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2023, 35: 091013.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230220
2023, 35: 091004.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230258
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doi: 10.11884/HPLPB202335.230117
摘要:
随着粒子加速器对束流的精确控制要求越来越高，对工程控制网的设计与测量提出了更高的要求，详细介绍了高能同步辐射光源（HEPS）工程测量首级地面控制网的布设及测量方案。地面控制网永久点标志布设于粒子加速器建筑隧道内，通过垂直通视孔与架设在线站大厅顶面的仪器铅锤对中，并形成平面互相通视的观测条件，实现了平面测站和坐标的联系传递；高程方向采用水平通视孔及门窗通视的方式实现水准测站和高程坐标的联系传递。由此构成了立体化通视与观测结构，这在国内同步辐射光源建设中有独特之处，有力保证了加速器轨道的精确控制。平面控制网分别采用GNSS控制网和全站仪边角网测量的方案，高程控制网采用室内隧道地面和室外地面水准测量的方案。在加速器隧道设备安装前进行了两次地面控制网测量，数据处理采用平面+高程的模式平差。经过不同测量方案的对比来验证测量过程的正确性，同时对比两次控制网的测量结果来验证可靠性。平均点位标准偏差为2 mm，反映测量成果的精确可靠，满足后续二级隧道控制网测量及设备安装准直需要。HEPS对永久控制点的稳定性提出了很高的要求，通过优化设计和特殊施工，在狭窄隧道空间内成功建设了超高、超细、高稳定的基岩隔空桩，为储存环构成了稳固的三维永久控制点，为长期监测束流轨道的稳定性提供了基准，为后续同步辐射光源建设提供了借鉴。
随着粒子加速器对束流的精确控制要求越来越高，对工程控制网的设计与测量提出了更高的要求，详细介绍了高能同步辐射光源（HEPS）工程测量首级地面控制网的布设及测量方案。地面控制网永久点标志布设于粒子加速器建筑隧道内，通过垂直通视孔与架设在线站大厅顶面的仪器铅锤对中，并形成平面互相通视的观测条件，实现了平面测站和坐标的联系传递；高程方向采用水平通视孔及门窗通视的方式实现水准测站和高程坐标的联系传递。由此构成了立体化通视与观测结构，这在国内同步辐射光源建设中有独特之处，有力保证了加速器轨道的精确控制。平面控制网分别采用GNSS控制网和全站仪边角网测量的方案，高程控制网采用室内隧道地面和室外地面水准测量的方案。在加速器隧道设备安装前进行了两次地面控制网测量，数据处理采用平面+高程的模式平差。经过不同测量方案的对比来验证测量过程的正确性，同时对比两次控制网的测量结果来验证可靠性。平均点位标准偏差为2 mm，反映测量成果的精确可靠，满足后续二级隧道控制网测量及设备安装准直需要。HEPS对永久控制点的稳定性提出了很高的要求，通过优化设计和特殊施工，在狭窄隧道空间内成功建设了超高、超细、高稳定的基岩隔空桩，为储存环构成了稳固的三维永久控制点，为长期监测束流轨道的稳定性提供了基准，为后续同步辐射光源建设提供了借鉴。
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doi: 10.11884/HPLPB202335.230154
摘要:
7075铝合金因其优异的各项性能，作为结构部件，广泛应用于航天领域中。航天器空间环境中存在各种辐射粒子，这些粒子会对航天器材料产生不同程度的辐照损伤，对其可靠性构成了巨大的威胁，甚至会导致航天任务失败。通过选取不同剂量下3 MeV的Fe11+离子辐照7075铝合金，采用XRD、AFM和纳米压痕等测试手段对7075铝合金的辐照损伤进行了研究，分析了辐照前后7075铝合金的微观组织、表面形貌和硬度的变化。结果显示，离子辐照后的7075铝合金未形成新的相，且结构保持完整，表明其具有一定的抗辐照性能。同时，观察表面发现了由级联碰撞演化及表面缺陷扩散导致的山峰状突起，且样品表面粗糙度和突起的分布密度随剂量增加呈先增加后减小的趋势。另外，纳米压痕测试表明，辐照后样品硬度增加，且随剂量增加，硬度逐渐趋于饱和，经分析可知，样品产生辐照硬化是由于辐照缺陷阻碍了位错的滑移导致。
7075铝合金因其优异的各项性能，作为结构部件，广泛应用于航天领域中。航天器空间环境中存在各种辐射粒子，这些粒子会对航天器材料产生不同程度的辐照损伤，对其可靠性构成了巨大的威胁，甚至会导致航天任务失败。通过选取不同剂量下3 MeV的Fe11+离子辐照7075铝合金，采用XRD、AFM和纳米压痕等测试手段对7075铝合金的辐照损伤进行了研究，分析了辐照前后7075铝合金的微观组织、表面形貌和硬度的变化。结果显示，离子辐照后的7075铝合金未形成新的相，且结构保持完整，表明其具有一定的抗辐照性能。同时，观察表面发现了由级联碰撞演化及表面缺陷扩散导致的山峰状突起，且样品表面粗糙度和突起的分布密度随剂量增加呈先增加后减小的趋势。另外，纳米压痕测试表明，辐照后样品硬度增加，且随剂量增加，硬度逐渐趋于饱和，经分析可知，样品产生辐照硬化是由于辐照缺陷阻碍了位错的滑移导致。
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doi: 10.11884/HPLPB202335.230149
摘要:
根据地面中子探测与宇宙线环境之间的关联性，在太阳活动平静期以GOES系列卫星及全球各个中子探测站的探测数据构建数据集。基于极端梯度提升决策树（XGBoost）和人工神经网络建立了由地面中子探测数据反演宇宙线质子环境的模型。模型采用遗传算法求解模型的最优超参数并对神经网络的各个神经元参数进行训练，实现了宇宙线质子环境在太阳活动平静期的反演，模型训练的均方差MSE为0.499，对测试集的平均反演误差分别为26.9%，对比航天常用的辐射环境模型误差通常在200%以内，提高显著。同时使用包括SVR、BP、LSTM在内的多种其他机器学习算法进行了对比，结果表明本文所建立的模型具有训练时间短、计算速度快、占用资源小的优点。
根据地面中子探测与宇宙线环境之间的关联性，在太阳活动平静期以GOES系列卫星及全球各个中子探测站的探测数据构建数据集。基于极端梯度提升决策树（XGBoost）和人工神经网络建立了由地面中子探测数据反演宇宙线质子环境的模型。模型采用遗传算法求解模型的最优超参数并对神经网络的各个神经元参数进行训练，实现了宇宙线质子环境在太阳活动平静期的反演，模型训练的均方差MSE为0.499，对测试集的平均反演误差分别为26.9%，对比航天常用的辐射环境模型误差通常在200%以内，提高显著。同时使用包括SVR、BP、LSTM在内的多种其他机器学习算法进行了对比，结果表明本文所建立的模型具有训练时间短、计算速度快、占用资源小的优点。
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doi: 10.11884/HPLPB202335.230211
摘要:
电磁发射的能力主要取决于脉冲功率电源系统，脉冲功率电源的优化是电磁发射技术取得进一步突破的关键技术之一。电感储能型脉冲功率电源在能量密度方面有很大优势，具备深远的发展潜力。基于串联充电和并联放电的XRAM型脉冲功率电源具有结构简单、可扩展性强的优点。分析了多级XRAM电源拓扑结构中二极管器件的工作原理，按照功能分类，提出了简化二极管器件数量的方案。建立了基于ICCOS的30级XRAM型脉冲功率电源带轨道炮负载的仿真模型，每5级为一个电源模块，系统总储能为365 kJ，发射效率近20%。通过对比简化前后模型性能指标的仿真结果，证明了简化第一级的下臂二极管不利于多级电源的运行。简化多级拓扑中的最后一级逆流电容串联二极管，以及在优化逆流电容参数的前提下简化充电晶闸管的反并二极管，对电源模块的放电电流没有明显影响。
电磁发射的能力主要取决于脉冲功率电源系统，脉冲功率电源的优化是电磁发射技术取得进一步突破的关键技术之一。电感储能型脉冲功率电源在能量密度方面有很大优势，具备深远的发展潜力。基于串联充电和并联放电的XRAM型脉冲功率电源具有结构简单、可扩展性强的优点。分析了多级XRAM电源拓扑结构中二极管器件的工作原理，按照功能分类，提出了简化二极管器件数量的方案。建立了基于ICCOS的30级XRAM型脉冲功率电源带轨道炮负载的仿真模型，每5级为一个电源模块，系统总储能为365 kJ，发射效率近20%。通过对比简化前后模型性能指标的仿真结果，证明了简化第一级的下臂二极管不利于多级电源的运行。简化多级拓扑中的最后一级逆流电容串联二极管，以及在优化逆流电容参数的前提下简化充电晶闸管的反并二极管，对电源模块的放电电流没有明显影响。
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doi: 10.11884/HPLPB202335.230171
摘要:
随着航空航天技术的不断发展，航天器对于霍尔电推进功率处理单元(PPU)的需求不断提高，高增益、大功率以及高效的PPU成为研究的主流方向。LLC拓扑能够在全负载范围内实现软开关，因此在PPU阳极电源中具有广阔的应用前景。原边LLC因其原副边增益特性，给阳极电源高增益变换器的谐振电感设计带来极大的挑战。针对上述问题，提出了一种改进的副边LLC谐振拓扑，在保留原边LLC谐振电路软开关特性的同时，有效解决了谐振电感设计问题，使得PPU阳极电源具备高增益的性能。首先利用时域分析法建立了副边LLC拓扑数学模型，其次在模型的基础上给出其峰值增益的计算方法，最后通过一台样机验证了所建模型的正确性并验证了副边LLC电路的有效性。
随着航空航天技术的不断发展，航天器对于霍尔电推进功率处理单元(PPU)的需求不断提高，高增益、大功率以及高效的PPU成为研究的主流方向。LLC拓扑能够在全负载范围内实现软开关，因此在PPU阳极电源中具有广阔的应用前景。原边LLC因其原副边增益特性，给阳极电源高增益变换器的谐振电感设计带来极大的挑战。针对上述问题，提出了一种改进的副边LLC谐振拓扑，在保留原边LLC谐振电路软开关特性的同时，有效解决了谐振电感设计问题，使得PPU阳极电源具备高增益的性能。首先利用时域分析法建立了副边LLC拓扑数学模型，其次在模型的基础上给出其峰值增益的计算方法，最后通过一台样机验证了所建模型的正确性并验证了副边LLC电路的有效性。
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doi: 10.11884/HPLPB202335.230173
