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2025, 37: 061002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250004
2025, 37: 069001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250001
2025, 37: 061001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250096
摘要:
中红外激光器在医疗、通信和国防等领域具有重要应用需求，近年来，围绕中红外光纤激光器的研究引起国内外广泛关注。采用自研的2 μm单频光纤激光放大器作为泵浦光源，利用气体分子的本征吸收实现粒子数反转，基于溴化氢（HBr）气体填充的反谐振空芯光纤（AR-HCF）实现了波长为4.16 μm处大于10 W的中红外光源连续输出。通过采用大模场反谐振空芯光纤及后向气体填充的方式，在提高光光转换效率的同时有效抑制了热积累限制。在最大注入泵浦功率为63.8 W下，实现中红外光源最大连续输出功率10.37 W，对应斜率效率约为16.8%，最大功率下光束质量M2 <1.1。研究结果证明了光纤气体激光器在产生高功率中红外光源方面的重要能力，对于中红外光纤激光技术的发展和研究具有重要的指导意义。
中红外激光器在医疗、通信和国防等领域具有重要应用需求，近年来，围绕中红外光纤激光器的研究引起国内外广泛关注。采用自研的2 μm单频光纤激光放大器作为泵浦光源，利用气体分子的本征吸收实现粒子数反转，基于溴化氢（HBr）气体填充的反谐振空芯光纤（AR-HCF）实现了波长为4.16 μm处大于10 W的中红外光源连续输出。通过采用大模场反谐振空芯光纤及后向气体填充的方式，在提高光光转换效率的同时有效抑制了热积累限制。在最大注入泵浦功率为63.8 W下，实现中红外光源最大连续输出功率10.37 W，对应斜率效率约为16.8%，最大功率下光束质量M2 <1.1。研究结果证明了光纤气体激光器在产生高功率中红外光源方面的重要能力，对于中红外光纤激光技术的发展和研究具有重要的指导意义。
2025, 37: 061002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250004
摘要:
激光无线能量传输技术具有高功率、远距离、非接触式、能信同传等优点，有望成为一种革新性的能源传递方式，在消费电子产品、无人机、航天等领域展现巨大的应用潜力。分析了激光无线能量传输系统的核心模块以及在地面、航天、水下等领域的国内外发展现状，总结了其面临的技术挑战。最后，讨论了激光无线能量传输系统的未来发展趋势。
激光无线能量传输技术具有高功率、远距离、非接触式、能信同传等优点，有望成为一种革新性的能源传递方式，在消费电子产品、无人机、航天等领域展现巨大的应用潜力。分析了激光无线能量传输系统的核心模块以及在地面、航天、水下等领域的国内外发展现状，总结了其面临的技术挑战。最后，讨论了激光无线能量传输系统的未来发展趋势。
2025, 37: 061003.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240433
摘要:
利用输出532 nm波长的全固态准连续Nd:YAG激光器作为泵浦源，对以KTP晶体为非线性晶体的窄线宽光学参量振荡器输出特性进行研究。在谐振腔内插入石英标准具压缩输出激光线宽。通过理论分析,估算了脉冲光学参量振荡器谐振腔内标准具对闲频光的透射光谱线宽，根据计算结果设计了实验用的标准具参数。在光学参量振荡器谐振腔内插入另一KTP晶体对闲频光进行腔内倍频，实现了波长调谐范围574.5～577.2 nm的pm级窄线宽可调谐黄光输出。在重复频率为10 kHz、泵浦光平均功率为30 W时，倍频黄光的峰值波长为575.81 nm，对应的平均输出功率为155 mW，脉宽约为35 ns，线宽仅为0.8 pm，x和y方向光束质量因子则分别为1.286和1.807。
利用输出532 nm波长的全固态准连续Nd:YAG激光器作为泵浦源，对以KTP晶体为非线性晶体的窄线宽光学参量振荡器输出特性进行研究。在谐振腔内插入石英标准具压缩输出激光线宽。通过理论分析,估算了脉冲光学参量振荡器谐振腔内标准具对闲频光的透射光谱线宽，根据计算结果设计了实验用的标准具参数。在光学参量振荡器谐振腔内插入另一KTP晶体对闲频光进行腔内倍频，实现了波长调谐范围574.5～577.2 nm的pm级窄线宽可调谐黄光输出。在重复频率为10 kHz、泵浦光平均功率为30 W时，倍频黄光的峰值波长为575.81 nm，对应的平均输出功率为155 mW，脉宽约为35 ns，线宽仅为0.8 pm，x和y方向光束质量因子则分别为1.286和1.807。
2025, 37: 061004.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240444
摘要:
