,要考虑提高局部投影质量,更要尽量减少被截断的总投影量。
2015, 27: 044003.
doi: 10.11884/HPLPB201527.044003
摘要:
正向成像技术是正向计算与反演相结合的密度重建技术的基础。为了正确获取闪光照相面光源下复杂客体的正向计算数值图像，提出了面光源点源化的思想，并用窗口化的探测系统模糊、径迹法等技术得到了更加准确的、含系统模糊的正向投影矩阵以及方程。利用含系统模糊的正向投影方程计算实验客体的正向投影，获得了与实验结果一致的边界信息。含系统模糊的正向投影方程和逆问题求解的约束共轭梯度法合成了整体密度重建方法。整体密度重建方法应用于FTO客体的模拟图像和实验图像，都能够将模糊控制在1~2个像素。
正向成像技术是正向计算与反演相结合的密度重建技术的基础。为了正确获取闪光照相面光源下复杂客体的正向计算数值图像，提出了面光源点源化的思想，并用窗口化的探测系统模糊、径迹法等技术得到了更加准确的、含系统模糊的正向投影矩阵以及方程。利用含系统模糊的正向投影方程计算实验客体的正向投影，获得了与实验结果一致的边界信息。含系统模糊的正向投影方程和逆问题求解的约束共轭梯度法合成了整体密度重建方法。整体密度重建方法应用于FTO客体的模拟图像和实验图像，都能够将模糊控制在1~2个像素。
2015, 27: 044101.
doi: 10.11884/HPLPB201527.044101
摘要:
采用分子动力学方法深入研究热效应对纳米焊接界面结构的影响。具体分析了碳管直径和时间的变化对界面结构的影响规律,并详细给出了1530 K下的焊接过程。结果表明,除碳管(5,5)外,碳管(6,6),(7,7),(9,9),(11,11)中纳米线形成的时间分别为13.8, 14.6, 17.5, 19.6 ps。纳米线是由单根或多根Ni原子链组成,碳管(6,6),(7,7),(9,9),(11,11)中Ni原子链数分别为1,3,7和16。界面结构包括内部焊接和外部焊接。内部焊接的临界直径由碳管(6,6)决定,其值为0.814 nm。在同一时刻,大直径的碳管可获得更大的外部接触长度。外部接触长度的增长速率随碳管直径的增加而增大,接触长度的最大增长速率可达0.013 nm/ps。最后确定了界面结构形成临界温度,发现对于相同直径碳管,外部焊接的临界温度高于内部焊接的临界温度,临界温度与碳管直径无关。
采用分子动力学方法深入研究热效应对纳米焊接界面结构的影响。具体分析了碳管直径和时间的变化对界面结构的影响规律,并详细给出了1530 K下的焊接过程。结果表明,除碳管(5,5)外,碳管(6,6),(7,7),(9,9),(11,11)中纳米线形成的时间分别为13.8, 14.6, 17.5, 19.6 ps。纳米线是由单根或多根Ni原子链组成,碳管(6,6),(7,7),(9,9),(11,11)中Ni原子链数分别为1,3,7和16。界面结构包括内部焊接和外部焊接。内部焊接的临界直径由碳管(6,6)决定,其值为0.814 nm。在同一时刻,大直径的碳管可获得更大的外部接触长度。外部接触长度的增长速率随碳管直径的增加而增大,接触长度的最大增长速率可达0.013 nm/ps。最后确定了界面结构形成临界温度,发现对于相同直径碳管,外部焊接的临界温度高于内部焊接的临界温度,临界温度与碳管直径无关。
2015, 27: 044102.