摘要:
介质阻挡放电 (DBD) 在工业中得到广泛应用，但效率限制了它的进一步应用。提出了一种DBD结构和针板结构相结合的三电极结构。将正极性脉冲电源施加在DBD电极上，负极性脉冲电源施加到针板电极上。分析了不同结构下三电极DBD的放电特性、现象和光谱强度。结果表明，三电极结构更加有利于DBD放电通道的产生，其放电均匀性、发光强度均强于双电极DBD，特别是在丝网接地电极条件下，放电更加强烈。当三种电极结构正极性电压维持在11 kV，负极性电压为-5 kV时，丝网接地三电极中DBD的放电电流峰值达到1.54 A，而实心接地三电极和传统双电极中DBD的放电电流峰值为1.14 A和0.74 A。在负极性脉冲维持期间，针网间隙处于击穿状态，DBD放电出现很大的放电电流。在三电极结构中，随着施加在针板上负极性电压的升高也使三电极DBD放电更加强烈。不同结构下的DBD的放电光谱表明在丝网接地时三电极DBD激发粒子的光谱强度最强。这一趋势与DBD放电电流和功率一致。
介质阻挡放电 (DBD) 在工业中得到广泛应用，但效率限制了它的进一步应用。提出了一种DBD结构和针板结构相结合的三电极结构。将正极性脉冲电源施加在DBD电极上，负极性脉冲电源施加到针板电极上。分析了不同结构下三电极DBD的放电特性、现象和光谱强度。结果表明，三电极结构更加有利于DBD放电通道的产生，其放电均匀性、发光强度均强于双电极DBD，特别是在丝网接地电极条件下，放电更加强烈。当三种电极结构正极性电压维持在11 kV，负极性电压为-5 kV时，丝网接地三电极中DBD的放电电流峰值达到1.54 A，而实心接地三电极和传统双电极中DBD的放电电流峰值为1.14 A和0.74 A。在负极性脉冲维持期间，针网间隙处于击穿状态，DBD放电出现很大的放电电流。在三电极结构中，随着施加在针板上负极性电压的升高也使三电极DBD放电更加强烈。不同结构下的DBD的放电光谱表明在丝网接地时三电极DBD激发粒子的光谱强度最强。这一趋势与DBD放电电流和功率一致。
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doi: 10.11884/HPLPB202335.220311
摘要:
The cyclotron is designed as the injector of the Heavy Ion Medical Machines (HIMMs) in Wuwei city and Lanzhou city, China. It provides 10 µA carbon ion beams to fulfill the accumulation requirement in the following synchrotron. Four picoammeters acquire the beam current signals gathered by the radial detectors; meanwhile, the beam time structure is measured with Field Programmable Gate Arrays and a real-time operating system. This paper introduces the mechanical design of the radial detectors and further provides the thermal structure analysis result of probe tips with and without water cooling. Moreover, the hardware and software architecture of the control system for this detector is described, including the motion control and data acquisition system, which can implement beam current data and position simultaneous acquisition at more than 10 kS/s. At last, the laboratory test and acceptance scheme of both mechanical and control systems are listed, and the beam current and turn pattern measurement results at HIMMs are presented in this paper.
The cyclotron is designed as the injector of the Heavy Ion Medical Machines (HIMMs) in Wuwei city and Lanzhou city, China. It provides 10 µA carbon ion beams to fulfill the accumulation requirement in the following synchrotron. Four picoammeters acquire the beam current signals gathered by the radial detectors; meanwhile, the beam time structure is measured with Field Programmable Gate Arrays and a real-time operating system. This paper introduces the mechanical design of the radial detectors and further provides the thermal structure analysis result of probe tips with and without water cooling. Moreover, the hardware and software architecture of the control system for this detector is described, including the motion control and data acquisition system, which can implement beam current data and position simultaneous acquisition at more than 10 kS/s. At last, the laboratory test and acceptance scheme of both mechanical and control systems are listed, and the beam current and turn pattern measurement results at HIMMs are presented in this paper.
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doi: 10.11884/HPLPB202335.230123
摘要:
基于TCAD数值仿真软件，建立了异面结构砷化镓光导开关（GaAs PCSS）的二维数值计算模型，研究了触发区域宽度对GaAs PCSS输出特性影响。首先分析了PCSS的瞬态导通特性，结果表明，急剧增加的载流子浓度与快速演化的空间电离畴使PCSS工作在超快速导通模式。基于此，研究了触发区域宽度对PCSS输出特性影响，结果表明，宽度变大会促进载流子密度急剧倍增和雪崩电离畴的快速演化，缩短PCSS的延迟时间和导通时间。研究分析了不同触发位置对延迟时间与导通时间影响，结果表明，阴极触发的延迟时间明显低于阳极触发，而导通时间受触发位置的影响不显著。
基于TCAD数值仿真软件，建立了异面结构砷化镓光导开关（GaAs PCSS）的二维数值计算模型，研究了触发区域宽度对GaAs PCSS输出特性影响。首先分析了PCSS的瞬态导通特性，结果表明，急剧增加的载流子浓度与快速演化的空间电离畴使PCSS工作在超快速导通模式。基于此，研究了触发区域宽度对PCSS输出特性影响，结果表明，宽度变大会促进载流子密度急剧倍增和雪崩电离畴的快速演化，缩短PCSS的延迟时间和导通时间。研究分析了不同触发位置对延迟时间与导通时间影响，结果表明，阴极触发的延迟时间明显低于阳极触发，而导通时间受触发位置的影响不显著。
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doi: 10.11884/HPLPB202335.230148
摘要:
提出用P型开关作为充电管、N型开关作为放电管串联形成半桥结构，将其门极也短接，以同一个信号同时驱动充电管和放电管。再利用共原边的串心磁环驱动方案，只需1个半桥电路就可以从原边同时传递驱动功率和信号，同步驱动所有充电管和放电管，大幅简化了脉冲电源结构和尺寸，降低了成本。并以此搭建了24级固态Marx发生器，在10 kΩ阻性负载上，获得了10 kV、1 kHz、5 μs的高压方波脉冲，验证了方案的可行性，且该电源主电路的尺寸仅有20 cm（长）×13 cm（宽）×5.5 cm（高）。
提出用P型开关作为充电管、N型开关作为放电管串联形成半桥结构，将其门极也短接，以同一个信号同时驱动充电管和放电管。再利用共原边的串心磁环驱动方案，只需1个半桥电路就可以从原边同时传递驱动功率和信号，同步驱动所有充电管和放电管，大幅简化了脉冲电源结构和尺寸，降低了成本。并以此搭建了24级固态Marx发生器，在10 kΩ阻性负载上，获得了10 kV、1 kHz、5 μs的高压方波脉冲，验证了方案的可行性，且该电源主电路的尺寸仅有20 cm（长）×13 cm（宽）×5.5 cm（高）。
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doi: 10.11884/HPLPB202335.230186
摘要:
随着移动通信、物联网、车联网、工业互联网等网络的发展，电磁环境日益复杂，非法电子设备也日渐增多，各类信号耦合互调现象严重，这给泄漏信号类型识别带来了难题。提出基于融合特征的泄漏信号分类识别方法，综合运用高维度特征提取方法和图形化降维表征方法，结合残差网络等深度学习模型与特征融合分析方法，能够更综合地区分多类电磁泄漏信号，特征抗噪声鲁棒性高，方法可解释性好，可支撑基于电磁信号类型识别的辐射源智能检测工程应用。