报道了一种室温下运行的高功率、高光束质量Yb:YAG激光振荡器。该激光器采用了中等掺杂（Yb3+原子分数2.0 at%）的Yb:YAG棒状晶体，并使用准连续输出的光纤耦合模块进行端面泵浦，成功研制出具备48 W高光束质量微秒输出能力的端泵激光器。通过设计优化谐振腔的腔型结构，在100 Hz重复频率下获得了22 W的准连续线偏振微秒激光输出，光光效率达到47.4%，斜效率为53.5%，光束质量M2为1.22。通过优化泵浦光斑尺寸并使用声光调Q模块，实现了20.8 W的纳秒脉冲输出，对应单脉冲能量为9.9 mJ，脉冲宽度为23.9 ns，光束质量M2为1.39。整个激光系统采用紧凑化设计，光学部分尺寸仅为250 mm × 200 mm × 80 mm。
报道了一种室温下运行的高功率、高光束质量Yb:YAG激光振荡器。该激光器采用了中等掺杂（Yb3+原子分数2.0 at%）的Yb:YAG棒状晶体，并使用准连续输出的光纤耦合模块进行端面泵浦，成功研制出具备48 W高光束质量微秒输出能力的端泵激光器。通过设计优化谐振腔的腔型结构，在100 Hz重复频率下获得了22 W的准连续线偏振微秒激光输出，光光效率达到47.4%，斜效率为53.5%，光束质量M2为1.22。通过优化泵浦光斑尺寸并使用声光调Q模块，实现了20.8 W的纳秒脉冲输出，对应单脉冲能量为9.9 mJ，脉冲宽度为23.9 ns，光束质量M2为1.39。整个激光系统采用紧凑化设计，光学部分尺寸仅为250 mm × 200 mm × 80 mm。
2025, 37: 061005.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240407
摘要:
详细研究了在走离补偿及非走离补偿两种方式下，钛宝石（Ti: sapphire）激光倍频泵浦的非共线超宽带简并光参量放大中二次谐波寄生效应的影响。研究表明，在非走离补偿方式下，通过适当增加泵浦光与信号光的非共线角，在确保信号光宽光谱放大的同时，可以有效降低二次谐波寄生效应对信号光输出光谱的影响。获得了不同泵浦光光谱带宽下，简并光参量放大的信号光输出光谱及输出通量演化规律，明确了在给定信号光输出光谱带宽下对泵浦光光谱带宽的要求。研究结果为基于简并光参量放大的超宽带高时域对比度飞秒种子光产生提供设计依据。
详细研究了在走离补偿及非走离补偿两种方式下，钛宝石（Ti: sapphire）激光倍频泵浦的非共线超宽带简并光参量放大中二次谐波寄生效应的影响。研究表明，在非走离补偿方式下，通过适当增加泵浦光与信号光的非共线角，在确保信号光宽光谱放大的同时，可以有效降低二次谐波寄生效应对信号光输出光谱的影响。获得了不同泵浦光光谱带宽下，简并光参量放大的信号光输出光谱及输出通量演化规律，明确了在给定信号光输出光谱带宽下对泵浦光光谱带宽的要求。研究结果为基于简并光参量放大的超宽带高时域对比度飞秒种子光产生提供设计依据。
2025, 37: 061006.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240346
摘要:
针对浑浊水体中光条纹中心点提取精度低、抗干扰能力弱的问题，提出一种改进的内部推进算法，旨在提升复杂环境下光条纹中心点提取的准确性和鲁棒性。首先利用中值滤波预处理图像以抑制噪声，结合八邻域法快速定位光条纹起始点；随后引入灰度邻域属性法，动态估算当前行的光条纹像素宽度，并基于此范围应用最大类间方差法自适应确定二值化阈值，有效减少背景干扰；最后在约束的像素宽度范围内采用灰度重心法计算初始中心点，并以此为基础向上、下方向推进搜索光条纹中心点。实验在多种浑浊水体环境及不同结构光形态下进行对比测试。结果表明，与原始内部推进算法相比，该方法均方根误差降低了13.33%，算法运行速度较Steger算法提升了69.07%，实现了精度与速度的平衡。
针对浑浊水体中光条纹中心点提取精度低、抗干扰能力弱的问题，提出一种改进的内部推进算法，旨在提升复杂环境下光条纹中心点提取的准确性和鲁棒性。首先利用中值滤波预处理图像以抑制噪声，结合八邻域法快速定位光条纹起始点；随后引入灰度邻域属性法，动态估算当前行的光条纹像素宽度，并基于此范围应用最大类间方差法自适应确定二值化阈值，有效减少背景干扰；最后在约束的像素宽度范围内采用灰度重心法计算初始中心点，并以此为基础向上、下方向推进搜索光条纹中心点。实验在多种浑浊水体环境及不同结构光形态下进行对比测试。结果表明，与原始内部推进算法相比，该方法均方根误差降低了13.33%，算法运行速度较Steger算法提升了69.07%，实现了精度与速度的平衡。
2025, 37: 061007.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240392
摘要:
研究了栅高对SU-8微米光栅衍射效率的影响。使用严格耦合波理论模拟分析了栅高分别为6～8 μm、12～16 μm、6～30 μm时的衍射效率，以及6～30 μm连续变化的0级和1级衍射效率。模拟结果显示，栅高6 μm时，0级衍射效率最低，1级衍射效率最高；在12 μm时，0级衍射效率最高，1级衍射效率最低。栅高6～30 μm连续变化时，衍射效率随之周期性变化。制备不同厚度的SU-8薄膜，采用皮秒激光刻蚀技术，制备了不同栅高的40 μm周期光栅。测量结果显示，周期40 μm光栅的栅高6.83 μm时，−1级衍射效率为28.4%，0级衍射效率约为14.7%；栅高13.45 μm时，0级衍射效率为31.46%，1级衍射效率12.35%。0级和1级衍射效率的大小随着栅高周期变化。理论模拟和实验探索，为SU-8微米光栅的制备和一级衍射效率的提高提供重要的参考。
研究了栅高对SU-8微米光栅衍射效率的影响。使用严格耦合波理论模拟分析了栅高分别为6～8 μm、12～16 μm、6～30 μm时的衍射效率，以及6～30 μm连续变化的0级和1级衍射效率。模拟结果显示，栅高6 μm时，0级衍射效率最低，1级衍射效率最高；在12 μm时，0级衍射效率最高，1级衍射效率最低。栅高6～30 μm连续变化时，衍射效率随之周期性变化。制备不同厚度的SU-8薄膜，采用皮秒激光刻蚀技术，制备了不同栅高的40 μm周期光栅。测量结果显示，周期40 μm光栅的栅高6.83 μm时，−1级衍射效率为28.4%，0级衍射效率约为14.7%；栅高13.45 μm时，0级衍射效率为31.46%，1级衍射效率12.35%。0级和1级衍射效率的大小随着栅高周期变化。理论模拟和实验探索，为SU-8微米光栅的制备和一级衍射效率的提高提供重要的参考。
2025, 37: 063001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240411
摘要:
针对高功率微波系统宽频带和波束扫描需求，提出并设计了一种基于可变电容的X波段高功率宽频带波束扫描反射阵列天线。天线采用线极化喇叭馈源和三明治介质埋藏式贴片单元，其中贴片部分为嵌套式双谐振结构集成可变电容，同步拓宽相位调节范围（360°）与工作带宽。通过消除单元突变结构并采用三明治介质层，有效抑制了三相点产生，使功率容量提升至5 MW（0.1 MPa气压SF6环境）。调节可变电容容值可实现8.55～9.65 GHz频段内12%相对调谐带宽。基于11×11矩形栅格的反射阵仿真表明：242 mm口径阵列天线最大增益25.12 dBi，口径效率54.39%，全频带支持0°～20°波束扫描。相较于现有技术，该设计在调谐带宽（12%）和功率容量（5 MW）方面具有优势，为高功率微波系统的宽频带波束控制提供了有效途径。
针对高功率微波系统宽频带和波束扫描需求，提出并设计了一种基于可变电容的X波段高功率宽频带波束扫描反射阵列天线。天线采用线极化喇叭馈源和三明治介质埋藏式贴片单元，其中贴片部分为嵌套式双谐振结构集成可变电容，同步拓宽相位调节范围（360°）与工作带宽。通过消除单元突变结构并采用三明治介质层，有效抑制了三相点产生，使功率容量提升至5 MW（0.1 MPa气压SF6环境）。调节可变电容容值可实现8.55～9.65 GHz频段内12%相对调谐带宽。基于11×11矩形栅格的反射阵仿真表明：242 mm口径阵列天线最大增益25.12 dBi，口径效率54.39%，全频带支持0°～20°波束扫描。相较于现有技术，该设计在调谐带宽（12%）和功率容量（5 MW）方面具有优势，为高功率微波系统的宽频带波束控制提供了有效途径。
2025, 37: 063002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250028
摘要:
研究表明，基于维纳滤波的信号同轴电缆传输畸变补偿方法对于多种不同类型的脉冲信号均表现出优异的补偿性能和补偿效率，可以有效解决脉冲信号同轴电缆传输畸变问题，具有很好的应用价值。但是，目前尚未对影响该方法补偿效果的因素进行分析，也未明确其最佳应用条件或参数设置。深入分析了影响基于维纳滤波信号传输畸变补偿方法补偿性能的因素，确定主要影响因素为输出信号信噪比SNR、同轴电缆S21曲线测量步长Δf以及功率谱估计方法。针对上述影响因素开展了同轴电缆信号传输畸变补偿试验，结果表明：当SNR小于25 dB时，SNR越低，补偿方法补偿性能越差，而当SNR大于25 dB时，随着SNR的增大，补偿性能趋于稳定不变；对于S21参数测量频率步长Δf，当Δf较小时，补偿性能几乎保持不变，当Δf较大时，随着Δf的增大，补偿精度缓慢降低；而对于功率谱估计方法，常用的三种功率谱估计方法（周期图法、Welch法和Burg法）中，Burg法补偿性能最佳。研究结果可为维纳滤波实际应用提供指导。
研究表明，基于维纳滤波的信号同轴电缆传输畸变补偿方法对于多种不同类型的脉冲信号均表现出优异的补偿性能和补偿效率，可以有效解决脉冲信号同轴电缆传输畸变问题，具有很好的应用价值。但是，目前尚未对影响该方法补偿效果的因素进行分析，也未明确其最佳应用条件或参数设置。深入分析了影响基于维纳滤波信号传输畸变补偿方法补偿性能的因素，确定主要影响因素为输出信号信噪比SNR、同轴电缆S21曲线测量步长Δf以及功率谱估计方法。针对上述影响因素开展了同轴电缆信号传输畸变补偿试验，结果表明：当SNR小于25 dB时，SNR越低，补偿方法补偿性能越差，而当SNR大于25 dB时，随着SNR的增大，补偿性能趋于稳定不变；对于S21参数测量频率步长Δf，当Δf较小时，补偿性能几乎保持不变，当Δf较大时，随着Δf的增大，补偿精度缓慢降低；而对于功率谱估计方法，常用的三种功率谱估计方法（周期图法、Welch法和Burg法）中，Burg法补偿性能最佳。研究结果可为维纳滤波实际应用提供指导。
