红外与激光工程
2023, 52(2): 20210870
航天工程大学 激光推进及其应用国家重点实验室, 北京 怀柔 101416
针对激光减阻中激光等离子体热核与正激波相互作用物理现象, 运用高精度纹影测量技术研究分析了激光等离子体热核在正激波冲击下的流动结构特性, 获得了激光能量与激波速度两个关键因素的影响规律。实验结果表明: 在正激波的冲击下, 热核宽度呈先上升然后稳定并有减小的趋势, 入射激光能量越高, 热核在激波冲击下的宽度越大; 热核的长度在正激波冲击下迅速减小然后以固定的速度线性增长, 增长速度约为入射激波速度的19%。研究结论可为实际应用中有效增强减阻效果和延长持续时间提供依据, 相关方法和结果对激光等离子体主动流动控制研究也具有很好的参考价值。
激光减阻 等离子体热核 正激波 激光能量 纹影 laser induced drag reduction plasma hot core normal shock laser energy schlieren 红外与激光工程
2019, 48(4): 0406001
航天工程大学 激光推进及其应用国家重点实验室, 北京101416
激光等离子体热核与正激波相互作用是复杂激光减阻科学问题中最基本的物理现象。建立了基于激波管和激光能量沉积的实验平台, 利用高精度纹影系统捕捉了激光等离子体热核在正激波冲击下的流动结构特性。实验结果表明: 激光等离子体热核界面变形, 弯曲并最终形成双涡环结构, 展向尺寸迅速增大然后降低并逐渐稳定在7.7 mm左右, 流向尺寸先降低然后在激波离开热核之后以114.3 m/s的速度线性增长, 从微观层面进一步揭示了激光减阻机理, 对等离子体主动流动控制的相关研究具有很好的借鉴参考价值。
激光减阻 等离子体热核 正激波 纹影 演化 laser induced drag reduction plasma hot core normal shock schlieren evolution 红外与激光工程
2019, 48(3): 0306001
航天工程大学 激光推进及其应用国家重点实验室, 北京 101416
针对纳秒脉冲激光能量在空气中沉积的等离子体热核演化问题, 利用两种不同分辨率的高速相机, 搭建了高分辨率的纹影系统。所获得的纹影实验结果很好地展示了激光能量沉积初始时刻的演化过程, 并研究了激光能量大小和透镜焦距这两个关键参数对激光引致等离子体热核演化过程的影响规律。实验结果表明激光沉积能量越大, 等离子体热核的尺寸越大, 但是可能存在激光能量沉积的饱和现象。另外, 激光能量越高、透镜的焦距越短, 激光能量沉积之后环境冷空气穿透热核的时间就越晚, 意味着等离子体热核维持稳定的高温低密度气团的时间越长, 这可以为激光致等离子体主动流动控制的相关研究提供充足的反应时间。
激光能量 焦距 等离子体热核 纹影 演化 laser energy focal length plasma hot core schlieren evolution 红外与激光工程
2018, 47(8): 0806002
装备学院 激光推进及其应用国家重点实验室, 北京 101416
利用激光清除空间碎片被认为是一种可行手段, 冲量耦合系数是数值计算空间碎片清除效果的重要参数。建立了激光烧蚀冲量耦合系数解析计算模型, 引入电离度参数, 将气化机制与等离子体机制两种机制下的冲量耦合系数解析计算模型联系起来, 建立统一的耦合系数解析模型。以空间碎片常见材料Al为例, 计算得到冲量耦合系数、电离度、激光功率密度三者之间的变化关系。随着激光功率密度的增加, 气化机制逐渐向等离子体机制过渡, 电离度增加, 直至完全电离, 冲量耦合系数先增加后减少, 并且在等离子机制占主导情况下达到最优冲量耦合。
激光烧蚀 冲量耦合系数 电离度 空间碎片 laser ablation impulse coupling coefficient ionization fraction space debris
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所， 长春 130033