随着移动通信、物联网、车联网、工业互联网等网络的发展，电磁环境日益复杂，非法电子设备也日渐增多，各类信号耦合互调现象严重，这给泄漏信号类型识别带来了难题。提出基于融合特征的泄漏信号分类识别方法，综合运用高维度特征提取方法和图形化降维表征方法，结合残差网络等深度学习模型与特征融合分析方法，能够更综合地区分多类电磁泄漏信号，特征抗噪声鲁棒性高，方法可解释性好，可支撑基于电磁信号类型识别的辐射源智能检测工程应用。
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doi: 10.11884/HPLPB202335.230155
摘要:
电源中的磁性元件对外部磁场天然敏感，其工作特性直接影响电源的输出特性。实现背景磁场的建模是研究电源中磁性元件受强杂散磁场干扰问题的重要前提，但目前关注这一应用场景的相关研究较少，且常用的电磁场分析方法难以兼顾计算的精度和效率。基于等效磁路网络法提出了一种杂散磁场效应的分析方法，该法将研究对象等效生成磁路单元，离散形成网络模型，并通过求解等效磁路系统方程得到模型的场量分布。以一款具体的环形铁氧体磁芯为例，利用等效磁路网络法计算了环形磁芯在直流激励和均匀正交磁场下的场量分布，分析了背景磁场对其等效电感的影响。通过对比等效磁路网络法与有限元法的计算结果，验证了所提分析方法的准确性与高效性，表明了该方法适用于电源受背景磁场干扰问题的分析。
电源中的磁性元件对外部磁场天然敏感，其工作特性直接影响电源的输出特性。实现背景磁场的建模是研究电源中磁性元件受强杂散磁场干扰问题的重要前提，但目前关注这一应用场景的相关研究较少，且常用的电磁场分析方法难以兼顾计算的精度和效率。基于等效磁路网络法提出了一种杂散磁场效应的分析方法，该法将研究对象等效生成磁路单元，离散形成网络模型，并通过求解等效磁路系统方程得到模型的场量分布。以一款具体的环形铁氧体磁芯为例，利用等效磁路网络法计算了环形磁芯在直流激励和均匀正交磁场下的场量分布，分析了背景磁场对其等效电感的影响。通过对比等效磁路网络法与有限元法的计算结果，验证了所提分析方法的准确性与高效性，表明了该方法适用于电源受背景磁场干扰问题的分析。
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doi: 10.11884/HPLPB202335.230166
摘要:
柱矢量光束因其独特的偏振分布特性而在光镊、高分辨率成像、遥感、等离子体聚焦等领域发挥着重要作用。为实现全光纤高功率柱矢量MOPA激光器，采用自主设计基于集成超表面的模式转换光纤器件，进行了理论分析与实验验证。自主设计集成超表面的模式转换光纤器件可直接稳定输出数瓦功率的径向偏振柱矢量种子光，且输出模式纯度可达95%以上。实验中通过降低弯曲损耗并对模式进行控制，获得了单级放大输出功率为52.2 W的径向偏振柱矢量光稳定输出，且模式光场分布在输出功率增加过程中并未出现明显变化。为进一步分析输出的模式特性，采用旋转检偏器的方法检测输出光的偏振特性及偏振纯度，并利用非相干模式叠加方法计算了输出的径向偏振柱矢量光的模式纯度。结果表明，集成超表面模式转换的全光纤柱矢量MOPA激光器在最大输出功率情况下，输出光的偏振纯度约为95.2%，模式纯度约为94%，验证了该全光纤方案的可行性。
柱矢量光束因其独特的偏振分布特性而在光镊、高分辨率成像、遥感、等离子体聚焦等领域发挥着重要作用。为实现全光纤高功率柱矢量MOPA激光器，采用自主设计基于集成超表面的模式转换光纤器件，进行了理论分析与实验验证。自主设计集成超表面的模式转换光纤器件可直接稳定输出数瓦功率的径向偏振柱矢量种子光，且输出模式纯度可达95%以上。实验中通过降低弯曲损耗并对模式进行控制，获得了单级放大输出功率为52.2 W的径向偏振柱矢量光稳定输出，且模式光场分布在输出功率增加过程中并未出现明显变化。为进一步分析输出的模式特性，采用旋转检偏器的方法检测输出光的偏振特性及偏振纯度，并利用非相干模式叠加方法计算了输出的径向偏振柱矢量光的模式纯度。结果表明，集成超表面模式转换的全光纤柱矢量MOPA激光器在最大输出功率情况下，输出光的偏振纯度约为95.2%，模式纯度约为94%，验证了该全光纤方案的可行性。
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doi: 10.11884/HPLPB202335.230111
摘要:
完美涡旋（POV）光束具有光束半径与拓扑荷数无关的特点，与其他涡旋光束相比具有更加稳定的空间强度分布特性。利用多相位屏法和傅里叶变换法，分析了POV光束在大气湍流中的斜程传输特性。采用光束漂移和孔径评价闪烁指数作为大气湍流影响光束质量的评价参数，对比了POV光束与高斯涡旋光束在相同传输条件下的光束质量。结果表明：相比于高斯涡旋光束，POV光束的光束稳定性更好。当拓扑荷数增大或天顶角减小时，POV光束抵抗大气湍流的能力增强。在不改变POV光束拓扑荷数的前提下增大其光束半径，也能提高POV光束对大气湍流的抵抗能力。
完美涡旋（POV）光束具有光束半径与拓扑荷数无关的特点，与其他涡旋光束相比具有更加稳定的空间强度分布特性。利用多相位屏法和傅里叶变换法，分析了POV光束在大气湍流中的斜程传输特性。采用光束漂移和孔径评价闪烁指数作为大气湍流影响光束质量的评价参数，对比了POV光束与高斯涡旋光束在相同传输条件下的光束质量。结果表明：相比于高斯涡旋光束，POV光束的光束稳定性更好。当拓扑荷数增大或天顶角减小时，POV光束抵抗大气湍流的能力增强。在不改变POV光束拓扑荷数的前提下增大其光束半径，也能提高POV光束对大气湍流的抵抗能力。
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doi: 10.11884/HPLPB202335.230146
摘要:
惯性约束聚变（ICF）中的瑞利-泰勒不稳定性（RTI）研究需要基于多种结构的调制靶，针对目前调制靶制备的工艺问题，采用双光子3D打印工艺制备了平面调制、平面复合调制及球壳型调制三种典型结构的调制靶，靶材料为光敏树脂（95%：C23H38N2O8，5%：C4H6O2）。采用激光共聚焦显微成像分析了三种调制靶的实际结构参数，三种靶型的实测形貌及其参数与设计结构及参数具有良好匹配度。为进一步验证双光子3D打印新型工艺制备调制靶的可行性，实验团队在“神光Ⅱ”高功率激光实验装置上进行了纳秒激光打靶实验，结果显示靶表面的调制在激光直接驱动下受RTI的作用随时间呈增长趋势，初始峰谷值为4 μm的调制在激光驱动2.5 ns后形成了长度达100 μm的高密度射流，表明基于高精度3D打印工艺制备结构复杂的调制靶用于RTI研究具有较高可行性。
惯性约束聚变（ICF）中的瑞利-泰勒不稳定性（RTI）研究需要基于多种结构的调制靶，针对目前调制靶制备的工艺问题，采用双光子3D打印工艺制备了平面调制、平面复合调制及球壳型调制三种典型结构的调制靶，靶材料为光敏树脂（95%：C23H38N2O8，5%：C4H6O2）。采用激光共聚焦显微成像分析了三种调制靶的实际结构参数，三种靶型的实测形貌及其参数与设计结构及参数具有良好匹配度。为进一步验证双光子3D打印新型工艺制备调制靶的可行性，实验团队在“神光Ⅱ”高功率激光实验装置上进行了纳秒激光打靶实验，结果显示靶表面的调制在激光直接驱动下受RTI的作用随时间呈增长趋势，初始峰谷值为4 μm的调制在激光驱动2.5 ns后形成了长度达100 μm的高密度射流，表明基于高精度3D打印工艺制备结构复杂的调制靶用于RTI研究具有较高可行性。
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doi: 10.11884/HPLPB202335.230231
摘要:
综合考虑地磁场、高能质子的相对论效应以及同步辐射的影响，建立了质子在空间传输的单粒子运动模型。基于该模型，提出利用贝叶斯优化方法，实现给定质子能量下，质子从空间初始点传输到目标点的精确控制方法，获得了出射方向随出射位置的变化规律，当位置径向角取0°和180°时，位置轴向角的取值不会改变粒子的最优出射方向。研究结果为质子束在空间环境中的长程传输提供理论支撑。
综合考虑地磁场、高能质子的相对论效应以及同步辐射的影响，建立了质子在空间传输的单粒子运动模型。基于该模型，提出利用贝叶斯优化方法，实现给定质子能量下，质子从空间初始点传输到目标点的精确控制方法，获得了出射方向随出射位置的变化规律，当位置径向角取0°和180°时，位置轴向角的取值不会改变粒子的最优出射方向。研究结果为质子束在空间环境中的长程传输提供理论支撑。
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doi: 10.11884/HPLPB202335.230216
摘要:
设计实现了一种宽带双频双圆极化的毫米波单馈天线，天线同时在n257（26.5～29.5 GHz）、n260（37.0～40.0 GHz）波段工作。与传统的圆极化天线相比，天线采用上下堆叠的不规则贴片实现了双频双圆极化，提高了信号收发隔离度；通过增加弯曲的寄生贴片，天线拓展了圆极化轴比带宽；金属边框上的矩形缝隙用来改善天线增益和带宽。测试结果表明，天线低频和高频的相对阻抗（<−10 dB）带宽分别达到20.4%和17.0%，相对轴比（<3 dB）带宽分别达到14.9%和11.4%。天线带宽覆盖n257、n260波段，可以用于5G移动设备与低轨卫星的通信。
设计实现了一种宽带双频双圆极化的毫米波单馈天线，天线同时在n257（26.5～29.5 GHz）、n260（37.0～40.0 GHz）波段工作。与传统的圆极化天线相比，天线采用上下堆叠的不规则贴片实现了双频双圆极化，提高了信号收发隔离度；通过增加弯曲的寄生贴片，天线拓展了圆极化轴比带宽；金属边框上的矩形缝隙用来改善天线增益和带宽。测试结果表明，天线低频和高频的相对阻抗（<−10 dB）带宽分别达到20.4%和17.0%，相对轴比（<3 dB）带宽分别达到14.9%和11.4%。天线带宽覆盖n257、n260波段，可以用于5G移动设备与低轨卫星的通信。
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doi: 10.11884/HPLPB202335.230224
摘要:
