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, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.240413
摘要:
针对前表面高反、后表面增透的取样光学元件的性能测试需求，基于光腔衰荡大口径光学元件反射率均匀性测试实验装置，分别从反射膜面入射和增透膜面入射，扫描测量得到该取样光学元件的反射率分布及光学损耗、缺陷高分辨扫描成像；并进一步通过对比分析缺陷分布图，实现取样光学元件反射膜、透射膜以及基片缺陷分类；另外通过建立双通道光腔衰荡实验装置，获取增透膜的剩余反射率分布以及透射膜缺陷类型；实现了大口径取样光学元件光谱和缺陷特性的准确测量。
针对前表面高反、后表面增透的取样光学元件的性能测试需求，基于光腔衰荡大口径光学元件反射率均匀性测试实验装置，分别从反射膜面入射和增透膜面入射，扫描测量得到该取样光学元件的反射率分布及光学损耗、缺陷高分辨扫描成像；并进一步通过对比分析缺陷分布图，实现取样光学元件反射膜、透射膜以及基片缺陷分类；另外通过建立双通道光腔衰荡实验装置，获取增透膜的剩余反射率分布以及透射膜缺陷类型；实现了大口径取样光学元件光谱和缺陷特性的准确测量。
, 最新更新时间 , 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+ 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+ 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。
, 最新更新时间 , 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。
, 最新更新时间 , 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，将对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，将对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。
, 最新更新时间 , 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，本文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，本文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。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.240400
摘要:
为有效解决驱动粒子反应需要的强电磁脉冲功率问题，在压电陶瓷堆脉冲功率源基础上研究了一种新型的基于氢等离子体加载和波粒共振机制的脉冲功率同步放大技术，其放大机理为：一是氢分子成键轨道比反键轨道能量低，在电离过程中会释放内能促进脉冲功率驱动的电离过程高效发生；二是氢原子电离后，电磁场与电离后形成的电子发生波粒共振，电子能量被同步转换为电磁场能量。波粒共振放大后获得更强的电磁脉冲能量，其作用到螺旋电极上可形成球形电磁场，并具有极高的加速梯度，可对氢原子高效电离后产生的大量质子进行近距加速。本文通过实验测试和仿真分析对上述理论进行了有效证明，该项研究有望为强电磁脉冲驱动的小型化、低成本质子发生器奠定基础。
为有效解决驱动粒子反应需要的强电磁脉冲功率问题，在压电陶瓷堆脉冲功率源基础上研究了一种新型的基于氢等离子体加载和波粒共振机制的脉冲功率同步放大技术，其放大机理为：一是氢分子成键轨道比反键轨道能量低，在电离过程中会释放内能促进脉冲功率驱动的电离过程高效发生；二是氢原子电离后，电磁场与电离后形成的电子发生波粒共振，电子能量被同步转换为电磁场能量。波粒共振放大后获得更强的电磁脉冲能量，其作用到螺旋电极上可形成球形电磁场，并具有极高的加速梯度，可对氢原子高效电离后产生的大量质子进行近距加速。本文通过实验测试和仿真分析对上述理论进行了有效证明，该项研究有望为强电磁脉冲驱动的小型化、低成本质子发生器奠定基础。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.240401
摘要:
介绍了一种小型化高通量中子源系统的工作原理、组成与构型，系统性地介绍了开发该型中子源系统所需的压电脉冲功率源技术、核反应设计技术、球形电磁场发生技术、粒子近距加速技术、粒子极化与共振对撞技术。研发了完整的中子源实物系统并对其进行能谱和通量测试，实验中观测到了预期的物理现象，通过在线与离线中子测试方法证明了核反应的发生，测试结果显示直径2 cm、长度为4 cm的新式微型中子源的中子辐射通量达到了1010 n/(cm2·s)水平，属于强中子辐射源。
介绍了一种小型化高通量中子源系统的工作原理、组成与构型，系统性地介绍了开发该型中子源系统所需的压电脉冲功率源技术、核反应设计技术、球形电磁场发生技术、粒子近距加速技术、粒子极化与共振对撞技术。研发了完整的中子源实物系统并对其进行能谱和通量测试，实验中观测到了预期的物理现象，通过在线与离线中子测试方法证明了核反应的发生，测试结果显示直径2 cm、长度为4 cm的新式微型中子源的中子辐射通量达到了1010 n/(cm2·s)水平，属于强中子辐射源。
, 最新更新时间 , 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。
, 最新更新时间 , 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。本文主要阐述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。本文主要阐述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。
, 最新更新时间 , 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。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.240131
摘要:
北京大学拍瓦激光质子加速器针对肿瘤治疗需求，开发激光质子放疗系统，实现质子放射肿瘤治疗。其水平束流线和垂直束流线的公共收集段主要由三台超导螺线管(S1-S3)组成。在降温过程和励磁过程中螺线管内会产生较大的应力，此外超导螺线管采用快脉冲的方式运行，励磁过程中的交流损耗会对螺线管励磁速度和稳定运行有重要影响。以结构最复杂、中心场强为7.8 T、直径120 mm的螺线管S1为研究对象，使用COMSOL Multiphysics软件对超导螺线管进行了多场条件下的应力分析，同时对其由于快速变化的电流所产生的交流损耗进行了模拟计算。随后开展了相应的实验研究，获得了应变随温度变化，给出了电流、磁场、应变三者对应关系的变化曲线。在实验过程中，磁场和应变的测量值与电流的变化之间存在显著的正相关性，应变值小于线圈所受应力的最大限值，验证了超导螺线管设计的合理性。