doi: 10.11884/HPLPB201527.044102
摘要:
利用杯形砂轮修整器对圆弧砂轮进行修整,并采用非接触式位移传感器实现对圆弧砂轮的测量，提出将修整后圆弧砂轮的圆跳动误差值与圆弧半径误差值网格化后用于评价修整效果。根据磨削加工原理,计算匹配的修整测量参数并利用修整误差进行补偿加工。修整实验表明,杯形砂轮修整方式是一种理想的修整方式，对比传统的磨削加工,修整误差的补偿加工效果明显,两次补偿加工后的面形误差分别减小了36.5%和28.1%。
利用杯形砂轮修整器对圆弧砂轮进行修整,并采用非接触式位移传感器实现对圆弧砂轮的测量，提出将修整后圆弧砂轮的圆跳动误差值与圆弧半径误差值网格化后用于评价修整效果。根据磨削加工原理,计算匹配的修整测量参数并利用修整误差进行补偿加工。修整实验表明,杯形砂轮修整方式是一种理想的修整方式，对比传统的磨削加工,修整误差的补偿加工效果明显,两次补偿加工后的面形误差分别减小了36.5%和28.1%。
2015, 27: 045001.
doi: 10.11884/HPLPB201527.045001
摘要:
研制了一种主要用于脉冲功率系统前级触发用的Marx发生器，介绍了其工作原理和主要参数。该Marx发生器采用单边充电技术路线和同轴紧凑型结构，高压脉冲采用柔性高压同轴电缆输出，在75 匹配负载上获得了超过170 kV的高压脉冲输出，脉冲宽度超过200 ns，在140~160 kV工作区间内其前沿小于3 ns，抖动不超过1.5 ns。该Marx发生器工作范围宽，稳定可靠，很好地满足了高功率脉冲触发系统的要求。
研制了一种主要用于脉冲功率系统前级触发用的Marx发生器，介绍了其工作原理和主要参数。该Marx发生器采用单边充电技术路线和同轴紧凑型结构，高压脉冲采用柔性高压同轴电缆输出，在75 匹配负载上获得了超过170 kV的高压脉冲输出，脉冲宽度超过200 ns，在140~160 kV工作区间内其前沿小于3 ns，抖动不超过1.5 ns。该Marx发生器工作范围宽，稳定可靠，很好地满足了高功率脉冲触发系统的要求。
2015, 27: 045002.
doi: 10.11884/HPLPB201527.045002
摘要:
为了揭示十二烷基苯中绝缘材料沿面闪络的发展过程，并研究有效提高脉冲功率装置绝缘爬电距离的方法，通过实验对不同脉冲前沿、不同电场形式下有机玻璃和尼龙6在负脉冲电压下的沿面闪络电压进行了测量。结果发现:随着脉冲陡度的增加，沿面闪络电压增大；随着沿面距离的增大，闪络电压升高，但闪络场强降低；电场越不均匀，越容易发生闪络，并且在极不均匀场中，闪络距离较大时，闪络电压随沿面距离的增长趋势变缓，出现了明显的拐点。研究认为，液体介质中的沿面闪络与真空中的沿面闪络具有相似的闪络机制，沿面闪络是在气化的通道内完成的。
为了揭示十二烷基苯中绝缘材料沿面闪络的发展过程，并研究有效提高脉冲功率装置绝缘爬电距离的方法，通过实验对不同脉冲前沿、不同电场形式下有机玻璃和尼龙6在负脉冲电压下的沿面闪络电压进行了测量。结果发现:随着脉冲陡度的增加，沿面闪络电压增大；随着沿面距离的增大，闪络电压升高，但闪络场强降低；电场越不均匀，越容易发生闪络，并且在极不均匀场中，闪络距离较大时，闪络电压随沿面距离的增长趋势变缓，出现了明显的拐点。研究认为，液体介质中的沿面闪络与真空中的沿面闪络具有相似的闪络机制，沿面闪络是在气化的通道内完成的。
2015, 27: 045003.
doi: 10.11884/HPLPB201527.045003
摘要:
建成的聚龙一号装置PTS由24个基于Marx发生器和水线的性能、结构相同的模块组成，运行控制节点众多，控制规模大，试验过程复杂。根据分布式对象技术CORBA的技术特点，介绍了基于CORBA的聚龙一号装置控制系统的研制，重点分析了聚龙一号装置控制系统框架和结构及CORBA技术的应用。目前该控制系统已稳定运行1年，为聚龙一号装置提供了安全有效的运行及维护服务，对于即将开展的X射线自由电子激光装置等大型物理实验装置控制系统的总体设计具有一定的参考价值和意义。
建成的聚龙一号装置PTS由24个基于Marx发生器和水线的性能、结构相同的模块组成，运行控制节点众多，控制规模大，试验过程复杂。根据分布式对象技术CORBA的技术特点，介绍了基于CORBA的聚龙一号装置控制系统的研制，重点分析了聚龙一号装置控制系统框架和结构及CORBA技术的应用。目前该控制系统已稳定运行1年，为聚龙一号装置提供了安全有效的运行及维护服务，对于即将开展的X射线自由电子激光装置等大型物理实验装置控制系统的总体设计具有一定的参考价值和意义。
2015, 27: 045004.