设计实现了一款C/X双频双圆极化共口径微带天线，在C/X频段均能以双圆极化方式工作，有效提高了天线的口径利用率。采用寄生结构和L型探针耦合馈电拓展了天线的阻抗带宽；以嵌套方式将X波段天线置于C波段天线的间隙处实现了共口径设计；通过对称反相馈电技术实现了良好的交叉极化比。测试结果表明，C波段的阻抗带宽和3 dB轴比带宽分别大于23%和17%；X波段的阻抗带宽和3 dB轴比带宽分别大于28%和18%；测试频点处的交叉极化比均大于25 dB。
设计实现了一款C/X双频双圆极化共口径微带天线，在C/X频段均能以双圆极化方式工作，有效提高了天线的口径利用率。采用寄生结构和L型探针耦合馈电拓展了天线的阻抗带宽；以嵌套方式将X波段天线置于C波段天线的间隙处实现了共口径设计；通过对称反相馈电技术实现了良好的交叉极化比。测试结果表明，C波段的阻抗带宽和3 dB轴比带宽分别大于23%和17%；X波段的阻抗带宽和3 dB轴比带宽分别大于28%和18%；测试频点处的交叉极化比均大于25 dB。
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doi: 10.11884/HPLPB202335.230225
摘要:
强激光加载下金属材料产生的微喷射现象及其内在的机理分析是冲击压缩科学与工程领域研究的前沿问题，相关研究对于认识材料在极端载荷条件下的动力学行为具有重要意义。近年来国内外科学家们基于各大激光装置开展了大量微喷射诊断实验研究，在喷射物性质、金属界面不稳定性增长以及微喷混合问题等方面取得了一系列重要进展。通过回顾微喷静态和动态诊断实验的研究历程，对微喷诊断实验研究方法的重要应用作了详细介绍，同时对微喷产生的主要作用机制、影响因素以及微喷混合等问题进行回顾、梳理和总结。根据当前国内外微喷诊断实验发展趋势，归纳总结目前微喷诊断实验研究结果中仍存在的不足，并对微喷射实验研究未来发展方向进行展望。
强激光加载下金属材料产生的微喷射现象及其内在的机理分析是冲击压缩科学与工程领域研究的前沿问题，相关研究对于认识材料在极端载荷条件下的动力学行为具有重要意义。近年来国内外科学家们基于各大激光装置开展了大量微喷射诊断实验研究，在喷射物性质、金属界面不稳定性增长以及微喷混合问题等方面取得了一系列重要进展。通过回顾微喷静态和动态诊断实验的研究历程，对微喷诊断实验研究方法的重要应用作了详细介绍，同时对微喷产生的主要作用机制、影响因素以及微喷混合等问题进行回顾、梳理和总结。根据当前国内外微喷诊断实验发展趋势，归纳总结目前微喷诊断实验研究结果中仍存在的不足，并对微喷射实验研究未来发展方向进行展望。
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doi: 10.11884/HPLPB202335.230115
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介绍了真空通道应力补偿结构的基本工作原理；研究了大温差环境下，激光束长距离真空传输通道的真空负压应力和热胀冷缩应力的自适应补偿技术和光学舱结构变形抑制技术；在整个光学系统上，开展了现场安装调试和真空负压应力考核，并进行环境温差变化情况下的光路传输稳定性试验验证。试验结果表明：解决了超长激光束真空传输通道在真空负压和大温差环境下的真空负压应力和热胀冷缩应力的自适应补偿问题和光学舱结构变形抑制问题；实现了传输通道真空负压应力自动平衡；消除了真空负压应力造成的光束漂移；实现了大温差环境下的真空负压通道结构热胀冷缩应力的自由释放；达到了光路长时间保持稳定的实际效果。
介绍了真空通道应力补偿结构的基本工作原理；研究了大温差环境下，激光束长距离真空传输通道的真空负压应力和热胀冷缩应力的自适应补偿技术和光学舱结构变形抑制技术；在整个光学系统上，开展了现场安装调试和真空负压应力考核，并进行环境温差变化情况下的光路传输稳定性试验验证。试验结果表明：解决了超长激光束真空传输通道在真空负压和大温差环境下的真空负压应力和热胀冷缩应力的自适应补偿问题和光学舱结构变形抑制问题；实现了传输通道真空负压应力自动平衡；消除了真空负压应力造成的光束漂移；实现了大温差环境下的真空负压通道结构热胀冷缩应力的自由释放；达到了光路长时间保持稳定的实际效果。
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doi: 10.11884/HPLPB202335.230153
摘要:
为了评估钛酸锂电池在脉冲高能激光系统中的适用性，主要基于储能介质的放电能力和安全性应用特点，概述了脉冲高能激光系统对初级储能装置的需求条件，通过类比和理论计算分析了常用储能介质的适用性，并通过放电性能试验和安全性试验验证了钛酸锂电池的工程应用可行性。结果表明，钛酸锂电池具备较高的放电能力和很高的安全性，能够满足脉冲高能激光系统的应用需求，具备推广条件。
为了评估钛酸锂电池在脉冲高能激光系统中的适用性，主要基于储能介质的放电能力和安全性应用特点，概述了脉冲高能激光系统对初级储能装置的需求条件，通过类比和理论计算分析了常用储能介质的适用性，并通过放电性能试验和安全性试验验证了钛酸锂电池的工程应用可行性。结果表明，钛酸锂电池具备较高的放电能力和很高的安全性，能够满足脉冲高能激光系统的应用需求，具备推广条件。
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doi: 10.11884/HPLPB202335.220410
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介绍了时空锁模的基本原理和时空锁模的理论模型——吸引子解剖。从空间结构和全光纤结构两方面介绍了近年来国内外在时空锁模光纤激光器方面的研究进展，包括激光腔型的改进、输出性能的提升和实时动力学的观测等。最后分析了目前时空锁模激光器的优势和不足，并对其发展方向进行了展望：时空锁模激光器在产生高功率超短脉冲方面有着巨大的优势，但输出光斑质量差在一定程度上限制了它的实际应用；利用时空自相似演化、波前整形等技术提升光束质量将是未来时空锁模激光器的发展方向。
介绍了时空锁模的基本原理和时空锁模的理论模型——吸引子解剖。从空间结构和全光纤结构两方面介绍了近年来国内外在时空锁模光纤激光器方面的研究进展，包括激光腔型的改进、输出性能的提升和实时动力学的观测等。最后分析了目前时空锁模激光器的优势和不足，并对其发展方向进行了展望：时空锁模激光器在产生高功率超短脉冲方面有着巨大的优势，但输出光斑质量差在一定程度上限制了它的实际应用；利用时空自相似演化、波前整形等技术提升光束质量将是未来时空锁模激光器的发展方向。
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doi: 10.11884/HPLPB202335.230192
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介绍了大功率高效率功率放大器（功放）在实际设计时面临的晶体管寄生效应问题，并通过引入晶体管封装寄生模型对本征端阻抗进行等效迁移，进而提高了输出匹配网络设计的便捷性。提出一种基于紧凑型微带谐振单元的电路设计方法及其传输线拓扑结构，其中，紧凑型微带谐振单元的作用是提供功放在三次谐波所需的开路点，从而通过调谐传输线满足相应阻抗条件。其优点还包括：基波频率下插入损耗低、效率高；实际物理尺寸小，可满足小型化需求。为了更好地验证上述理论，基于10 W GaN HEMT CGH40010F晶体管和大功率高效率E/F开关类功放在2.2 GHz的工作频率下进行了具体的电路设计。仿真结果表明，该款功放的最大功率附加效率可达78.4%，最大输出功率可达40.1 dBm，功率增益为12.1 dB。
介绍了大功率高效率功率放大器（功放）在实际设计时面临的晶体管寄生效应问题，并通过引入晶体管封装寄生模型对本征端阻抗进行等效迁移，进而提高了输出匹配网络设计的便捷性。提出一种基于紧凑型微带谐振单元的电路设计方法及其传输线拓扑结构，其中，紧凑型微带谐振单元的作用是提供功放在三次谐波所需的开路点，从而通过调谐传输线满足相应阻抗条件。其优点还包括：基波频率下插入损耗低、效率高；实际物理尺寸小，可满足小型化需求。为了更好地验证上述理论，基于10 W GaN HEMT CGH40010F晶体管和大功率高效率E/F开关类功放在2.2 GHz的工作频率下进行了具体的电路设计。仿真结果表明，该款功放的最大功率附加效率可达78.4%，最大输出功率可达40.1 dBm，功率增益为12.1 dB。
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doi: 10.11884/HPLPB202335.230139
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提出了一种新型高功率微波宽带紧耦合偶极子阵列天线。在常规的紧耦合偶极子阵列天线的基础上，该阵列天线通过采用全金属结构设计、天线匹配层和密封层一体化设计以及调节天线结构的手段，获得了宽带高功率性能。仿真结果显示，在0.8～4.0 GHz的范围内，天线未扫描时的驻波比小于2；在16 mm×32 mm单元尺寸内和1个大气压的SF6气体中，功率容量达到0.12 MW；以该单元天线组成10×10阵列，100个单元总尺寸仅为160 mm×320 mm，在1个大气压的SF6气体中，功率容量可以达到12 MW，另外，该天线可实现45°的宽角扫描。该阵列天线的提出为实现高功率微波宽带天线的宽频带、大角度扫描、紧凑化、小型化以及低剖面化提供了参考。
提出了一种新型高功率微波宽带紧耦合偶极子阵列天线。在常规的紧耦合偶极子阵列天线的基础上，该阵列天线通过采用全金属结构设计、天线匹配层和密封层一体化设计以及调节天线结构的手段，获得了宽带高功率性能。仿真结果显示，在0.8～4.0 GHz的范围内，天线未扫描时的驻波比小于2；在16 mm×32 mm单元尺寸内和1个大气压的SF6气体中，功率容量达到0.12 MW；以该单元天线组成10×10阵列，100个单元总尺寸仅为160 mm×320 mm，在1个大气压的SF6气体中，功率容量可以达到12 MW，另外，该天线可实现45°的宽角扫描。该阵列天线的提出为实现高功率微波宽带天线的宽频带、大角度扫描、紧凑化、小型化以及低剖面化提供了参考。
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doi: 10.11884/HPLPB202335.230132
摘要:
对高密度差多层球壳结构件进行双能CT检测，需要研究同时基于高低能射线两套投影数据的图像重建方法。先分别重建再进行图像融合的方法，不能充分利用两种能量射线投影的互补信息，重建图像质量不高。针对高密度差多层球壳结构特征，通过设计限定投影扫描方式获取区域分布明确的高、低能射线投影正弦图，基于正弦图区域分割重组和交集数据等值化一致性处理实现双能投影数据融合，在此基础上完成图像重建。根据以上设计归纳出基于投影融合的多层球壳双能CT重建算法，仿真结果表明算法可行，且重建结果明显好于基于图像融合的方法。
对高密度差多层球壳结构件进行双能CT检测，需要研究同时基于高低能射线两套投影数据的图像重建方法。先分别重建再进行图像融合的方法，不能充分利用两种能量射线投影的互补信息，重建图像质量不高。针对高密度差多层球壳结构特征，通过设计限定投影扫描方式获取区域分布明确的高、低能射线投影正弦图，基于正弦图区域分割重组和交集数据等值化一致性处理实现双能投影数据融合，在此基础上完成图像重建。根据以上设计归纳出基于投影融合的多层球壳双能CT重建算法，仿真结果表明算法可行，且重建结果明显好于基于图像融合的方法。
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doi: 10.11884/HPLPB202335.230063
摘要:
针对激光雷达探测中复杂目标姿态获取困难、目标与光斑真实耦合情况难获取等问题，提出了一种基于GPU编程的激光束照射复杂目标图像实时生成新方法。基于现代图形硬件的GPU编程技术和帧缓存对象特性，该算法以每个平面光源矩阵为观察者，在光源空间坐标系中渲染当前场景并将渲染结果记录到内存纹理中，然后在世界坐标中将光源观察到的结果复原和映射到模型上，可以实现实时映射渲染。采用深度缓存原理、纹理映射原理和OSG文件读写插件，即可正确获取模型每个三角面片顶点上的光源辐照度、顶点位置及面片法线等信息。经测试，该算法普适性强、能够读取多种格式三维文件，适应于均匀或非均匀面光源，对系统图形硬件的要求很低，能够满足两个面光源准实时计算性需求，可以准实时得到模型被照射面片所属部件、被照射三角面片顶点、法线信息以及三角面片顶点接收到的辐照强度值。该算法可为激光照明、识别探测等提供参考和依据。
针对激光雷达探测中复杂目标姿态获取困难、目标与光斑真实耦合情况难获取等问题，提出了一种基于GPU编程的激光束照射复杂目标图像实时生成新方法。基于现代图形硬件的GPU编程技术和帧缓存对象特性，该算法以每个平面光源矩阵为观察者，在光源空间坐标系中渲染当前场景并将渲染结果记录到内存纹理中，然后在世界坐标中将光源观察到的结果复原和映射到模型上，可以实现实时映射渲染。采用深度缓存原理、纹理映射原理和OSG文件读写插件，即可正确获取模型每个三角面片顶点上的光源辐照度、顶点位置及面片法线等信息。经测试，该算法普适性强、能够读取多种格式三维文件，适应于均匀或非均匀面光源，对系统图形硬件的要求很低，能够满足两个面光源准实时计算性需求，可以准实时得到模型被照射面片所属部件、被照射三角面片顶点、法线信息以及三角面片顶点接收到的辐照强度值。该算法可为激光照明、识别探测等提供参考和依据。
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doi: 10.11884/HPLPB202335.230068
摘要:
加速器技术的发展，对注入引出系统的kicker脉冲电源提出了新的技术要求。注入引出系统冲击磁铁不仅要求脉冲电压高，底宽达到ns量级，还对波形的稳定性和前后残余电压有很高要求。漂移阶跃恢复二极管（DSRD）因其速度快、工作电流大等优点，在ns级脉冲电源中应用前景广泛，但其工作过程中会存在预脉冲等使脉冲波形偏离理想形态的因素。基于一种已有的DSRD脉冲电源，使用非线性传输线对脉冲进行整形，同时对脉冲的前后边沿进行锐化，缩短脉冲边沿的时间，大幅减小脉冲前后的残余电压，提高电源的性能。完成了一台电源样机的设计和实验，实验结果表明，该样机在50 Ω负载上产生的脉冲幅值约10 kV，前后边沿时间（10%~90%）约2 ns，底宽（3%~3%）小于8 ns。
加速器技术的发展，对注入引出系统的kicker脉冲电源提出了新的技术要求。注入引出系统冲击磁铁不仅要求脉冲电压高，底宽达到ns量级，还对波形的稳定性和前后残余电压有很高要求。漂移阶跃恢复二极管（DSRD）因其速度快、工作电流大等优点，在ns级脉冲电源中应用前景广泛，但其工作过程中会存在预脉冲等使脉冲波形偏离理想形态的因素。基于一种已有的DSRD脉冲电源，使用非线性传输线对脉冲进行整形，同时对脉冲的前后边沿进行锐化，缩短脉冲边沿的时间，大幅减小脉冲前后的残余电压，提高电源的性能。完成了一台电源样机的设计和实验，实验结果表明，该样机在50 Ω负载上产生的脉冲幅值约10 kV，前后边沿时间（10%~90%）约2 ns，底宽（3%~3%）小于8 ns。
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doi: 10.11884/HPLPB202335.220356
摘要:
对锦屏深地核天体物理实验JUNA(Jinping Underground laboratory for Nuclear Astro-physics)离子源控制系统进行了研究，采用分布式系统模型构建。硬件采用PLC、串口服务器、伺服电机及工控机等部件实现了离子源设备的远程监测及控制。软件通过建立EPICS IOC运行时数据库，实现了对所有被控设备的集成。用户操作界面采用CSS(Control System Studio)开发，实现了操作人员对所有被控设备的透明访问。基于安全连锁规则设计了机器保护系统，实现了运行异常下的连锁保护。该控制系统应用于国内首套深地实验强流ECR离子源，运行稳定可靠，完全满足JUNA运行及物理实验的需求。
对锦屏深地核天体物理实验JUNA(Jinping Underground laboratory for Nuclear Astro-physics)离子源控制系统进行了研究，采用分布式系统模型构建。硬件采用PLC、串口服务器、伺服电机及工控机等部件实现了离子源设备的远程监测及控制。软件通过建立EPICS IOC运行时数据库，实现了对所有被控设备的集成。用户操作界面采用CSS(Control System Studio)开发，实现了操作人员对所有被控设备的透明访问。基于安全连锁规则设计了机器保护系统，实现了运行异常下的连锁保护。该控制系统应用于国内首套深地实验强流ECR离子源，运行稳定可靠，完全满足JUNA运行及物理实验的需求。
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doi: 10.11884/HPLPB202335.230088
摘要:
研究了一种改进型螺旋发生器，以解决传统结构螺旋发生器在匝数较多时输出电压波形第二峰值大于第一峰值和输入开关的峰值电流及其电流上升率较大的问题，并进行了数值仿真和实验验证，仿真结果与实验结果基本吻合。通过电磁场分析波传输过程发现：改进型结构增加的一圈会造成额外的反射，使各层间电压同向叠加的时刻发生改变，从而降低了后续更高峰值的振荡。最终研制了一台改进型螺旋发生器，在15 pF的高压电容负载上可产生第一峰值51 kV、前沿50 ns的输出电压波形，整个发生器体积小于0.5 L。之后该改进型螺旋发生器将结合半导体开关实现高压纳秒脉冲触发器的全固态设计。
研究了一种改进型螺旋发生器，以解决传统结构螺旋发生器在匝数较多时输出电压波形第二峰值大于第一峰值和输入开关的峰值电流及其电流上升率较大的问题，并进行了数值仿真和实验验证，仿真结果与实验结果基本吻合。通过电磁场分析波传输过程发现：改进型结构增加的一圈会造成额外的反射，使各层间电压同向叠加的时刻发生改变，从而降低了后续更高峰值的振荡。最终研制了一台改进型螺旋发生器，在15 pF的高压电容负载上可产生第一峰值51 kV、前沿50 ns的输出电压波形，整个发生器体积小于0.5 L。之后该改进型螺旋发生器将结合半导体开关实现高压纳秒脉冲触发器的全固态设计。
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doi: 10.11884/HPLPB202335.230099
摘要:
压电陶瓷是自适应光学系统中的核心器件变形镜的主要作动元件，其性能的好坏直接影响变形镜甚至自适应光学系统校正能力。开展了加载电压为±350 V、外形尺寸为5 mm×5 mm×38 mm的抗拉可压型压电陶瓷的性能测试，包括位移、迟滞、电容、阻抗和热膨胀系数等，对压电陶瓷的抗拉能力进行了考核，获得三个样品抗拉能力均大于250 N。采用疲劳测试仪对同批次生产的压电陶瓷进行疲劳试验，在此过程中获得了压电陶瓷的压电效应并对试验数据进行了分析，最后对5#样品进行了1000万次疲劳试验（±150 N@5 Hz正弦载荷），试验后压电陶瓷的位移减小约5%，其他指标变化较小。通过抗拉能力测试和疲劳试验，初步考核了该型压电陶瓷的抗拉压特性和疲劳特性以及压电陶瓷的使用寿命，为变形镜的研制提供一定的数据支撑。
压电陶瓷是自适应光学系统中的核心器件变形镜的主要作动元件，其性能的好坏直接影响变形镜甚至自适应光学系统校正能力。开展了加载电压为±350 V、外形尺寸为5 mm×5 mm×38 mm的抗拉可压型压电陶瓷的性能测试，包括位移、迟滞、电容、阻抗和热膨胀系数等，对压电陶瓷的抗拉能力进行了考核，获得三个样品抗拉能力均大于250 N。采用疲劳测试仪对同批次生产的压电陶瓷进行疲劳试验，在此过程中获得了压电陶瓷的压电效应并对试验数据进行了分析，最后对5#样品进行了1000万次疲劳试验（±150 N@5 Hz正弦载荷），试验后压电陶瓷的位移减小约5%，其他指标变化较小。通过抗拉能力测试和疲劳试验，初步考核了该型压电陶瓷的抗拉压特性和疲劳特性以及压电陶瓷的使用寿命，为变形镜的研制提供一定的数据支撑。
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2023, 35: 091001.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230007
摘要:
从惯性约束聚变（ICF）装置中靶场关键材料易受辐照损伤、从而限制材料使用寿命和装置稳定运行的现实问题出发，总结归纳了有关不锈钢、铝合金、终端光学组件三大类靶场关键材料的辐照效应研究进展，详细介绍了靶室内高能中子束、γ射线、X射线等高能粒子和射线引起靶室第一壁材料出现烧蚀、中子活化等辐照损伤问题，以及靶室环境对关键材料的影响和防护处理。此外，还阐述了打靶试验中所产生的复杂辐射环境、基频与三倍频激光对靠近靶室的终端光学组件所产生的各类辐照损伤现象和相关作用机理。
2023, 35: 091002.
