为实现光栅耦合器与光纤的高效率耦合, 基于联合微电子中心有限责任公司(CUMEC)超低损耗氮化硅平台, 成功设计并开发了与互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺兼容的低损耗、小尺寸氮化硅光栅耦合器。首先对光栅关键参数进行了仿真计算, 选择最优参数进行光栅耦合器的设计。然后, 基于CUMEC超低损耗氮化硅平台, 采用聚焦光栅结构, 极大地缩小了光栅耦合器的尺寸, 得到的氮化硅聚焦光栅耦合器小线宽结构制备良好。搭建了光学测试系统完成聚焦光栅性能表征, 测试结果表明, 损耗最优值为4.48 dB, 对应波长1548 nm, 1 dB带宽大于45 nm。
聚焦光栅 氮化硅平台 集成光子 低压化学气相沉积 focused grating coupler, SiN platform, integrated
中北大学信息与通信工程学院，山西 太原 030051
设计一种基于anapole模式的高灵敏度传感器，由金属反射层、SiO2薄膜和开槽硅圆盘构成。利用硅纳米阵列中的anapole模式激发金属反射层以产生等离子体共振，通过模式匹配和相邻结构之间的耦合可以在周期性纳米结构中产生尖锐的共振峰。采用时域有限差分法对结构进行仿真分析，研究不同参数对传感器灵敏度的影响。仿真结果表明，纳米结构可以显著增强局部电场，同时降低能量的吸收率。利用圆偏振光可以在纳米结构周围实现自旋-轨道角动量的转换，有利于对神经递质等生物分子的传感。
衍射 anapole模式 等离子体 谐振波 高灵敏性 激光与光电子学进展
2021, 58(3): 0305001
1 中国科学院 近代物理研究所, 兰州 730000
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 四川大学 原子核科学技术研究所, 成都 610064
为满足中国加速器驱动的次临界系统（C-ADS）对于可靠性的要求, 计划采用基于螺线管的电磁垂直输运方案, 将经过质子束辐照后下落的散裂靶颗粒球再次输运至初始高度。基于解析方法对颗粒流垂直输运装置进行了分析和设计, 通过基于螺线管散热、径轴向颗粒流聚散焦效应和互感损耗等方面的考虑, 得到了适合于垂直输运颗粒流的螺线管驱动方式和螺线管构型及排布。利用基于本文解析方法的模拟程序, 对不同输运管道内径、不同螺线管驱动电流和不同螺线管构型和排布下的颗粒流垂直输运装置进行了模拟, 并从中筛选出了该装置的优化设计。模拟表明, 采用该优化设计的输运装置可将质量流量为19.6 kg/s的颗粒流垂直输运至40 m高度, 并满足颗粒球出口速度足够大的要求。
颗粒流 垂直输运 解析方法 螺线管 磁场 granular flow vertical transport analytic method solenoid magnetic field 强激光与粒子束
2018, 30(12): 126001
中国加速器驱动次临界系统(C-ADS)计划采用一个平均流强为10 mA的连续波质子加速器作为次临界堆的驱动器，驱动加速器的束流功率为15 MW,最终能量1.5 GeV，其中主加速器是驱动加速器的一个重要部分，完成束流能量从10 MeV到1.5 GeV的加速，所有加速腔均采用超导结构。为了避免频繁束流中断对反应堆的损坏，设计要求驱动加速器在运行过程中束流可以中断的次数非常有限，因此加速器在设计过程植入了容错机制，尝试了各种可能的方法以最大程度地满足C-ADS加速器的高可靠性和稳定性的要求。介绍了C-ADS主加速器的基本设计: 总长度306.4 m, 束流的归一化RMS发射度增长控制在5%以内。总结了各个重要参数选择过程中的考虑以及整个加速段多粒子跟踪模拟的束流动力学结果。
中国加速器驱动次临界系统 连续波 质子 超导直线加速器 容错机制 束流动力学 Accelerator Driven Sub-critical System continuous wave proton superconducting linac fault tolerance strategy beam dynamics
中能传输线-2(MEBT2)在中国加速器驱动次临界系统(CADS)1.5 GeV加速器的前端具有非常重要的作用。介绍了MEBT2设计思路和束流动力学分析。MEBT2的设计和模拟均使用多粒子跟踪程序TraceWin完成。给出了可以完成束流传输和匹配的消色散MEBT2设计方案。模拟结果显示: 在经过此方案所设计的MEBT2后, 束流横向和纵向的发射度分别有5%和13%的增长, 在此系统可接受的发射度增长范围内。