doi: 10.11884/HPLPB201527.045004
摘要:
为满足脉冲功率实验中对多路高电压纳秒矩形波激励的需求，研制了一台21路高电压纳秒矩形波发生器。此发生器由一个单路高电压纳秒矩形波脉冲发生器和一个21路分路器组成。其中单路高电压纳秒矩形波脉冲发生器可输出幅值约1.07 kV、半高宽约10 ns、上升沿约1.45 ns的矩形波脉冲。利用21路分路器可将该矩形波脉冲分为21路矩形波脉冲，测得每路脉冲幅值可达51 V，半高宽约为10 ns，上升沿约为2.25 ns。
为满足脉冲功率实验中对多路高电压纳秒矩形波激励的需求，研制了一台21路高电压纳秒矩形波发生器。此发生器由一个单路高电压纳秒矩形波脉冲发生器和一个21路分路器组成。其中单路高电压纳秒矩形波脉冲发生器可输出幅值约1.07 kV、半高宽约10 ns、上升沿约1.45 ns的矩形波脉冲。利用21路分路器可将该矩形波脉冲分为21路矩形波脉冲，测得每路脉冲幅值可达51 V，半高宽约为10 ns，上升沿约为2.25 ns。
2015, 27: 045005.
doi: 10.11884/HPLPB201527.045005
摘要:
轨道发射器通电轨道要承受很大的电磁扩张力，为了控制发射器口径形变，避免烧蚀，通常要在发射装置的封装层上施加预紧力。针对具体发射装置，运用三维耦合场对不同螺栓预紧力下的口径形变进行了计算，并进行了相关试验。试验结果表明，须将口径形变百分比控制在0.61%以内，方可实现无烧蚀发射。
轨道发射器通电轨道要承受很大的电磁扩张力，为了控制发射器口径形变，避免烧蚀，通常要在发射装置的封装层上施加预紧力。针对具体发射装置，运用三维耦合场对不同螺栓预紧力下的口径形变进行了计算，并进行了相关试验。试验结果表明，须将口径形变百分比控制在0.61%以内，方可实现无烧蚀发射。
2015, 27: 045006.
doi: 10.11884/HPLPB201527.045006
摘要:
相较于传统的惯性约束聚变及磁约束聚变，磁化靶聚变技术可能是一种实现纯聚变更低廉更有效的途径。针对中国工程物理研究院流体物理研究所设计的荧光-1实验装置，利用二维磁流体力学模拟程序MPF-2D，从理论上详细分析了各实验输入参数（如初始磁场、初始密度、主磁场等）对该装置上反场构形性质的影响。为即将进行的实验推荐了三组实验输入参数：初始磁场0.3 T，初始密度71015 cm-3，磁镜场-2.0~-1.0 T，主磁场-4.0~-3.0 T。
相较于传统的惯性约束聚变及磁约束聚变，磁化靶聚变技术可能是一种实现纯聚变更低廉更有效的途径。针对中国工程物理研究院流体物理研究所设计的荧光-1实验装置，利用二维磁流体力学模拟程序MPF-2D，从理论上详细分析了各实验输入参数（如初始磁场、初始密度、主磁场等）对该装置上反场构形性质的影响。为即将进行的实验推荐了三组实验输入参数：初始磁场0.3 T，初始密度71015 cm-3，磁镜场-2.0~-1.0 T，主磁场-4.0~-3.0 T。
2015, 27: 045007.