doi: 10.11884/HPLPB202335.220405
摘要:
针对基于强光元件高精度面形在位检测需求，开展了面形测量误差敏感因素仿真分析，进行了系统结构误差和温度误差对测量结果的影响研究，分析各类误差对测量面形误差的具体影响，设计并搭建在位检测系统，开展系统温度变化、系统重复性、系统稳定性等测量实验。研究结果表明：所建立的逆向哈特曼仿真检测模型可用于平面、球面、非球面、自由曲面等各类型被测面，各类影响因素对测量结果的影响主要体现在低频误差上，对高频误差的影响相对较小，搭建的在位检测系统6 h内测量面形误差PV值最大不超过68 nm（约λ/10），RMS值最大不超过15 nm（约λ/40）。
针对基于强光元件高精度面形在位检测需求，开展了面形测量误差敏感因素仿真分析，进行了系统结构误差和温度误差对测量结果的影响研究，分析各类误差对测量面形误差的具体影响，设计并搭建在位检测系统，开展系统温度变化、系统重复性、系统稳定性等测量实验。研究结果表明：所建立的逆向哈特曼仿真检测模型可用于平面、球面、非球面、自由曲面等各类型被测面，各类影响因素对测量结果的影响主要体现在低频误差上，对高频误差的影响相对较小，搭建的在位检测系统6 h内测量面形误差PV值最大不超过68 nm（约λ/10），RMS值最大不超过15 nm（约λ/40）。
2023, 35: 091013.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230220
摘要:
当前，光纤激光器工作温度范围一般较窄，如果能够扩展激光器的工作温度范围，则有望在更多的环境和领域得到应用。近期，国防科技大学基于风冷结构的光纤耦合半导体激光器（LD）泵浦的全光纤振荡器方案，在−50～50 ℃超宽温范围内实现了1 kW量级的激光输出。通过优化系统设计，有望进一步提升宽温运行激光器的输出功率。
2023, 35: 091004.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230258
摘要:
高功率窄线宽光纤激光器在相干合成、光谱合成以及非线性频率转换等领域发挥了重要的作用，吸引了大量国内外研究人员的广泛关注。近年来，华中科技大学武汉光电国家研究中心光纤激光技术团队持续进行优秀的国产化高功率窄线宽线偏振光纤激光技术的研究工作，2022年，课题组采用基于振荡器的种子源加自研的保偏掺镱光纤先后实现单正向1.2 kW和单反向3.2 kW的线偏振窄线宽光纤激光输出。近期，课题组进一步优化保偏掺镱光纤的掺杂组分，并改良振荡器种子源设计来抑制窄线宽保偏放大过程中的TMI和受激布里渊散射（SBS）效应，最终实现了输出功率4.1 kW的窄线宽线偏振全光纤激光输出。
2023, 35: 091005.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230069
摘要:
论证了单晶体光参量放大（OPA）过程在特定边界条件下满足频域宇称-时间（PT）反对称性。归一化的数值求解结果显示，OPA系统PT对称阈值点附近呈现增益跃变性质。对于存在位相失配的OPA，通过实时调控泵浦光强，即可控制系统PT对称性，论文基于相位失配OPA中可超快调控PT对称性的特性构建了超快光开关，一方面光开关与周期性幅度调制的泵浦光联合使用，可直接将连续激光转换为超短脉冲序列输出；另一方面，构建的光开关也可用于脉冲激光再压缩，有望用于中红外波等长波段超短种子源。论文提出的基于超快光开关直接产生超短脉冲序列的方案，由于不需要光学谐振腔，易于实现大于10 GHz的超高重复频率。
论证了单晶体光参量放大（OPA）过程在特定边界条件下满足频域宇称-时间（PT）反对称性。归一化的数值求解结果显示，OPA系统PT对称阈值点附近呈现增益跃变性质。对于存在位相失配的OPA，通过实时调控泵浦光强，即可控制系统PT对称性，论文基于相位失配OPA中可超快调控PT对称性的特性构建了超快光开关，一方面光开关与周期性幅度调制的泵浦光联合使用，可直接将连续激光转换为超短脉冲序列输出；另一方面，构建的光开关也可用于脉冲激光再压缩，有望用于中红外波等长波段超短种子源。论文提出的基于超快光开关直接产生超短脉冲序列的方案，由于不需要光学谐振腔，易于实现大于10 GHz的超高重复频率。
2023, 35: 091006.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230079
摘要:
提出了一种基于激光尾波场加速电子诱导光核嬗变的优化方案并开展了135Cs光核嬗变的数值模拟研究。蒙特卡罗模拟研究发现随着电子能量的增加，嬗变产额逐渐趋于饱和，单位能量电子的嬗变效率在40 MeV附近时存在峰值，半高处能量为20、120 MeV。为了提升半高处能量内的电子电量从而优化嬗变产额，使用粒子模拟程序研究了超短超强激光在气体等离子体中的传输过程。研究结果发现，随着等离子体密度的降低，尾波场加速的电子能量逐渐升高，但是电荷量逐渐减少，并且圆偏振激光加速的电子能量和电荷量均优于线偏振激光。通过调整等离子体密度和激光偏振，发现在圆偏振激光和特定等离子体密度条件下，存在嬗变产额的最优值。利用电导率等效方法对345 GHz折叠波导行波管中的电磁信号的传输损耗进行了仿真研究，考察了流通管孔径、加工粗糙度等对冷腔传输损耗的影响，流通管孔径较大或加工粗糙度较大都会导致电磁信号传输衰减严重。还模拟分析了热腔中电磁信号衰减对慢波结构净增益、带宽、最佳周期数等器件特征参数的影响，结果显示，电磁信号衰减会使得增益下降和带宽降低。
提出了一种基于激光尾波场加速电子诱导光核嬗变的优化方案并开展了135Cs光核嬗变的数值模拟研究。蒙特卡罗模拟研究发现随着电子能量的增加，嬗变产额逐渐趋于饱和，单位能量电子的嬗变效率在40 MeV附近时存在峰值，半高处能量为20、120 MeV。为了提升半高处能量内的电子电量从而优化嬗变产额，使用粒子模拟程序研究了超短超强激光在气体等离子体中的传输过程。研究结果发现，随着等离子体密度的降低，尾波场加速的电子能量逐渐升高，但是电荷量逐渐减少，并且圆偏振激光加速的电子能量和电荷量均优于线偏振激光。通过调整等离子体密度和激光偏振，发现在圆偏振激光和特定等离子体密度条件下，存在嬗变产额的最优值。利用电导率等效方法对345 GHz折叠波导行波管中的电磁信号的传输损耗进行了仿真研究，考察了流通管孔径、加工粗糙度等对冷腔传输损耗的影响，流通管孔径较大或加工粗糙度较大都会导致电磁信号传输衰减严重。还模拟分析了热腔中电磁信号衰减对慢波结构净增益、带宽、最佳周期数等器件特征参数的影响，结果显示，电磁信号衰减会使得增益下降和带宽降低。
2023, 35: 091007.
doi: 10.11884/HPLPB202335.220422
摘要:
为提高X射线探测器的标定精度，在荧光X射线源的基础上，提出在荧光X射线出射通道设置滤光片的方法提高X射线纯度。通过蒙特卡罗建立仿真模型，分析了辐射体发生K层光电效应的概率与原子序数的关系，并得到荧光强度和纯度随滤光片厚度的变化曲线。在大气环境下，采用硅漂移半导体探测器测试了荧光X射线源的能谱分布和光子流量，分析X射线管管电压对光子流量和荧光纯度的影响。在辐射体材料为铜，滤光片(镍)厚度为0 μm、10 μm和30 μm时，测得的荧光X射线纯度分别为75.61%、85.38%和84.25%，光子流量分别为3425 phs/s、2023 phs/s和1192 phs/s，确认了滤光片厚度对荧光X射线纯度和强度的影响，为解决荧光X射线光源单色性不足难以对X射线探测器进行高精度标定的问题提供了方向。
为提高X射线探测器的标定精度，在荧光X射线源的基础上，提出在荧光X射线出射通道设置滤光片的方法提高X射线纯度。通过蒙特卡罗建立仿真模型，分析了辐射体发生K层光电效应的概率与原子序数的关系，并得到荧光强度和纯度随滤光片厚度的变化曲线。在大气环境下，采用硅漂移半导体探测器测试了荧光X射线源的能谱分布和光子流量，分析X射线管管电压对光子流量和荧光纯度的影响。在辐射体材料为铜，滤光片(镍)厚度为0 μm、10 μm和30 μm时，测得的荧光X射线纯度分别为75.61%、85.38%和84.25%，光子流量分别为3425 phs/s、2023 phs/s和1192 phs/s，确认了滤光片厚度对荧光X射线纯度和强度的影响，为解决荧光X射线光源单色性不足难以对X射线探测器进行高精度标定的问题提供了方向。
2023, 35: 091008.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230127
摘要:
通过小角度V形腔外腔光谱合束将两个808 nm半导体激光器合束，提高半导体激光器的输出功率及光束质量。两个合束单元分别工作在795.8 nm和800.5 nm，将所获光束通过非线性光学方法进行频率转换。外腔光谱合束实现输出功率为6.5 W快慢轴光束质量M2=2.2×18.5的光束输出，所获光束慢轴M2因子相较于自由运转单管激光器提高了30%，外腔光谱合束效率为83%。基于所获光源，实现了半导体激光器小角度V形腔外腔光谱合束和频，获得输出功率为18.3 mW波长为401.0 nm的蓝光输出，和频效率为0.28%。
通过小角度V形腔外腔光谱合束将两个808 nm半导体激光器合束，提高半导体激光器的输出功率及光束质量。两个合束单元分别工作在795.8 nm和800.5 nm，将所获光束通过非线性光学方法进行频率转换。外腔光谱合束实现输出功率为6.5 W快慢轴光束质量M2=2.2×18.5的光束输出，所获光束慢轴M2因子相较于自由运转单管激光器提高了30%，外腔光谱合束效率为83%。基于所获光源，实现了半导体激光器小角度V形腔外腔光谱合束和频，获得输出功率为18.3 mW波长为401.0 nm的蓝光输出，和频效率为0.28%。
2023, 35: 092001.
doi: 10.11884/HPLPB202335.220363
摘要:
400 mm口径片状放大器增益性能退化是国内外惯性约束聚变（ICF）激光装置长期运行所面临的主要问题之一，直接影响激光装置的输出能力与光束质量。对造成片状放大器增益退化的因素开展了分析，建立了各因素的归一化理论分析模型，并利用2组九片长的400 mm口径4×2组合式片状放大器系统开展了实验研究，无维护策略条件下经过10年、3 000发次运行后增益性能平均退化了10.2%，符合理论预期。以此制定了大口径片状放大器的维护策略，实现了系统长期的增益性能退化率优于1.5%，满足ICF激光装置长期运行要求。
400 mm口径片状放大器增益性能退化是国内外惯性约束聚变（ICF）激光装置长期运行所面临的主要问题之一，直接影响激光装置的输出能力与光束质量。对造成片状放大器增益退化的因素开展了分析，建立了各因素的归一化理论分析模型，并利用2组九片长的400 mm口径4×2组合式片状放大器系统开展了实验研究，无维护策略条件下经过10年、3 000发次运行后增益性能平均退化了10.2%，符合理论预期。以此制定了大口径片状放大器的维护策略，实现了系统长期的增益性能退化率优于1.5%，满足ICF激光装置长期运行要求。
2023, 35: 092002.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230170
摘要:
针对大型激光装置精密装校过程中的智能装配调度问题，提出一种基于人工神经网络的调度优先规则获取方法。该方法离线阶段通过遗传算法对典型算例进行优化求解，从优化解中抽取任务比较轨迹及特征数据，采用人工神经网络学习生成任务优先模型；在线阶段基于该模型构建闭环调度决策模式，实现动态不确定生产环境下的快速响应与精准决策。数据实验和实际应用案例验证了该方法的有效性，随着光机模块数量增加，ANN调度算法的优势更加明显，ANN调度算法和GA算法二者优化结果小于6%时，前者的计算效率是后者的400倍以上。
针对大型激光装置精密装校过程中的智能装配调度问题，提出一种基于人工神经网络的调度优先规则获取方法。该方法离线阶段通过遗传算法对典型算例进行优化求解，从优化解中抽取任务比较轨迹及特征数据，采用人工神经网络学习生成任务优先模型；在线阶段基于该模型构建闭环调度决策模式，实现动态不确定生产环境下的快速响应与精准决策。数据实验和实际应用案例验证了该方法的有效性，随着光机模块数量增加，ANN调度算法的优势更加明显，ANN调度算法和GA算法二者优化结果小于6%时，前者的计算效率是后者的400倍以上。
2023, 35: 092003.