北京大学拍瓦激光质子加速器针对肿瘤治疗需求，开发激光质子放疗系统，实现质子放射肿瘤治疗。其水平束流线和垂直束流线的公共收集段主要由三台超导螺线管(S1-S3)组成。在降温过程和励磁过程中螺线管内会产生较大的应力，此外超导螺线管采用快脉冲的方式运行，励磁过程中的交流损耗会对螺线管励磁速度和稳定运行有重要影响。以结构最复杂、中心场强为7.8 T、直径120 mm的螺线管S1为研究对象，使用COMSOL Multiphysics软件对超导螺线管进行了多场条件下的应力分析，同时对其由于快速变化的电流所产生的交流损耗进行了模拟计算。随后开展了相应的实验研究，获得了应变随温度变化，给出了电流、磁场、应变三者对应关系的变化曲线。在实验过程中，磁场和应变的测量值与电流的变化之间存在显著的正相关性，应变值小于线圈所受应力的最大限值，验证了超导螺线管设计的合理性。
, 最新更新时间 , 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，极大的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，极大的改善了功放模块的在线可维护性及灵活性。
, 最新更新时间 , 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。
, 最新更新时间 , 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，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，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。
, 最新更新时间 , 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，能够有效地测量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，能够有效地测量HPM源注入馈源喇叭的微波功率，并诊断HPM系统的对接状态。
, 最新更新时间 , 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（1个大气压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（1个大气压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。
, 最新更新时间 , 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，实现了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，大幅度提高了光导开关寿命。
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，实现了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，大幅度提高了光导开关寿命。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.240280
摘要:
为提升绝缘材料真空沿面耐压，提出了一种由微槽与分子自组装膜结合的复合结构，并采用激光微刻蚀、超声清洗、分子自组装等方法，在氧化铝真空绝缘子表面制备了该表面复合结构。作为对比，同时制备了仅有微槽或分子自组装膜的绝缘子。二次电子发射系数测试结果表明，表面微槽结构和表面分子自组装膜都可以降低绝缘子的二次电子发射系数，而他们相结合形成的复合结构能够进一步降低绝缘子的二次电子发射系数；相应的，闪络电压测试结果表明表面微槽结构和表面分子自组装膜都可以提升绝缘子的真空沿面闪络电压，而两者相结合形成的复合结构能够进一步提升闪络电压。该结果证明了复合结构中分子自组装膜和微槽能够对真空沿面闪络的发展进行双重抑制。
为提升绝缘材料真空沿面耐压，提出了一种由微槽与分子自组装膜结合的复合结构，并采用激光微刻蚀、超声清洗、分子自组装等方法，在氧化铝真空绝缘子表面制备了该表面复合结构。作为对比，同时制备了仅有微槽或分子自组装膜的绝缘子。二次电子发射系数测试结果表明，表面微槽结构和表面分子自组装膜都可以降低绝缘子的二次电子发射系数，而他们相结合形成的复合结构能够进一步降低绝缘子的二次电子发射系数；相应的，闪络电压测试结果表明表面微槽结构和表面分子自组装膜都可以提升绝缘子的真空沿面闪络电压，而两者相结合形成的复合结构能够进一步提升闪络电压。该结果证明了复合结构中分子自组装膜和微槽能够对真空沿面闪络的发展进行双重抑制。
, 最新更新时间 , 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。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.240349
摘要:
为了提升基于模拟数字转换（ADC）技术的波形数字化读出系统的性能，提出了一种多通道间失配误差估计校准方法。采用两片国产高速ADC组成并行交替采样（TIADC）系统，采用粒子群算法（PSO）结合梯度下降法（GD）来完成系统通道失配误差估计；利用滤波器方程组和Kaiser窗截断处理得到补偿校准滤波器系数值。该补偿方法可以直接在以现场可编程门阵列（FPGA）为处理芯片的TIADC硬件平台上实现，达成宽带并行交替采样信号的在线重构。实验结果表明，该算法可以有效实现通道失配误差的补偿校准，在Vivado开发软件平台行为级仿真条件下使无杂散动态范围（SFDR）由32.1 dBFS提升到53.1 dBFS，在硬件系统测试时使SFDR提升到60.8 dBFS，且该信号重构方法易在硬件系统实现，不受通道数目的限制。
为了提升基于模拟数字转换（ADC）技术的波形数字化读出系统的性能，提出了一种多通道间失配误差估计校准方法。采用两片国产高速ADC组成并行交替采样（TIADC）系统，采用粒子群算法（PSO）结合梯度下降法（GD）来完成系统通道失配误差估计；利用滤波器方程组和Kaiser窗截断处理得到补偿校准滤波器系数值。该补偿方法可以直接在以现场可编程门阵列（FPGA）为处理芯片的TIADC硬件平台上实现，达成宽带并行交替采样信号的在线重构。实验结果表明，该算法可以有效实现通道失配误差的补偿校准，在Vivado开发软件平台行为级仿真条件下使无杂散动态范围（SFDR）由32.1 dBFS提升到53.1 dBFS，在硬件系统测试时使SFDR提升到60.8 dBFS，且该信号重构方法易在硬件系统实现，不受通道数目的限制。