2025, 37: 063003.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240386
摘要:
高功率微波(HPM)系统集成过程中，微波源与传输发射分系统的对接状态直接影响系统性能，不良的对接状态可能引发射频击穿，导致系统输出功率降低。因此，诊断系统的对接状态具有重要工程价值。为此，开展了非接触式高功率微波传输技术研究，并针对采用圆锥喇叭作为馈源的Ku波段GW级HPM系统，提出了一种馈源喇叭注入功率测量技术。基于仿真设计，完成该测量技术的关键组件研制，并开展了小信号测试和功率容量考核试验。试验结果表明，在（15±0.15） GHz范围内，该测量组件的反射系数小于−26 dB，耦合系数为（−0.31±0.07） dB，功率容量超过900 MW。实验和仿真结果证明,提出的测量技术具有耦合系数稳定、测试误差小等性能，能够有效测量HPM源注入馈源喇叭的微波功率，并诊断HPM系统的对接状态。
高功率微波(HPM)系统集成过程中，微波源与传输发射分系统的对接状态直接影响系统性能，不良的对接状态可能引发射频击穿，导致系统输出功率降低。因此，诊断系统的对接状态具有重要工程价值。为此，开展了非接触式高功率微波传输技术研究，并针对采用圆锥喇叭作为馈源的Ku波段GW级HPM系统，提出了一种馈源喇叭注入功率测量技术。基于仿真设计，完成该测量技术的关键组件研制，并开展了小信号测试和功率容量考核试验。试验结果表明，在（15±0.15） GHz范围内，该测量组件的反射系数小于−26 dB，耦合系数为（−0.31±0.07） dB，功率容量超过900 MW。实验和仿真结果证明,提出的测量技术具有耦合系数稳定、测试误差小等性能，能够有效测量HPM源注入馈源喇叭的微波功率，并诊断HPM系统的对接状态。
2025, 37: 064001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240240
摘要:
针对中国散裂中子源二期（China Spallation Neutron Source Phase II, CSNS-II）加速器众多预研设备的调试及离线运行需求，自主设计并研制了一套基于“高精度脉冲发生器+低抖动光纤传输链路”的同步时序系统，为各预研设备提供精准且符合物理设计需求的工作时序信号。在同步时序系统硬件方面，研制了具有高性价比的多功能时序信号总控板卡和终端接收板卡，实现了时序信号的严格同步和低抖动传输。同时，采用“超高速双向点对点数据传输+千兆多模SFP光模块”方案，实现基于高速串行传输链路的板间级联，以扩展输出通道数量。在同步时序系统上位机软件方面，采用“串口服务器 + PC soft IOC”方式实现了多功能时序信号总控板卡与实验物理与工业控制系统（Experimental Physics and Industrial Control System, EPICS）之间的数据交互机制，实现远程精确配置同步时序信号的频率、延时、脉宽等参数。同步时序系统已成功投入CSNS-II加速器射频离子源等关键预研设备的调试和运行，并在长期运行中表现出稳定可靠的性能。此外，与商业产品相比，该同步时序系统在软硬件设计方面具备灵活性强、抗干扰能力高和通用性好的优点，为国内外粒子加速器设备的同步时序系统设计与实现提供了切实可行的技术参考。
针对中国散裂中子源二期（China Spallation Neutron Source Phase II, CSNS-II）加速器众多预研设备的调试及离线运行需求，自主设计并研制了一套基于“高精度脉冲发生器+低抖动光纤传输链路”的同步时序系统，为各预研设备提供精准且符合物理设计需求的工作时序信号。在同步时序系统硬件方面，研制了具有高性价比的多功能时序信号总控板卡和终端接收板卡，实现了时序信号的严格同步和低抖动传输。同时，采用“超高速双向点对点数据传输+千兆多模SFP光模块”方案，实现基于高速串行传输链路的板间级联，以扩展输出通道数量。在同步时序系统上位机软件方面，采用“串口服务器 + PC soft IOC”方式实现了多功能时序信号总控板卡与实验物理与工业控制系统（Experimental Physics and Industrial Control System, EPICS）之间的数据交互机制，实现远程精确配置同步时序信号的频率、延时、脉宽等参数。同步时序系统已成功投入CSNS-II加速器射频离子源等关键预研设备的调试和运行，并在长期运行中表现出稳定可靠的性能。此外，与商业产品相比，该同步时序系统在软硬件设计方面具备灵活性强、抗干扰能力高和通用性好的优点，为国内外粒子加速器设备的同步时序系统设计与实现提供了切实可行的技术参考。
2025, 37: 064002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240257