doi: 10.11884/HPLPB201527.045007
摘要:
基于三探针方法开展了脉冲放电等离子体特性研究，实现了单次脉冲放电等离子体参数的时变特性诊断。采用金属罩屏蔽、示波器锂电池供电等方法降低了电磁信号干扰，利用Labview编制了特定的程序进行三探针诊断数据处理。根据脉冲放电等离子体具有多电荷态离子成分、离子超声速运动等特点，对三探针理论进行相应修正。诊断结果表明，整个放电脉冲内高压引出界面电子温度Te处于2~4 eV之间，离子密度ni处于1017~1018 m-3量级之间，与Langmuir单探针诊断结果吻合。
基于三探针方法开展了脉冲放电等离子体特性研究，实现了单次脉冲放电等离子体参数的时变特性诊断。采用金属罩屏蔽、示波器锂电池供电等方法降低了电磁信号干扰，利用Labview编制了特定的程序进行三探针诊断数据处理。根据脉冲放电等离子体具有多电荷态离子成分、离子超声速运动等特点，对三探针理论进行相应修正。诊断结果表明，整个放电脉冲内高压引出界面电子温度Te处于2~4 eV之间，离子密度ni处于1017~1018 m-3量级之间，与Langmuir单探针诊断结果吻合。
2015, 27: 045008.
doi: 10.11884/HPLPB201527.045008
摘要:
针对螺旋线型三导体脉冲形成线的快波振荡问题，提出一种阻抗分两段阶梯变化的螺旋线结构，分析了此类螺旋线快波反射与慢波反射相互抵消快波的条件，给出两段变阻抗螺旋线慢波系数之间的关系式以及匝数密度之比计算方法，通过仿真计算证明该方法能有效消除快波反射对螺旋线输出脉冲的影响。
针对螺旋线型三导体脉冲形成线的快波振荡问题，提出一种阻抗分两段阶梯变化的螺旋线结构，分析了此类螺旋线快波反射与慢波反射相互抵消快波的条件，给出两段变阻抗螺旋线慢波系数之间的关系式以及匝数密度之比计算方法，通过仿真计算证明该方法能有效消除快波反射对螺旋线输出脉冲的影响。
2015, 27: 045009.
doi: 10.11884/HPLPB201527.045009
摘要:
开展了百kV s前沿脉冲作用下激光触发水开关的研究。水开关采用球板电极结构，球头轴向开激光通孔，高压极为平板电极。开关自击穿电压133 kV，抖动263 ns。实验研究了激光击穿弧长占据间隙不同比例、不同触发能量和不同触发时刻等因素对触发抖动的影响。结果表明激光触发可将抖动有效减小到30 ns以内。触发能量高于19 mJ时触发抖动与能量大小关系不大。
开展了百kV s前沿脉冲作用下激光触发水开关的研究。水开关采用球板电极结构，球头轴向开激光通孔，高压极为平板电极。开关自击穿电压133 kV，抖动263 ns。实验研究了激光击穿弧长占据间隙不同比例、不同触发能量和不同触发时刻等因素对触发抖动的影响。结果表明激光触发可将抖动有效减小到30 ns以内。触发能量高于19 mJ时触发抖动与能量大小关系不大。
2015, 27: 045101.
doi: 10.11884/HPLPB201527.045101
摘要:
主要介绍自由电子激光相干强太赫兹源（FEL-THz）装置上的砷化镓光阴极直流高压注入器的研究进展，并讨论其驱动未来高重复频率短波长自由电子激光器的差距。通过综合砷化镓阴极寿命的三大影响因素，提出了其工作寿命的定性物理模型；通过该模型对阴极和注入器进行优化，在直流高压电子枪上得到了5 mA, 32 min的连续稳定输出；测量了电子束在4.8 mA下归一化发射度约为4.0 mmmrad，阴极热发射度约为0.6 mmmrad，电子束本征横向能量约为92 meV，250 keV电子束在距离阴极90.6 cm处纵向均方根长度约为11.5 ps。这一束流状态已经基本满足FEL-THz需求。
主要介绍自由电子激光相干强太赫兹源（FEL-THz）装置上的砷化镓光阴极直流高压注入器的研究进展，并讨论其驱动未来高重复频率短波长自由电子激光器的差距。通过综合砷化镓阴极寿命的三大影响因素，提出了其工作寿命的定性物理模型；通过该模型对阴极和注入器进行优化，在直流高压电子枪上得到了5 mA, 32 min的连续稳定输出；测量了电子束在4.8 mA下归一化发射度约为4.0 mmmrad，阴极热发射度约为0.6 mmmrad，电子束本征横向能量约为92 meV，250 keV电子束在距离阴极90.6 cm处纵向均方根长度约为11.5 ps。这一束流状态已经基本满足FEL-THz需求。
2015, 27: 045102.
