为研究兆瓦级高效紧凑型核动力系统的运行特性，使用自主开发的热管堆瞬态分析程序TAPIRS（Transient Analysis code for heat Pipe and AMTEC power conversion space Reactor power System）和超临界二氧化碳布雷顿循环的瞬态分析程序SCTRAN/CO2（Super Critical reactors Transient Analysis code/Carbon Dioxide）的耦合程序对其反应性、负荷、冷却水温度和流量等扰动进行了开环动态响应分析，并据此进行了控制系统设计。在此基础上，对线性变负荷、阶梯式变负荷以及甩负荷这三种变负荷运行工况进行了计算分析。结果表明：该核动力系统的转速对扰动的变化较为敏感，需要加以控制；低负荷下旁通会使压缩机流量上升，需对压缩机流量加以控制；系统在控制方案下能以6% FP（Full Power）·min-1的速度实现0%?100%的负荷变动，且可以在任意负荷水平下运行；甩负荷下系统的波动时间变长，但是仍可达到新的稳态进行工作，且各参数处于安全范围内。本研究可为新型核动力系统的概念设计提供参考。
兆瓦级高效紧凑新型核动力系统 开环动态响应 控制系统设计 变负荷运行 New megawatt nuclear power system with high efficiency and compactness Open-loop dynamic characteristics Design of control system Load variation operation
Author Affiliations
Abstract
1 College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 School of Information and Communications, National University of Defense Technology, Wuhan 430035, China
3 Nanhu Laser Laboratory, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
4 Hunan Provincial Key Laboratory of High Energy Laser Technology, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
High-power ultrafast laser amplification based on a non-polarization maintaining fiber chirped pulse amplifier is demonstrated. The active polarization control technology based on the root-mean-square propagation (RMS-prop) algorithm is employed to guarantee a linearly polarized output from the system. A maximum output power of 402.3 W at a repetition rate of 80 MHz is realized with a polarization extinction ratio (PER) of > 11.4 dB. In addition, the reliable operation of the system is verified by examining the stability and noise properties of the amplified laser. The M2 factor of the laser beam at the highest output power is measured to be less than 1.15, indicating a diffraction-limited beam quality. Finally, the amplified laser pulse is temporally compressed to 755 fs with a highest average power of 273.8 W. This is the first time, to the best of our knowledge, that the active polarization control technology was introduced into the high-power ultrafast fiber amplifier.
active polarization control root-mean-square propagation algorithm linearly polarized laser chirped pulse amplification femtosecond laser fiber laser Chinese Optics Letters
2024, 22(4): 041403
1 同济大学物理科学与工程学院精密光学工程技术研究所，上海 200092
2 上海大学理学院，上海 200444
3 中国科学技术大学国家同步辐射实验室，安徽 合肥 230029
Mo/Si多层膜是13.5 nm极紫外波段理想的反射镜膜系，它与极紫外光源的结合使得极紫外光刻成为了目前最先进的制造手段之一。极紫外光源的实际应用对Mo/Si多层膜提出了高反射率、高热稳定性、抗辐照损伤、大口径等诸多要求。针对极紫外光源用Mo/Si多层膜面临的膜厚梯度控制和高温环境问题，利用掩模板辅助法对大口径曲面基底上不同位置处的多层膜膜厚进行修正；选择C作为扩散阻隔层材料，对磁控溅射法制备的Mo/Si、Mo/Si/C和Mo/C/Si/C三种多层膜在300 ℃高温应用环境下的热稳定性展开了研究。研究结果表明：通过掩模板辅助的方式能够将300 mm口径曲面基底上不同位置处的Mo/Si多层膜膜厚控制在预期厚度的±0.45%以内，基底上不同位置处Mo/Si多层膜的膜层结构和表面粗糙度基本相同；引入C扩散阻隔层后，经过300 ℃退火，Mo/Si多层膜的反射率损失从9.0%减少为1.8%，说明C的引入能够有效减少高温对多层膜微结构的破坏和对光学性能的影响，提高了多层膜的热稳定性。
激光光学 极紫外光源 Mo/Si多层膜 磁控溅射 膜厚控制 热稳定性
1 哈尔滨工业大学仪器科学与工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001