摘要:
为方便粒子加速器用固态功率源设备在线更换维护，需要功率合成器具备在线可解耦的功能。腔式合成器由于其较高的功率容量成为功率合成的优选方案，但目前并未实现输入耦合度在线可调。为此，设计了一种带有可旋转解耦系统的650 MHz八合一腔式功率合成器。将非接触开路式扼流槽设置在射频输入端口，耦合环与腔体分离，实现磁耦合环可在线旋转调节，根据固态功率源工作状态来在线调节输入耦合度，以此来满足热插拔及调整合成效率的目的。仿真结果表明该合成器单级合成效率高，功率损耗小，且各输入端到输出端的幅度传输具有很好的一致性，最大偏差在0.25 dB以内。通过在线调节耦合度实现输入端口射频隔离，从而实现功放模块在线热插拔更换，极大地改善了功放模块的在线可维护性及灵活性。
为方便粒子加速器用固态功率源设备在线更换维护，需要功率合成器具备在线可解耦的功能。腔式合成器由于其较高的功率容量成为功率合成的优选方案，但目前并未实现输入耦合度在线可调。为此，设计了一种带有可旋转解耦系统的650 MHz八合一腔式功率合成器。将非接触开路式扼流槽设置在射频输入端口，耦合环与腔体分离，实现磁耦合环可在线旋转调节，根据固态功率源工作状态来在线调节输入耦合度，以此来满足热插拔及调整合成效率的目的。仿真结果表明该合成器单级合成效率高，功率损耗小，且各输入端到输出端的幅度传输具有很好的一致性，最大偏差在0.25 dB以内。通过在线调节耦合度实现输入端口射频隔离，从而实现功放模块在线热插拔更换，极大地改善了功放模块的在线可维护性及灵活性。
2025, 37: 064003.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240271
摘要:
残余气体电离型束流剖面探测器（IPM）可以实时提供高流强质子加速器调试和稳定运行所需的关键束流分布信息, 中国散裂中子源（CSNS）直线加速器IPM装置采用紧凑型结构设计，通过离子模式收集并由光学成像系统实现束流横向一维分布测量。电极板开孔处的蜂窝网格结构阻挡部分离子或电子进入微通道板，造成成像阴影并引入束流分布畸变，须利用离线算法进行校正。利用偏微分修复和机器学习算法对CSNS直线加速器IPM蜂窝网格造成的成像阴影和束流分布畸变进行了校正处理，采用无监督机器学习方法DIP校正后的束流尺寸与理论预期偏差低于10%并保持较好信噪比。
残余气体电离型束流剖面探测器（IPM）可以实时提供高流强质子加速器调试和稳定运行所需的关键束流分布信息, 中国散裂中子源（CSNS）直线加速器IPM装置采用紧凑型结构设计，通过离子模式收集并由光学成像系统实现束流横向一维分布测量。电极板开孔处的蜂窝网格结构阻挡部分离子或电子进入微通道板，造成成像阴影并引入束流分布畸变，须利用离线算法进行校正。利用偏微分修复和机器学习算法对CSNS直线加速器IPM蜂窝网格造成的成像阴影和束流分布畸变进行了校正处理，采用无监督机器学习方法DIP校正后的束流尺寸与理论预期偏差低于10%并保持较好信噪比。
2025, 37: 064004.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240299
摘要:
对多组磁芯进行并联复位时，磁芯各次励磁工作点不一致，会导致装置运行状态不够稳定。将原高功率猝发多脉冲直线感应加速器感应腔磁芯脉冲并联复位系统改造为直流复位系统，该直流复位系统利用继电器对每个感应腔的复位电路进行单独控制，在使用可以周期性重复输出的恒流源的条件下，实现了对多组磁芯一对一的直流复位，解决了脉冲并联复位引起的磁芯各次励磁工作点不一致的问题。工程实施中，系统通过两套恒流源与8套切换控制箱协同工作对94组感应加速腔磁芯进行复位，显著降低了系统复杂度与维护成本。实际应用验证表明，改进后加速器的多脉冲稳定性显著提升，加速器束心位置抖动由1.3 mm降至1 mm以下。介绍了猝发多脉冲感应腔磁芯直流复位系统的工程设计思路、关键器件以及最终的工程布局和运行效果。
对多组磁芯进行并联复位时，磁芯各次励磁工作点不一致，会导致装置运行状态不够稳定。将原高功率猝发多脉冲直线感应加速器感应腔磁芯脉冲并联复位系统改造为直流复位系统，该直流复位系统利用继电器对每个感应腔的复位电路进行单独控制，在使用可以周期性重复输出的恒流源的条件下，实现了对多组磁芯一对一的直流复位，解决了脉冲并联复位引起的磁芯各次励磁工作点不一致的问题。工程实施中，系统通过两套恒流源与8套切换控制箱协同工作对94组感应加速腔磁芯进行复位，显著降低了系统复杂度与维护成本。实际应用验证表明，改进后加速器的多脉冲稳定性显著提升，加速器束心位置抖动由1.3 mm降至1 mm以下。介绍了猝发多脉冲感应腔磁芯直流复位系统的工程设计思路、关键器件以及最终的工程布局和运行效果。
2025, 37: 065001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240383
摘要:
水介质的绝缘性能影响脉冲功率装置的运行状态，水中气泡是引起水介质击穿的主要因素。为去除水介质中的气泡和溶解性气体，分析了水介质中产生气泡的原因，针对水介质中的体相气泡和表面吸附气泡去除问题，比较了涡流式分离器和反渗透膜的脱气方法，并对其气泡脱除性能进行了实验研究。研究结果表明，涡流式分离器的旋流强度低造成分离（可以去除水中气泡和溶解性气体）效率较低，反渗透膜脱气通过降低气体在水中的溶解度使得表面吸附气泡重新溶解，分离效率较高。本项研究对脉冲功率装置的稳定运行具有重要意义。
水介质的绝缘性能影响脉冲功率装置的运行状态，水中气泡是引起水介质击穿的主要因素。为去除水介质中的气泡和溶解性气体，分析了水介质中产生气泡的原因，针对水介质中的体相气泡和表面吸附气泡去除问题，比较了涡流式分离器和反渗透膜的脱气方法，并对其气泡脱除性能进行了实验研究。研究结果表明，涡流式分离器的旋流强度低造成分离（可以去除水中气泡和溶解性气体）效率较低，反渗透膜脱气通过降低气体在水中的溶解度使得表面吸附气泡重新溶解，分离效率较高。本项研究对脉冲功率装置的稳定运行具有重要意义。
2025, 37: 065002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240412
摘要:
平面碳化硅光导开关因可采用本征光触发而具有实现高光电增益的特点，但正面与背面光入射两种触发方式在响应特性上存在显著差异。基于TCAD数值仿真软件，对本征光背入射的平面碳化硅（SiC）光导开关的光电流响应进行研究，对比本征光触发下不同衬底厚度、不同光功率下器件正面与背面入光输出光电流，并对器件内部电流与电场分布状态进行对比分析，最终对厚度为50 μm的平面SiC光导开关进行了正面、背面触发实验测试。实验结果表明，40 kW峰值光功率下，与正面触发相比，背面触发器件的导通电阻减少了40%，验证了背面入光器件光电转换效率高的特点，且背面触发器件内部电场、电流更加均匀，更有利于提高器件高功率容量。结果为平面光导开关本征触发提供仿真与实验参考。
平面碳化硅光导开关因可采用本征光触发而具有实现高光电增益的特点，但正面与背面光入射两种触发方式在响应特性上存在显著差异。基于TCAD数值仿真软件，对本征光背入射的平面碳化硅（SiC）光导开关的光电流响应进行研究，对比本征光触发下不同衬底厚度、不同光功率下器件正面与背面入光输出光电流，并对器件内部电流与电场分布状态进行对比分析，最终对厚度为50 μm的平面SiC光导开关进行了正面、背面触发实验测试。实验结果表明，40 kW峰值光功率下，与正面触发相比，背面触发器件的导通电阻减少了40%，验证了背面入光器件光电转换效率高的特点，且背面触发器件内部电场、电流更加均匀，更有利于提高器件高功率容量。结果为平面光导开关本征触发提供仿真与实验参考。
2025, 37: 065003.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240186
摘要:
光导开关连续工作在长脉宽、高重频工况时，由于存在一定的导通电阻，开关内部热沉积现象较严重，容易导致光导开关的热损伤和热击穿，严重影响光导开关的使用寿命。因此必须对高功率光导开关进行有效散热。常规冷却循环系统采用循环泵泵出方式对物体进行冷却，存在冷却介质在循环过程中压力过高或过低的问题，使物体冷却不均匀，极易导致物体损坏；此外，循环泵的桨叶循环过程中会产生气泡，使光导开关绝缘强度下降，导致沿面闪络击穿。针对此问题，研制了一套基于负压吸引机制消除气泡、双回路系统实现精确控温的冷却系统，大幅度提高了光导开关寿命：光导开关的良好散热，实现了光导开关在工作电压11 kV、输出电流560 A、脉宽55 ns、重复频率1 kHz条件下寿命达到106次。
光导开关连续工作在长脉宽、高重频工况时，由于存在一定的导通电阻，开关内部热沉积现象较严重，容易导致光导开关的热损伤和热击穿，严重影响光导开关的使用寿命。因此必须对高功率光导开关进行有效散热。常规冷却循环系统采用循环泵泵出方式对物体进行冷却，存在冷却介质在循环过程中压力过高或过低的问题，使物体冷却不均匀，极易导致物体损坏；此外，循环泵的桨叶循环过程中会产生气泡，使光导开关绝缘强度下降，导致沿面闪络击穿。针对此问题，研制了一套基于负压吸引机制消除气泡、双回路系统实现精确控温的冷却系统，大幅度提高了光导开关寿命：光导开关的良好散热，实现了光导开关在工作电压11 kV、输出电流560 A、脉宽55 ns、重复频率1 kHz条件下寿命达到106次。
2025, 37: 065004.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240426
摘要:
主要围绕Fe: β-Ga2O3基垂直型光导开关的高压性能进行实验和分析。结果显示，Fe: β-Ga2O3中深能级能提供产生非本征激发的载流子，输入电压为20 kV并进行单次激光触发时器件未出现击穿趋势，在15 kV下以10 Hz光触发至少5000 余次后开关损坏，有效数据中脉冲表现较为稳定，初步证明了氧化镓光导开关可应用于大功率和高频等极限环境。失效分析说明较大的禁带宽度不是决定高耐压的唯一条件，除了使用精确掺杂的手段引入特定缺陷来改变Ga2O3材料性能外，进一步改良现有的材料生长方式和器件封装结构等也对提高光导开关的输出和寿命有所帮助。