根据空间电子设备机电热一体化设计思想，设计了高分辨率空间光学遥感器的控制器，以验证一体化设计的优势和效果。概括了空间电子设备的一体化设计流程。针对空间光学遥感器控制器的研制提出了相应的一体化设计原则。说明了控制器的各电路板和大功率元器件的设计方案。通过热、力学仿真分析和试验手段对设计方案进行了验证。结果表明：控制器元器件的最高壳温在51℃以内，整机的前三阶模态均高于100Hz。设计方案完全满足热控、刚度等设计指标要求。
应用光学电子学 空间光学遥感器 控制器 一体化 applied optoelectronics space optical remote sensor controller integrated design
设计并优化了基于金属狭缝填充非线性材料的光分束器。利用时域有限差分法，数值模拟 850 nm TM波经填充非线性光学材料 InGaAsP的亚波长银薄膜狭缝结构的光分束特性，结果表明：仅仅通过调整金属狭缝宽度、数量或排列顺序，便可调制该光分束器输出端口数量或能量分布；改变入射光强，可动态调控输出端口数量。设计的七缝对称结构具有 1×5对称光分束特性。该器件具有动态可调、结构相对简单、输出端口较多等特点，在微纳光子集成和光通信中有潜在应用价值。
表面等离子体 光分束器 时域有限差分法 非线性材料 金属狭缝 surface plasmon optical beam splitter finite-difference time-domain method nonlinear materials metal nanoslits
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
针对卫星平台振动严重影响空间光通信跟瞄精度的问题，提出了基于压电偏转控制系统的扰动补偿方案。建立了压电偏转系统的数学模型，设计了基于改进型最小均方根(LMS)滤波算法的自适应控制器，分析了最优步长选择的影响因素。针对输入信号的相位延迟问题，设计了自适应延迟滤波器，不仅有效地补偿了相位延迟，还可通过自适应调节输入信号相位，在不增加步长的前提下提高收敛速率。最后进行了实验验证，结果表明补偿后的残余误差仅为μrad量级，补偿因子达85%以上，验证了补偿算法的有效性和可行性。
空间光通信 卫星平台 振动补偿 压电偏转 LMS滤波 space optical communication satellite platform vibration compensation piezo-electric steering LMS filtering
1 北京大学 工学院, 湍流与复杂系统国家重点实验室, 北京 100871
2 装备指挥技术学院, 北京 101416
用实时的推力测试方法研究了水滴烧蚀模式多脉冲TEA CO2激光推进的推进性能。用纹影法研究了伴随水滴烧蚀产生的激波等流场变化过程。多脉冲激光推进的比冲和冲量耦合系数等性能参数随激光脉冲重复频率的变小和脉冲数目的增加而逐渐下降。与激光传输相反和相同方向的激波传播最大速度分别为10 km/s和7 km/s。与纹影法结果同步获得的推力曲线表明：汽化过程对推力的形成过程贡献最大，激波也对推力的形成过程有一定贡献。
多脉冲激光推进 雾化水滴 纹影 推进性能 multi-pulse laser propulsion atomized water droplets schlieren imaging propulsive characteristics
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院 研究生院，北京 100039
开展了用相位差异散斑技术实现图像采集和图像恢复的实验，在实验室环境下设计了针对扩展目标的相位差异散斑成像双相机实验平台。用两台外触发模式的相机同步采集焦面和指定离焦面上的短曝光图像，用变形镜构造光学系统误差，用强力热吹风机模拟大气湍流。分析了用多台相机与单台相机相比引入的不同问题，给出了多通道之间相面旋转问题的处理方法和多通道之间读出噪声不一致时的相位差异散斑法的目标函数；验证了相位差异散斑法提高图像分辨率的能力。分别用采集到的单帧，3帧，10帧图像进行PDS运算并分析结果，与基本的相位差异法相比，多帧相位差异散斑成像所恢复的图像质量有很大的提高。
相位差异 散斑成像 波前探测 图像恢复 相位估计 Phase-diverse Speckle(PDS) wave-front aberration image restoration phase estimation