doi: 10.11884/HPLPB202335.220406
摘要:
在间接驱动激光聚变研究中，平响应X射线二极管是X射线辐射能流测量的主要探测器。为了获得理想的平响应效果，采用传统方法需要花费大量时间优化二极管的复合滤片参数，为此引入了粒子群优化算法，将之用于平响应X射线二极管复合滤片参数的优化，该方法可更快捷、更准确地得到复合滤片的优化参数。提出了新的滤片组合方式，并优化其平响应特性，得到了比传统滤片组合更优的参数配比。该项工作为平响应X射线二极管复合滤片参数的寻优提供了一种更高效的方法。
在间接驱动激光聚变研究中，平响应X射线二极管是X射线辐射能流测量的主要探测器。为了获得理想的平响应效果，采用传统方法需要花费大量时间优化二极管的复合滤片参数，为此引入了粒子群优化算法，将之用于平响应X射线二极管复合滤片参数的优化，该方法可更快捷、更准确地得到复合滤片的优化参数。提出了新的滤片组合方式，并优化其平响应特性，得到了比传统滤片组合更优的参数配比。该项工作为平响应X射线二极管复合滤片参数的寻优提供了一种更高效的方法。
2023, 35: 093001.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230058
摘要:
针对高功率微波器件的低磁场小型化发展需求，设计了工作在S波段的低磁场紧凑型相对论磁控管，建立了三维仿真模型。设计衍射输出结构，输出模式为TE11模。在圆波导中TE11模具有最小的截止半径，因此选取TE11模输出比高阶模输出具有更小的波导半径。分析了磁控管的输出性能随磁场、输出波导半径和倾斜角的变化规律。在磁场0.34 T、电压352 kV条件下，模拟仿真结果显示磁控管输出功率达到567 MW，功率转换效率为62.5%，在频率为2.37 GHz时波导半径仅为77.5 mm。
针对高功率微波器件的低磁场小型化发展需求，设计了工作在S波段的低磁场紧凑型相对论磁控管，建立了三维仿真模型。设计衍射输出结构，输出模式为TE11模。在圆波导中TE11模具有最小的截止半径，因此选取TE11模输出比高阶模输出具有更小的波导半径。分析了磁控管的输出性能随磁场、输出波导半径和倾斜角的变化规律。在磁场0.34 T、电压352 kV条件下，模拟仿真结果显示磁控管输出功率达到567 MW，功率转换效率为62.5%，在频率为2.37 GHz时波导半径仅为77.5 mm。
2023, 35: 094001.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230090
摘要:
提出基于束流相空间拍频产生锁模多色自由电子激光的方案，利用带有能量啁啾的电子束流和上海软X射线自由电子激光装置（SXFEL）上的两个调制段-色散段结构，在束流中通过拍频形成多个流强脉冲串，并在此基础上进行高次谐波辐射，产生锁模多色自由电子激光辐射脉冲。模拟结果表明，利用264 nm的种子激光，可在束流中形成18次谐波的群聚分量，并能最终产生中心波长约14.58 nm 的锁模多色FEL辐射。
提出基于束流相空间拍频产生锁模多色自由电子激光的方案，利用带有能量啁啾的电子束流和上海软X射线自由电子激光装置（SXFEL）上的两个调制段-色散段结构，在束流中通过拍频形成多个流强脉冲串，并在此基础上进行高次谐波辐射，产生锁模多色自由电子激光辐射脉冲。模拟结果表明，利用264 nm的种子激光，可在束流中形成18次谐波的群聚分量，并能最终产生中心波长约14.58 nm 的锁模多色FEL辐射。
2023, 35: 094002.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230144
摘要:
为了高效地对直线加速器输出束流能量进行调节，设计了合肥光源（HLS-II）直线加速器束流能量调节方案。该方案在调试阶段通过能谱分析系统观察束团状态并测量束流能量，储存环注入阶段使用3个束流位置探测器（BPM）对束流能量进行在线测量；使用自动相位扫描程序对速调管输出相位进行扫描，获得各加速段的能量增益公式；定量调节速调管的输出相位和高压，实现直线加速器输出束流能量的快速调节。在线应用结果表明，该方案能快速实现束流能量调节，调节后的束流具有良好品质，束流横向能散小于0.22%，注入速率明显改善。
为了高效地对直线加速器输出束流能量进行调节，设计了合肥光源（HLS-II）直线加速器束流能量调节方案。该方案在调试阶段通过能谱分析系统观察束团状态并测量束流能量，储存环注入阶段使用3个束流位置探测器（BPM）对束流能量进行在线测量；使用自动相位扫描程序对速调管输出相位进行扫描，获得各加速段的能量增益公式；定量调节速调管的输出相位和高压，实现直线加速器输出束流能量的快速调节。在线应用结果表明，该方案能快速实现束流能量调节，调节后的束流具有良好品质，束流横向能散小于0.22%，注入速率明显改善。
2023, 35: 095001.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230075
摘要:
输出高电压等级的同时，为实现Tesla变压器的小型化、轻量化设计，研究了0.5 MPa SF6气体环境中支撑绝缘子沿面闪络特性与表面电场的关系，利用有限元法建立了Tesla变压器的电场仿真模型，结合实验研究分析了支撑绝缘子沿面闪络过程，阐明了Tesla变压器关键绝缘部件的场等效实验方法和结论，根据上述分析优化支撑绝缘子结构。优化后的支撑绝缘子凹侧沿面电场最大值下降约81.5%，切向电场强度平均值降低约10.3%，法向电场强度平均值降低约30%，沿面距离增长11.8%，电场不均系数从5.03下降为1.20，电场分布改善明显，预计可以耐受1 MV负极性微秒脉冲电压。
输出高电压等级的同时，为实现Tesla变压器的小型化、轻量化设计，研究了0.5 MPa SF6气体环境中支撑绝缘子沿面闪络特性与表面电场的关系，利用有限元法建立了Tesla变压器的电场仿真模型，结合实验研究分析了支撑绝缘子沿面闪络过程，阐明了Tesla变压器关键绝缘部件的场等效实验方法和结论，根据上述分析优化支撑绝缘子结构。优化后的支撑绝缘子凹侧沿面电场最大值下降约81.5%，切向电场强度平均值降低约10.3%，法向电场强度平均值降低约30%，沿面距离增长11.8%，电场不均系数从5.03下降为1.20，电场分布改善明显，预计可以耐受1 MV负极性微秒脉冲电压。
2023, 35: 095002.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230168
摘要:
为测量4 MV感应电压叠加器的电压，设计和标定了多个D-dot电压探头。频响测试结果表明探头频率上限大于270 MHz，满足待测电压信号频率响应需求。标定中，由于分压器与探头的安装位置不同，为了避免传输线阻抗失配导致快前沿电压信号在不同测量点的电压波形差异，采用前沿数百纳秒的脉冲信号开展标定。由于探头的低频特性同时满足标定与实测的需求，因而标定的准确性得以保证。考虑装配结构及精度对探头灵敏度的直接影响，次级电压探头采取了在感应腔逐级安装过程中的在线标定方法。由于靠近二极管的电压探头受到电子等影响导致波形畸变，因此直接测量负载电压存在困难。4 MV装置的多发实验结果表明，输出端传输线上电压波形与其下游位置电压波形之差，与用两者之间电感计算的电压波形相吻合，说明采用二极管上游电压探头的测量结果来计算二极管电压是行之有效的。
为测量4 MV感应电压叠加器的电压，设计和标定了多个D-dot电压探头。频响测试结果表明探头频率上限大于270 MHz，满足待测电压信号频率响应需求。标定中，由于分压器与探头的安装位置不同，为了避免传输线阻抗失配导致快前沿电压信号在不同测量点的电压波形差异，采用前沿数百纳秒的脉冲信号开展标定。由于探头的低频特性同时满足标定与实测的需求，因而标定的准确性得以保证。考虑装配结构及精度对探头灵敏度的直接影响，次级电压探头采取了在感应腔逐级安装过程中的在线标定方法。由于靠近二极管的电压探头受到电子等影响导致波形畸变，因此直接测量负载电压存在困难。4 MV装置的多发实验结果表明，输出端传输线上电压波形与其下游位置电压波形之差，与用两者之间电感计算的电压波形相吻合，说明采用二极管上游电压探头的测量结果来计算二极管电压是行之有效的。
2023, 35: 096001.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230051
摘要:
钠冷快堆燃料棒表面缠绕的绕丝能够强化通道间的冷却剂横向流动，降低组件盒内温度分布的不均匀性，提升反应堆安全性。现有的子通道程序通过采用不同类型的绕丝交混模型，模拟了绕丝对组件盒内各类参数计算结果的影响。为了研究不同绕丝交混模型对钠冷快堆组件盒内流动与传热模拟的影响，基于Mikityuk对流传热模型以及Cheng-Todreas流动压降模型，分别采用强迫横流模型以及带绕丝湍流交混模型建立了子通道分析方法，并与美国ORNL开展的FFM-2A实验数据以及其他子通道程序针对该实验的分析结果进行了对比验证。结果表明在低流量条件下两种模型均能较好模拟带绕丝组件的流动与传热情况；在高流量条件下使用强迫横流模型分析结果与实验符合较好，使用带绕丝湍流交混模型的分析结果高估了靠近中心通道的出口冷却剂温度。
钠冷快堆燃料棒表面缠绕的绕丝能够强化通道间的冷却剂横向流动，降低组件盒内温度分布的不均匀性，提升反应堆安全性。现有的子通道程序通过采用不同类型的绕丝交混模型，模拟了绕丝对组件盒内各类参数计算结果的影响。为了研究不同绕丝交混模型对钠冷快堆组件盒内流动与传热模拟的影响，基于Mikityuk对流传热模型以及Cheng-Todreas流动压降模型，分别采用强迫横流模型以及带绕丝湍流交混模型建立了子通道分析方法，并与美国ORNL开展的FFM-2A实验数据以及其他子通道程序针对该实验的分析结果进行了对比验证。结果表明在低流量条件下两种模型均能较好模拟带绕丝组件的流动与传热情况；在高流量条件下使用强迫横流模型分析结果与实验符合较好，使用带绕丝湍流交混模型的分析结果高估了靠近中心通道的出口冷却剂温度。
2023, 35: 096002.