主要围绕Fe: β-Ga2O3基垂直型光导开关的高压性能进行实验和分析。结果显示，Fe: β-Ga2O3中深能级能提供产生非本征激发的载流子，输入电压为20 kV并进行单次激光触发时器件未出现击穿趋势，在15 kV下以10 Hz光触发至少
2025, 37: 066001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250011
摘要:
高空电磁脉冲晚期成分（HEMP E3）和地磁暴通过地磁感应作用在地表形成感应地电场，其在输电系统中产生的低频地磁感应电流诱发变压器直流偏磁，可能对电力系统电压稳定性构成潜在威胁。然而，在现有的HEMP E3效应评估研究中，通常假定大地呈均匀或一维分层结构，未充分考虑大地电导率横向差异对HEMP E3感应地电场的影响，因而在海岸等地质条件复杂的区域，难以准确评估电网面临的电磁风险。基于有限元法建立了HEMP E3感应地电场的三维计算模型，研究了复杂大地电性结构对HEMP E3感应地电场时空分布的影响规律，进而采用电磁暂态仿真方法评估了极端感应地电场冲击下的电力系统电压稳定性。仿真结果表明，在海岸等大地电导率分界面附近，HEMP E3感应地电场的幅值和持续时间发生显著变化，从而对电力系统电压稳定性评估结果产生较大影响，该方法为开展复杂地质条件下基础设施的HEMP效应评估和防护提供了重要依据。
高空电磁脉冲晚期成分（HEMP E3）和地磁暴通过地磁感应作用在地表形成感应地电场，其在输电系统中产生的低频地磁感应电流诱发变压器直流偏磁，可能对电力系统电压稳定性构成潜在威胁。然而，在现有的HEMP E3效应评估研究中，通常假定大地呈均匀或一维分层结构，未充分考虑大地电导率横向差异对HEMP E3感应地电场的影响，因而在海岸等地质条件复杂的区域，难以准确评估电网面临的电磁风险。基于有限元法建立了HEMP E3感应地电场的三维计算模型，研究了复杂大地电性结构对HEMP E3感应地电场时空分布的影响规律，进而采用电磁暂态仿真方法评估了极端感应地电场冲击下的电力系统电压稳定性。仿真结果表明，在海岸等大地电导率分界面附近，HEMP E3感应地电场的幅值和持续时间发生显著变化，从而对电力系统电压稳定性评估结果产生较大影响，该方法为开展复杂地质条件下基础设施的HEMP效应评估和防护提供了重要依据。
2025, 37: 066002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240408
摘要:
在地表核泄漏场景下，辐射中子与物质中原子核经过多次散射后，能量很快降低到只有几个电子伏的热中子能区，热中子的活化将对核反应过程产生强烈影响。在固体、液体材料中，原子核通常以束缚态核的形式存在，在与物质相互作用反应方面，束缚核与气态的自由核不同。为更准确地评估核辐射效应，本文研究了束缚核效应对热中子活化过程的影响。使用蒙特卡罗方法模拟粒子输运，基于地表核辐射的场景建立了相应的空地界面模型，模拟了核辐射中子束入射土壤、海水以及混凝土产生的一系列核反应。以热中子的活化反应为重点，通过替换入射中子在介质中的反应截面引入束缚核效应，计算并对比了考虑束缚核效应影响前后活化产物次级γ的注量变化。研究结果表明，在活化过程中考虑束缚核效应的影响，能够使固液介质的热中子活化强度出现明显增强，从而在一定程度上增强地表次级γ场的辐射强度。由于元素组成、粒子屏蔽能力等因素的综合作用，三种介质场景下次级γ注量的最高涨幅分别为18%、8%和11%，涨幅随探测距离的变化规律也有所差异。
在地表核泄漏场景下，辐射中子与物质中原子核经过多次散射后，能量很快降低到只有几个电子伏的热中子能区，热中子的活化将对核反应过程产生强烈影响。在固体、液体材料中，原子核通常以束缚态核的形式存在，在与物质相互作用反应方面，束缚核与气态的自由核不同。为更准确地评估核辐射效应，本文研究了束缚核效应对热中子活化过程的影响。使用蒙特卡罗方法模拟粒子输运，基于地表核辐射的场景建立了相应的空地界面模型，模拟了核辐射中子束入射土壤、海水以及混凝土产生的一系列核反应。以热中子的活化反应为重点，通过替换入射中子在介质中的反应截面引入束缚核效应，计算并对比了考虑束缚核效应影响前后活化产物次级γ的注量变化。研究结果表明，在活化过程中考虑束缚核效应的影响，能够使固液介质的热中子活化强度出现明显增强，从而在一定程度上增强地表次级γ场的辐射强度。由于元素组成、粒子屏蔽能力等因素的综合作用，三种介质场景下次级γ注量的最高涨幅分别为18%、8%和11%，涨幅随探测距离的变化规律也有所差异。
2025, 37: 069001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250001
摘要:
太赫兹波是介于微波和远红外区域之间的毫米/亚毫米波，波长从3 mm到30 μm。自宇宙开始以来发射的所有可探测光子中，98%落在太赫兹和远红外区域，其中许多光子来自宇宙微波背景辐射，其他重要的发射来自大量的受激分子，这些分子在太赫兹范围内具有明亮的光谱发射特征。基于太赫兹的天文观测技术在天体物理和宇宙学的研究中扮演着愈加重要的作用，对星际原子、分子和尘埃的太赫兹观测可以洞察宇宙星际介质的内部条件，并提供对恒星、行星、星系和宇宙本身起源和演化的独特观察窗口。近年来，许多大型天文望远镜不断部署基于微波动态电感探测器（MKID）的太赫兹探测器，MKID成为了太赫兹天文探测领域重要的技术手段。主要阐述MKID的基础原理和应用在太赫兹探测领域的研究进展，通过MKID在多个太赫兹天文探测项目的应用总结，厘清MKID 探测器的工作原理和架构，梳理MKID取得的突破，并对其发展进行展望。
太赫兹波是介于微波和远红外区域之间的毫米/亚毫米波，波长从3 mm到30 μm。自宇宙开始以来发射的所有可探测光子中，98%落在太赫兹和远红外区域，其中许多光子来自宇宙微波背景辐射，其他重要的发射来自大量的受激分子，这些分子在太赫兹范围内具有明亮的光谱发射特征。基于太赫兹的天文观测技术在天体物理和宇宙学的研究中扮演着愈加重要的作用，对星际原子、分子和尘埃的太赫兹观测可以洞察宇宙星际介质的内部条件，并提供对恒星、行星、星系和宇宙本身起源和演化的独特观察窗口。近年来，许多大型天文望远镜不断部署基于微波动态电感探测器（MKID）的太赫兹探测器，MKID成为了太赫兹天文探测领域重要的技术手段。主要阐述MKID的基础原理和应用在太赫兹探测领域的研究进展，通过MKID在多个太赫兹天文探测项目的应用总结，厘清MKID 探测器的工作原理和架构，梳理MKID取得的突破，并对其发展进行展望。
2025, 37: 069002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240360
摘要:
针对大型激光装置集成安装过程中的机器人路径规划问题，提出一种简单有效的改进A*算法。该算法较传统A*算法进行了三步改进：第一步是限制可行走方向，避免出现传统A*算法发生穿越障碍物情况；二是将其启发函数优化为加权曼哈顿距离函数，加速向x方向或者y方向扩展节点，改善限制可行走方向带来的遍历节点数激增现象；三是引入转弯惩罚项，减少路径规划过程中的转弯次数，提高路径规划搜索效率和质量。在不同大小的栅格地图中验证三步改进A*算法的性能，并与传统A*算法进行比较。实验结果表明，简单地图中，三步改进A*算法遍历节点数略高于传统A*算法，转弯次数与传统A*算法相当，但路径避障性能明显优于传统A*算法，更有利于机器人安全行走。复杂地图中，综合考虑遍历节点数、转弯次数和路径长度的优先关系后，可以实现调节三步改进A*算法参数至路径规划结果最优。
针对大型激光装置集成安装过程中的机器人路径规划问题，提出一种简单有效的改进A*算法。该算法较传统A*算法进行了三步改进：第一步是限制可行走方向，避免出现传统A*算法发生穿越障碍物情况；二是将其启发函数优化为加权曼哈顿距离函数，加速向x方向或者y方向扩展节点，改善限制可行走方向带来的遍历节点数激增现象；三是引入转弯惩罚项，减少路径规划过程中的转弯次数，提高路径规划搜索效率和质量。在不同大小的栅格地图中验证三步改进A*算法的性能，并与传统A*算法进行比较。实验结果表明，简单地图中，三步改进A*算法遍历节点数略高于传统A*算法，转弯次数与传统A*算法相当，但路径避障性能明显优于传统A*算法，更有利于机器人安全行走。复杂地图中，综合考虑遍历节点数、转弯次数和路径长度的优先关系后，可以实现调节三步改进A*算法参数至路径规划结果最优。
2025, 37: 069003.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240229
摘要:
为优化脉冲氙灯灭菌装置性能，基于自主研发的微秒脉冲电源系统，研究了不同规格的定制氙灯及其光谱范围对灭菌效果的影响。结果表明：弧长50 mm、气压50 kPa的氙灯的紫外-可见部分光谱中，UV波段占38.5%，UVC波段占17.6%。增大弧长、减小气压均可提高光谱强度，后者还可提高UV比例。弧长100 mm，气压50 kPa的氙灯在放电能量为20 J时，处理3 s可使覆盖范围内的大肠杆菌基本全部失去活性。灭菌效率与灯管弧长、放电能量呈正相关，与灯管气压呈负相关。氙灯辐射光的不同波段均有灭菌作用，UV波段灭菌对数值占87.7%，小于280 nm波段占64.6%。原子力显微镜结果显示，脉冲氙灯可以改变细菌菌体形貌和力学性质，使菌体萎缩，增大表面粗糙度、菌体弹性和粘附力。
为优化脉冲氙灯灭菌装置性能，基于自主研发的微秒脉冲电源系统，研究了不同规格的定制氙灯及其光谱范围对灭菌效果的影响。结果表明：弧长50 mm、气压50 kPa的氙灯的紫外-可见部分光谱中，UV波段占38.5%，UVC波段占17.6%。增大弧长、减小气压均可提高光谱强度，后者还可提高UV比例。弧长100 mm，气压50 kPa的氙灯在放电能量为20 J时，处理3 s可使覆盖范围内的大肠杆菌基本全部失去活性。灭菌效率与灯管弧长、放电能量呈正相关，与灯管气压呈负相关。氙灯辐射光的不同波段均有灭菌作用，UV波段灭菌对数值占87.7%，小于280 nm波段占64.6%。原子力显微镜结果显示，脉冲氙灯可以改变细菌菌体形貌和力学性质，使菌体萎缩，增大表面粗糙度、菌体弹性和粘附力。