doi: 10.11884/HPLPB201527.045102
摘要:
根据理论分析及实际加工水平,设计了一套摇摆器磁场测量系统,同时对影响磁测系统整体性能的主要参数进行了详尽分析。摇摆器磁测装置主要由气浮运动平台、测磁设备及控制系统组成,其主要功能是对霍尔探头的位置与磁场数据进行高精度测量及同步采集。主要参数如下: z向定位精度小于5 m,重复定位精度小于2 m；霍尔探头的测量精度为0.05%,重复测量精度为0.01%,响应频率为1 kHz；数据采集卡的采样率不小于1000。
根据理论分析及实际加工水平,设计了一套摇摆器磁场测量系统,同时对影响磁测系统整体性能的主要参数进行了详尽分析。摇摆器磁测装置主要由气浮运动平台、测磁设备及控制系统组成,其主要功能是对霍尔探头的位置与磁场数据进行高精度测量及同步采集。主要参数如下: z向定位精度小于5 m,重复定位精度小于2 m；霍尔探头的测量精度为0.05%,重复测量精度为0.01%,响应频率为1 kHz；数据采集卡的采样率不小于1000。
2015, 27: 045103.
doi: 10.11884/HPLPB201527.045103
摘要:
基于电路的输出效果，采用电荷转移原理阐述平衡式Cockcroft-Walton（C-W）倍压电路较为复杂的物理过程，将电路中二极管的非线性导通特性等效为周期性线性导通的数学解析模型，推导了表征其输出特性的纹波电压和带载输出电压的理论输出表达式。采用仿真软件对比了基本式和平衡式C-W电路的输出特性曲线，结果表明平衡式拓扑结构的纹波大小约为基本式拓扑结构的8%。同时建立的多阶平衡式C-W电路纹波电压理论模型计算值略低于电路软件仿真值，带载输出电压的理论模型计算值与仿真值的相对误差低于10%。
基于电路的输出效果，采用电荷转移原理阐述平衡式Cockcroft-Walton（C-W）倍压电路较为复杂的物理过程，将电路中二极管的非线性导通特性等效为周期性线性导通的数学解析模型，推导了表征其输出特性的纹波电压和带载输出电压的理论输出表达式。采用仿真软件对比了基本式和平衡式C-W电路的输出特性曲线，结果表明平衡式拓扑结构的纹波大小约为基本式拓扑结构的8%。同时建立的多阶平衡式C-W电路纹波电压理论模型计算值略低于电路软件仿真值，带载输出电压的理论模型计算值与仿真值的相对误差低于10%。
2015, 27: 045104.
doi: 10.11884/HPLPB201527.045104
摘要:
合肥光源进行重大升级改造（HLSⅡ）的磁铁安装准直工程要在有限的时间内对近120块各型磁铁进行安装准直调节。为了保证磁铁安装准直任务顺利完成，结合合肥光源自身特点，合理使用了多种测量仪器和软件，在元件坐标系下直接进行磁铁安装准直，极大地提高了工作效率和安装精度。在经过先后三次准直安装调节后，所有磁铁均安装准直就位，定位精度达到预定要求。
合肥光源进行重大升级改造（HLSⅡ）的磁铁安装准直工程要在有限的时间内对近120块各型磁铁进行安装准直调节。为了保证磁铁安装准直任务顺利完成，结合合肥光源自身特点，合理使用了多种测量仪器和软件，在元件坐标系下直接进行磁铁安装准直，极大地提高了工作效率和安装精度。在经过先后三次准直安装调节后，所有磁铁均安装准直就位，定位精度达到预定要求。
2015, 27: 045105.