doi: 10.11884/HPLPB202335.220376
摘要:
通过提出双电子共振吸收模型，解释了激光与半导体材料相互作用时材料吸收光子的物理机制，分析了温度、掺杂数密度对吸收系数的影响；结合热峰模型，将激光的能量注入视为热源，计算出了激光入射时材料中电子温度的时空演化，通过费米狄拉克分布计算出自由电荷数密度分布，得到了电荷激发过程的计算模型，模拟了激光诱发单粒子翻转的过程。模拟结果表明，激光能量与激发电荷总量的关系是非线性的，这意味着激光能量与粒子的线性能量传输之间为非线性对应关系，与实验结果相符。
通过提出双电子共振吸收模型，解释了激光与半导体材料相互作用时材料吸收光子的物理机制，分析了温度、掺杂数密度对吸收系数的影响；结合热峰模型，将激光的能量注入视为热源，计算出了激光入射时材料中电子温度的时空演化，通过费米狄拉克分布计算出自由电荷数密度分布，得到了电荷激发过程的计算模型，模拟了激光诱发单粒子翻转的过程。模拟结果表明，激光能量与激发电荷总量的关系是非线性的，这意味着激光能量与粒子的线性能量传输之间为非线性对应关系，与实验结果相符。
2023, 35: 099001.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230042
摘要:
设计研制智能型多功能激光防护镜与自动探测告警一体化复合装置，主要用于各类激光辐射人眼损伤的防护和预警。对防护镜和探测告警系统及智能化复合防护技术进行研究和性能测试，利用防护镜与告警装置的信号互联和联动作用，使防护镜双镜复合，并发出告警信号。结果表明，当激光防护告警复合装置探测到激光入侵时均能以不同方式发出各种告警信号和复合防护响应，包括不同颜色灯光闪烁、音响和振动告警，驱使两个防护镜单元镜组复合，对532 nm、1 064 nm、470 nm、808 nm和700～2 000 nm特定波长激光和超连续谱激光进行有效防护，可通过无线信号互联实现集群联动告警和防护。该激光防护镜与探测告警复合装置具有智能化、模块化、多功能集成的特点，各项性能符合设计要求。
设计研制智能型多功能激光防护镜与自动探测告警一体化复合装置，主要用于各类激光辐射人眼损伤的防护和预警。对防护镜和探测告警系统及智能化复合防护技术进行研究和性能测试，利用防护镜与告警装置的信号互联和联动作用，使防护镜双镜复合，并发出告警信号。结果表明，当激光防护告警复合装置探测到激光入侵时均能以不同方式发出各种告警信号和复合防护响应，包括不同颜色灯光闪烁、音响和振动告警，驱使两个防护镜单元镜组复合，对532 nm、1 064 nm、470 nm、808 nm和700～2 000 nm特定波长激光和超连续谱激光进行有效防护，可通过无线信号互联实现集群联动告警和防护。该激光防护镜与探测告警复合装置具有智能化、模块化、多功能集成的特点，各项性能符合设计要求。
2023, 35: 099002.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230080
摘要:
当目标远离红外系统，其在成像图像上的尺寸较小且信息量较少，使得小目标的持续精确定位成为一项有挑战性的问题。针对这一问题，在相关滤波跟踪框架上，引入能够区分红外弱小目标边缘信息与杂波噪声的侧窗图像滤波方法，提出了一种弱小目标跟踪算法。具体来说，首先利用时空正则化的相关滤波跟踪模型，对目标位置附近更大范围的背景进行考虑。然后，利用侧窗滤波对当前局部搜索区域进行侧窗滤波处理，达到了保留边缘效果的同时剔除了图像噪声。最后，通过原始图像与滤波后图像作差，降低了背景边缘对目标定位错误的影响，并实现小目标状态估计。为验证本文所提算法性能，采用六组红外真实弱小目标图像序列进行实验，并与核相关滤波、空间正则化的相关滤波，以及时空正则化的相关滤波等经典算法作比较。实验结果表明，所提算法在多组复杂背景的图像序列上，获得了较高的跟踪精度，验证了所提算法能有效应对红外弱小目标跟踪任务中的快速运动、低分辨率和强背景杂波等问题。
当目标远离红外系统，其在成像图像上的尺寸较小且信息量较少，使得小目标的持续精确定位成为一项有挑战性的问题。针对这一问题，在相关滤波跟踪框架上，引入能够区分红外弱小目标边缘信息与杂波噪声的侧窗图像滤波方法，提出了一种弱小目标跟踪算法。具体来说，首先利用时空正则化的相关滤波跟踪模型，对目标位置附近更大范围的背景进行考虑。然后，利用侧窗滤波对当前局部搜索区域进行侧窗滤波处理，达到了保留边缘效果的同时剔除了图像噪声。最后，通过原始图像与滤波后图像作差，降低了背景边缘对目标定位错误的影响，并实现小目标状态估计。为验证本文所提算法性能，采用六组红外真实弱小目标图像序列进行实验，并与核相关滤波、空间正则化的相关滤波，以及时空正则化的相关滤波等经典算法作比较。实验结果表明，所提算法在多组复杂背景的图像序列上，获得了较高的跟踪精度，验证了所提算法能有效应对红外弱小目标跟踪任务中的快速运动、低分辨率和强背景杂波等问题。
2023, 35: 099003.
doi: 10.11884/HPLPB202335.230071
摘要:
针对高热流密度固体激光器的散热问题，借助微机电系统（MEMS）技术，利用微通道/热源协同设计方法，换热器采用连续S型微通道，并利用歧管形成分层分段流动，研制出了一套微型紧凑的嵌入式歧管S型微通道散热器，并开展了实验研究。使用HFE-7100作为冷却工质，在发热面局部最高温度小于100 ℃、平均温升小于45 ℃的情况下，两相时可带走625 W/cm2的热通量，相比传统的歧管矩形微通道散热器提高了12%，但流阻增大了约56%；利用数值模拟方法，通过改变S型的振幅和波长，根据发热面平均温度、换热面平均努塞尔数、压降和综合性能因子来评估S型微通道散热器的结构参数对其散热能力和流动阻力的影响，寻找S型微通道的最优结构设计参数组合。结果表明该散热器的综合性能因子在一个特定的S型形状下存在最佳值。
针对高热流密度固体激光器的散热问题，借助微机电系统（MEMS）技术，利用微通道/热源协同设计方法，换热器采用连续S型微通道，并利用歧管形成分层分段流动，研制出了一套微型紧凑的嵌入式歧管S型微通道散热器，并开展了实验研究。使用HFE-7100作为冷却工质，在发热面局部最高温度小于100 ℃、平均温升小于45 ℃的情况下，两相时可带走625 W/cm2的热通量，相比传统的歧管矩形微通道散热器提高了12%，但流阻增大了约56%；利用数值模拟方法，通过改变S型的振幅和波长，根据发热面平均温度、换热面平均努塞尔数、压降和综合性能因子来评估S型微通道散热器的结构参数对其散热能力和流动阻力的影响，寻找S型微通道的最优结构设计参数组合。结果表明该散热器的综合性能因子在一个特定的S型形状下存在最佳值。
2023, 35: 099004.
doi: 10.11884/HPLPB202335.220360
摘要:
在复杂电磁环境中，磁场干扰是光纤陀螺仪产生误差的主要原因之一。为了减小光纤陀螺仪台体中加热片产生的磁场对陀螺仪精度的影响，设计了双层加热片结构，并采用有限元方法对单、双层加热片上方光纤环位置处的磁场进行对比分析，根据分析结果计算磁场对光纤陀螺仪精度的影响，结果表明：两种加热片在光纤环位置处磁场均为非均匀磁场，光纤环距离加热片较近处的磁通密度呈现环状分布，距离加热片较远处的磁通密度呈中心强周围弱分布；随着光纤环平面与加热片间的距离增加，光纤环平面上单层加热片的磁通密度最大值约为双层加热片的30至122倍；双层加热片磁场对光纤陀螺仪磁敏感相位误差随磁场方向与光纤环之间的角度呈现倾斜正弦变化；单层和双层加热片在光纤环下表面处产生的磁场磁敏感相位误差分别为1.299×10−10 rad和5.572×10−12 rad。以上结果证明了双层加热片磁场对光纤陀螺仪的干扰远小于单层加热片，双层加热片产生的电磁干扰更小，更有利于提升光纤陀螺仪的精度。
在复杂电磁环境中，磁场干扰是光纤陀螺仪产生误差的主要原因之一。为了减小光纤陀螺仪台体中加热片产生的磁场对陀螺仪精度的影响，设计了双层加热片结构，并采用有限元方法对单、双层加热片上方光纤环位置处的磁场进行对比分析，根据分析结果计算磁场对光纤陀螺仪精度的影响，结果表明：两种加热片在光纤环位置处磁场均为非均匀磁场，光纤环距离加热片较近处的磁通密度呈现环状分布，距离加热片较远处的磁通密度呈中心强周围弱分布；随着光纤环平面与加热片间的距离增加，光纤环平面上单层加热片的磁通密度最大值约为双层加热片的30至122倍；双层加热片磁场对光纤陀螺仪磁敏感相位误差随磁场方向与光纤环之间的角度呈现倾斜正弦变化；单层和双层加热片在光纤环下表面处产生的磁场磁敏感相位误差分别为1.299×10−10 rad和5.572×10−12 rad。以上结果证明了双层加热片磁场对光纤陀螺仪的干扰远小于单层加热片，双层加热片产生的电磁干扰更小，更有利于提升光纤陀螺仪的精度。