2 北京宇航系统工程研究所，北京 100072
对卫星激光通信跟踪系统的组成以及控制方式进行分析，总结精跟踪控制过程中时滞来源，对精跟踪系统时滞环节对最终跟踪精度以及稳定性的影响进行分析并通过系统优化提高精跟踪精度。在不损失系统功能的基础上通过优化程序处理逻辑精简精跟踪系统中的时滞环节，消除变长时滞、减少定长时滞，实现精跟踪系统时滞缩短，在此基础上提出一种鲁棒预估控制算法，减少定长时滞对精跟踪系统带来的不利影响。结果表明，精简时滞环节后精跟踪系统的跟踪误差与原来相比从4.1 μrad减少到2.3 μrad，采用鲁棒预估控制算法后，在匹配延时存在误差的情况下，跟踪误差从4.1 μrad减少到2.6 μrad，系统跟踪精度分别提升43.9%和36.6%。在精跟踪系统中采用鲁棒预估控制算法进行试验，精跟踪的跟踪精度可达1.9 μrad。
卫星激光通信 精跟踪系统 时滞补偿 预估控制 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706007
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 中航凯迈(上海)红外科技有限公司, 上海 201306
3 中国人民解放军32031部队, 河南 开封 475000
为了实现可见光波段多路不同波长激光的周期性闭环校正，设计了一种具有光束指向和位置偏差独立监测与调节的激光合束系统。首先，根据系统的应用需求，提出了合束系统的设计指标与整体合束方案。然后，在合束方案的基础上，建立了合束系统的光束控制模型，并通过数值仿真得到了合束系统光束控制的解算方法。闭环合束系统通过光束指向和位置监测装置分别实现合束激光指向偏差与位置偏差的独立监测，并根据监测结果进行光束调节装置控制量的解算；进而通过两维摆镜和一维平移台分别实现光束指向和位置偏差的独立高效调节。最后，采用两路不同波长的激光束，配合光束监测与调节装置，搭建了闭环合束模拟实验平台，对周期性闭环合束系统的合束效果进行了验证。实验结果表明：在长时间的工作过程中，两路激光均实现了与基准光路的精密合束，合束指向精度优于±7 μrad，位置精度优于±0.84 mm。本研究所组建的激光合束系统不仅具有合束精度高、校正速度快、光路扩展性强的优势，而且可实现激光束的周期性闭环校正，能够有效保证合束激光的长期工作稳定性。
激光合束 光束监测 光束控制 指向偏差 位置偏差 laser beam combining beam monitoring beam control beam direction deviation beam positional deviation
复旦大学信息科学与工程学院电磁波信息科学教育部重点实验室，上海 200433
为了在保持帧结构完整性的同时，低代价地传输管理和控制信号，提出面向高速频分复用相干无源光网络（FDM-CPON）的两种传输管理和控制信号传输机制，即数字端辅助管理和控制通道（AMCC）和数据通道的相加和相乘。通过将AMCC传输的通断键控（OOK）信号映射为数据通道信号幅值的变化，完成数据通道信号幅值再调制，成功将AMCC与数据通道相结合，实现了管理和控制信号与数据通道信号的同步传输。实验结果表明，在基于16QAM传输20 km光纤的200 Gbit/s FDM-CPON系统中，当AMCC的带宽和调制因子（MI）相同时，乘性AMCC对于信号性能的影响更小，自身传输信号的质量也更高。在AMCC的MI为26.1%、带宽为24.4 MHz时，乘性AMCC对信号灵敏度的惩罚比加性AMCC小3 dB。以上研究为未来高速相干频分复用无源光网络AMCC传输与系统设计提供重要参考。
光通信 相干无源光网络 相干光通信 光纤通信 频分复用 辅助管理和控制通道
1 苏州大学光电科学与工程学院，江苏 苏州 215006
2 江苏省先进光学制造技术重点实验室暨教育部现代光学技术重点实验室，江苏 苏州 215006
3 浙江大学信息与电子工程学院，浙江 杭州 310027
自适应温度调控器件以其智能开关特性而逐渐成为研究焦点，但是一方面其特殊的光谱要求使得器件设计过程复杂且周期冗长，另一方面器件热控性能亟待提高以满足更加严苛的应用场景。针对以上问题，提出一种深度生成神经网络模型来执行上述复杂的优化任务，该网络模型的更新不依赖于数据集，而是将生成神经网络与传输矩阵方法（TMM）相结合，通过TMM返回的梯度信息指导产生符合预期的多层膜结构，并自动优化膜层厚度和材料种类。作为网络优化能力的验证和演示，本课题组使用该方法设计了一种基于二氧化钒的自适应热控器件，实现了高温太阳吸收比低于0.2、高温发射率高于0.9、发射率差值大于0.8的优异性能。与传统的优化算法相比，生成神经网络以高自由度和更快的速度寻找最优解，与普通神经网络相比，全局优化网络考虑整体的优化目标，通过全局搜索寻找全局最优解，设计结果也证明了该方法在复杂设计任务中的实用性。
薄膜 多层膜 神经网络 自适应温度调控 二氧化钒
1 西安理工大学 自动化与信息工程学院，西安 710048
2 西安工业大学 电子信息工程学院，西安 710021
3 中国计量大学 信息工程学院，杭州 310018
4 商洛学院 电子信息与电气工程学院，陕西 商洛 726000
5 西安工程大学 电子信息学院，西安 710600
6 兰州理工大学 计算机与通信学院，兰州 730050
【目的】变形镜（DM）是自适应光学系统中实现波前校正的关键器件，其性能直接决定了系统的波前畸变校正能力。通过研究DM及其控制算法，可以不断改进自适应光学系统的校正能力。该研究一方面可以提高DM的精度和响应速度，使其更好地校正各种复杂的波前畸变，另一方面，可以改进控制算法，提高校正的效率和准确性。这些都将直接影响到自适应光学系统的成像质量和性能，因此，研究DM及其控制算法对于改进自适应光学系统的校正能力、扩展应用领域以及提升成像质量和性能具有重要意义。
【方法】文章旨在梳理国内外关于DM及其控制算法的研究进展，分析不同的控制算法对波前畸变的校正精度，为自适应光学的发展奠定基础。首先以几种典型的DM为例，对DM的建模以及对分离促动器DM、拼接子DM、薄膜DM、双压电DM、微机电系统（MEMS）DM和音圈DM的结构及工作原理进行了详细介绍。接着分析了基于Prandtl-Ishlinskii（PI）迟滞模型的控制算法、解耦控制算法和稀疏采样控制算法等几种控制算法。
【结果】文章总结了西安理工大学在该领域所做的工作，最后指出了未来在该领域的技术突破和改进方向。
【结论】DM及其控制算法的研究为自适应光学的发展奠定了基础，使其应用于更多的领域，进一步提高自适应光学系统的性能。这将有助于改善成像质量，推动自适应光学技术的发展。
变形镜 控制算法 自适应光学 DM control algorithm adaptive optics 光通信研究
2024, 50(2): 22006201