doi: 10.11884/HPLPB201527.045105
摘要:
上海光源储存环运行在恒流注入(top-up)模式下每10 min注入一次，注入引起的振荡为测量工作点提供了有利条件。通过数字束流位置处理器采集储存环注入时的逐圈数据，对数据进行快速傅里叶变换计算获得工作点，以此搭建了刷新间隔为10 min的工作点在线监测系统。2014年上半年的运行结果表明，该系统能够有效检测工作点变化并评估加速器工作点可达到的最优性能。利用该系统能够及时发现加速器运行异常，并结合各设备运行状态可有效定位异常原因。
上海光源储存环运行在恒流注入(top-up)模式下每10 min注入一次，注入引起的振荡为测量工作点提供了有利条件。通过数字束流位置处理器采集储存环注入时的逐圈数据，对数据进行快速傅里叶变换计算获得工作点，以此搭建了刷新间隔为10 min的工作点在线监测系统。2014年上半年的运行结果表明，该系统能够有效检测工作点变化并评估加速器工作点可达到的最优性能。利用该系统能够及时发现加速器运行异常，并结合各设备运行状态可有效定位异常原因。
2015, 27: 045106.
doi: 10.11884/HPLPB201527.045106
摘要:
合肥光源升级改造任务已基本完成，注入器实现满能量注入。为适应新的注入器束流强度的测量需求，设计了新的注入器束流强度测量系统，该系统利用安装在真空腔上的3个快速束流变压器(FCT)和2个积分束流变压器(ICT)，能够实现束流流强和电荷量的非拦截实时测量。为了准确获取束流参数，首先对束流变压器(CT)传输电缆进行了在线和离线标定；由于 ICT输出信号信号幅度较小，噪声大，设计了低噪声前置放大器以改善信噪比；考虑低频谐波噪声和Kicker噪声的干扰，软件中通过适当的算法对噪声进行了处理；最后给出了部分在线实验结果。实验结果表明，束流传输效率约为27.4%，注入效率约为44.3%。
合肥光源升级改造任务已基本完成，注入器实现满能量注入。为适应新的注入器束流强度的测量需求，设计了新的注入器束流强度测量系统，该系统利用安装在真空腔上的3个快速束流变压器(FCT)和2个积分束流变压器(ICT)，能够实现束流流强和电荷量的非拦截实时测量。为了准确获取束流参数，首先对束流变压器(CT)传输电缆进行了在线和离线标定；由于 ICT输出信号信号幅度较小，噪声大，设计了低噪声前置放大器以改善信噪比；考虑低频谐波噪声和Kicker噪声的干扰，软件中通过适当的算法对噪声进行了处理；最后给出了部分在线实验结果。实验结果表明，束流传输效率约为27.4%，注入效率约为44.3%。
2015, 27: 045107.
doi: 10.11884/HPLPB201527.045107
摘要:
中国工程物理研究院计划开展XFEL光源的研制,主要通过电子束在波荡器中的辐射特性产生硬X射线。根据理论分析和数值模拟,在电子束最高能量可达12 GeV的实际条件下,初步设计了一条间隙可调的真空外波荡器束线,波荡器分为25段,每段长3.86 m,间隙7~10 mm,周期长度25.4 mm,磁场0.636~1.03 T,束线总长120 m左右,辐射光子能量为3~25 keV。
中国工程物理研究院计划开展XFEL光源的研制,主要通过电子束在波荡器中的辐射特性产生硬X射线。根据理论分析和数值模拟,在电子束最高能量可达12 GeV的实际条件下,初步设计了一条间隙可调的真空外波荡器束线,波荡器分为25段,每段长3.86 m,间隙7~10 mm,周期长度25.4 mm,磁场0.636~1.03 T,束线总长120 m左右,辐射光子能量为3~25 keV。
2015, 27: 045108.