中国加速器驱动系统 中能传输线 束流动力学 消色散 China Accelerator Driven System medium energy beam transport line beam dynamics achromatic
河南工业大学 信息科学与工程学院, 郑州 450000
针对光纤光栅(FBG)的静水压力增敏及压力温度交叉敏感问题, 提出光纤光栅的椭圆型边孔封装结构。采用有限元方法分析了封装结构中光纤光栅的力学效应, 在此基础上得到优化的椭圆封装结构, 并通过实验检验了理论分析结果。研究结果表明: 优化的椭圆边孔封装结构中光纤光栅的静水压力灵敏度比裸光纤光栅高了4198倍, 而温度灵敏度仅增加了3.4倍, 与裸光纤光栅相比, 压力温度交叉敏感降低了1760倍。该研究结果对光纤光栅压力传感器的实用化研究有参考价值。
光纤光栅 封装技术 静水压力测量 压力温度交叉敏感 fiber grating encapsulation technique hydrostatic pressure measurement pressure and temperature crossing sensitivity
1 西南科技大学,理学院,四川,绵阳,621010
2 IAP University Frankfurt/Main,Frankfurt 60325,Germany
CH(cross-bar H-type structure)结构是近几年提出的一种适用于低β的新型DTL(drift tube linac)加速结构,同IH(interdigital H-type structure)结构相比,CH结构可以工作在更高的频率(150～700 MHz)下,从而可以得到更高的输出能量(150 MeV).由于DTL腔体为准周期结构,通过对单元腔的MWS(microwave studio)模拟及优化,得到了工作频率为350 MHz,单核能从6 MeV到66 MeV时的腔体并联阻抗及其它腔体参数,并对腔体单元数对腔体特性参数及谐振频率的影响做了定性分析.分析表明:对于CH结构,其有效并联阻抗远大于传统的DTL结构,对于350 MHz的工作频率,在6 MeV时将近100 MΩ/m,即使在能量高达66 MeV时,其有效并联阻抗也大于40 MΩ/m;单元腔近似是一种非常有效的分析DTL加速结构的方法,单元腔计算结果和整腔计算结果相比,谐振频率的相对偏差小于1%;对于有效并联阻抗的计算,误差也在10% 之内.
CH结构 有效并联阻抗 MWS数值模拟 单元腔近似 加速器
介绍了HIRFL主加速器SSC高频腔体功率馈入耦合匹配系统的研究,实验结果表明,通过改变耦合环角度可更好地实现高频腔体和高频发射机之间的匹配,提高了高频腔体电压和高频发射机的工作效率.
高频腔体电压 功率馈入 耦合匹配 RF cavity voltage RF power fed-in Coupler matching
中国科学院近代物理研究所,甘肃,兰州,730000
通过介绍麦克斯韦方程的离散过程,简单介绍了有限积分理论(Finite Integration Theory).该理论直接以电场强度和磁感应强度为未知量,采用两套互相正交的网格,将场矢量离散为不同网格点上的一系列分量,将矢量积分方程转化为一组线性方程组.通过对SFC高频腔体模拟的实例,可以看出,此方法在腔体本征频率、Q值及腔体并联阻抗等腔体参数计算中具有叫高的精度,说明了基于FIT的MAFIA程序在腔体模拟中的可靠性.
模拟 高频腔体 FIT FIT simulation SFC SFC high frequency resonate cavity
中国科学院近代物理研究所,甘肃,兰州,730000
分析了周期性电容盘片加载的同轴线的传输特性,并将其应用于四分之一波长线谐振腔,利用传输线理论和数值模拟两种方法分析了这种腔体的谐振特性,得到了谐振频率、Q值与盘片半径、盘片个数间的关系,并论证了这种方法在减小腔体尺寸方面的可行性及在一台质子回旋加速器腔体中的应用.
慢波结构 四分之一波长线 盘片电容 MAFIA程序 slow wave structure λ/4 transmission line cavity disk capacitor MAFIA code