doi: 10.11884/HPLPB201527.045108
摘要:
总结了国内外在衍射极限储存环（DLSR）物理设计方面的研究进展。为了在合理的周长范围内实现超低束流发射度，DLSR线性束流光学设计普遍采用紧凑型多二极铁消色散结构。在非线性动力学优化中，通常采用相移控制技术、解析和数值优化技术减小由色品六极铁导致的强非线性效应。DLSR束流接受度较小，主要考虑脉冲多极铁偏轴注入和快速冲击磁铁在轴注入两种注入方案。束流集体效应（尤其是束流内部散射和托歇克散射效应）随发射度降低而增强，需要采用束长拉伸、横向反馈等方法提高DLSR中束流的稳定性。
总结了国内外在衍射极限储存环（DLSR）物理设计方面的研究进展。为了在合理的周长范围内实现超低束流发射度，DLSR线性束流光学设计普遍采用紧凑型多二极铁消色散结构。在非线性动力学优化中，通常采用相移控制技术、解析和数值优化技术减小由色品六极铁导致的强非线性效应。DLSR束流接受度较小，主要考虑脉冲多极铁偏轴注入和快速冲击磁铁在轴注入两种注入方案。束流集体效应（尤其是束流内部散射和托歇克散射效应）随发射度降低而增强，需要采用束长拉伸、横向反馈等方法提高DLSR中束流的稳定性。
2015, 27: 045109.
doi: 10.11884/HPLPB201527.045109
摘要:
随着波导式耦合行波加速管设计梯度的日益提高,为了防止加速管输入耦合器电场的横向动量在束流通过加速器耦合器时引起束流品质的下降,侧壁开有两个对称耦合孔的对称双馈圆柱腔获得了广泛的应用。研制的S波段J型波导馈电加速管即为双馈圆柱腔中的一种,研制样管在老练平台上老练时的最高加速梯度达到30 MV/m。然而因为四极场的存在,开有两个耦合孔的圆柱耦合腔内,仍然会引起轴向电场的幅度和相位在横向的梯度,从而使束流发射度变差。在理论上对J型波导馈电的跑道式耦合腔进行了研究,通过与圆柱腔进行比对模拟计算,证明跑道式耦合器可以很好地改善轴向电场在横向平面内非近轴区域沿圆周的场强一致性,从而减小四极场的影响。重要的是,J型波导馈电跑道式耦合腔的机械加工、测试比圆柱腔更加容易实现,是未来双馈加速器发展的一个理想方向。
随着波导式耦合行波加速管设计梯度的日益提高,为了防止加速管输入耦合器电场的横向动量在束流通过加速器耦合器时引起束流品质的下降,侧壁开有两个对称耦合孔的对称双馈圆柱腔获得了广泛的应用。研制的S波段J型波导馈电加速管即为双馈圆柱腔中的一种,研制样管在老练平台上老练时的最高加速梯度达到30 MV/m。然而因为四极场的存在,开有两个耦合孔的圆柱耦合腔内,仍然会引起轴向电场的幅度和相位在横向的梯度,从而使束流发射度变差。在理论上对J型波导馈电的跑道式耦合腔进行了研究,通过与圆柱腔进行比对模拟计算,证明跑道式耦合器可以很好地改善轴向电场在横向平面内非近轴区域沿圆周的场强一致性,从而减小四极场的影响。重要的是,J型波导馈电跑道式耦合腔的机械加工、测试比圆柱腔更加容易实现,是未来双馈加速器发展的一个理想方向。
2015, 27: 045110.
doi: 10.11884/HPLPB201527.045110
摘要:
联锁保护系统是加速器驱动次临界系统（ADS）先导专项（C-ADS）核心系统之一，用于对加速器控制及人身和设备保护。为此设计搭建了基于可编程逻辑控制器（PLC）和PROFINET协议的联锁控制系统，对加速器各个关键部件的信号进行采集和控制。为满足加速器对可靠性的严格要求，该联锁系统选用最新型的PLC和I/O模块，并采用高可靠性容错和冗余技术的硬件设计。本文还对该联锁系统的冗余状态和非冗余状态做了可靠性分析对比。基于该系统的实验物理和工业控制系统（EPICS）的控制接口也已成功开发，并在线应用。
联锁保护系统是加速器驱动次临界系统（ADS）先导专项（C-ADS）核心系统之一，用于对加速器控制及人身和设备保护。为此设计搭建了基于可编程逻辑控制器（PLC）和PROFINET协议的联锁控制系统，对加速器各个关键部件的信号进行采集和控制。为满足加速器对可靠性的严格要求，该联锁系统选用最新型的PLC和I/O模块，并采用高可靠性容错和冗余技术的硬件设计。本文还对该联锁系统的冗余状态和非冗余状态做了可靠性分析对比。基于该系统的实验物理和工业控制系统（EPICS）的控制接口也已成功开发，并在线应用。
2015, 27: 046001.
doi: 10.11884/HPLPB201527.046001
摘要:
基于国际热核聚变实验反应堆磁约束聚变-裂变混合能源系统次临界包层的物理-热工设计结果，提出了聚变-裂变混合堆次临界包层燃料区结构设计方案，包括纵骨支撑结构、燃料区结构和锆包壳结构。运用Pro/e建模软件建立了次临界包层燃料区结构模型，并利用ANSYS-workbench mechanical有限元分析软件对纵骨式支撑结构开展了初步力学分析，得到了燃料部件和纵骨式多层支撑结构的最大Tresca应力值、应力分布云图和总变形量，其中最大应力为87.04 MPa，最大变形量为0.17 mm。按照第3强度理论校核，计算结果表明纵骨式次临界包层结构各部件能够满足强度要求。
基于国际热核聚变实验反应堆磁约束聚变-裂变混合能源系统次临界包层的物理-热工设计结果，提出了聚变-裂变混合堆次临界包层燃料区结构设计方案，包括纵骨支撑结构、燃料区结构和锆包壳结构。运用Pro/e建模软件建立了次临界包层燃料区结构模型，并利用ANSYS-workbench mechanical有限元分析软件对纵骨式支撑结构开展了初步力学分析，得到了燃料部件和纵骨式多层支撑结构的最大Tresca应力值、应力分布云图和总变形量，其中最大应力为87.04 MPa，最大变形量为0.17 mm。按照第3强度理论校核，计算结果表明纵骨式次临界包层结构各部件能够满足强度要求。
2015, 27: 046002.
doi: 10.11884/HPLPB201527.046002
摘要:
根据EAST-NBI偏转系统工作原理，分析了束流在偏转系统传输的基本过程和特点。利用直接蒙特卡罗方法，发展了中性束注入器束偏转区域束流传输模拟程序。结果显示：EAST-NBI磁偏转系统可很好地剥离束流中的剩余离子；束偏转区域束流再电离损失约为2.43%；束流180偏转所带来线聚焦过程使偏转磁体磁极护板局部面临较高的热流密度。
根据EAST-NBI偏转系统工作原理，分析了束流在偏转系统传输的基本过程和特点。利用直接蒙特卡罗方法，发展了中性束注入器束偏转区域束流传输模拟程序。结果显示：EAST-NBI磁偏转系统可很好地剥离束流中的剩余离子；束偏转区域束流再电离损失约为2.43%；束流180偏转所带来线聚焦过程使偏转磁体磁极护板局部面临较高的热流密度。
2015, 27: 049001.
doi: 10.11884/HPLPB201527.049001
摘要:
为实现对复合材料表面及浅表面损伤的快速检测，采用振动热成像技术，对复合材料在疲劳、冲击等不同作用下产生的损伤进行了检测研究。分析了瞬时性和周期性两种内生热源形式下平板构件的表面温度场分布。基于有限元法计算了表面裂纹、浅表面分层及内部脱粘等不同类型损伤在振动激励条件下的生热情况。在设计制作复合材料疲劳裂纹试件和冲击损伤试件的基础上，利用超声波发生器和红外热像仪开展了试验研究。结果表明：振动热成像技术能够快速准确地检测到复合材料表面及浅表面的紧贴型损伤；通过红外序列图中热斑形状可判断损伤的类型。
为实现对复合材料表面及浅表面损伤的快速检测，采用振动热成像技术，对复合材料在疲劳、冲击等不同作用下产生的损伤进行了检测研究。分析了瞬时性和周期性两种内生热源形式下平板构件的表面温度场分布。基于有限元法计算了表面裂纹、浅表面分层及内部脱粘等不同类型损伤在振动激励条件下的生热情况。在设计制作复合材料疲劳裂纹试件和冲击损伤试件的基础上，利用超声波发生器和红外热像仪开展了试验研究。结果表明：振动热成像技术能够快速准确地检测到复合材料表面及浅表面的紧贴型损伤；通过红外序列图中热斑形状可判断损伤的类型。
