2006年上半年进行了距离为3 200 m的光束传输实验,对到达角起伏进行了24 h昼夜观测.实验中,每分钟进行一次连续测量,每次以1 kHz的信号采样频率连续采集10 s,得到10 000个到达角起伏实验数据,并反映了0.2～500 Hz频段的信息.根据高采样频率下的到达角起伏昼夜观测数据,分析了到达角起伏效应,并通过到达角起伏时间平滑因子,对曝光时间的平滑作用进行了研究.昼夜观测实验结果表明:在天气阴霾、能见度低的情况下,到达角起伏会显著减小;在强湍流区,到达角起伏出现饱和效应,在弱湍流区,到达角起伏的强度随着湍流强度的增加而增强;到达角起伏幅度随着曝光时间的增加而减小,由归一化协方差拟合关系得到的时间平滑因子计算结果与实验直接分析得到的结果一致.

使用功率密度的二阶矩方法和Li提出的平顶光束模型,推导出了非傍轴截断平顶光束的束腰宽度、远场发散角和光束质量因子的解析表达式.计算结果表明:非傍轴截断平顶光束的质量因子不仅与截断参数、光束阶数有关,而且与初始束腰宽度和波长之比有关;当截断参数趋近于0时,远场发散角趋于渐近值63.435°;对于光束阶数为1和截断参数趋于无穷大的特例,计算结果分别退化为非傍轴截断高斯光束和非傍轴无截断平顶光束的结果;功率密度的二阶矩方法可用于截断光束,并克服了光束质量因子的发散困难.

介绍了白天天空背景下,在大气层内用CCD探测恒星可探测极限星等值的计算方法.根据恒星和白天大气背景辐射的对比度,计算和分析了3°×3°视场下,可探测星等极限值随观测高度、太阳天顶角、波段和恒星光谱类型的变化情况.结果表明:可探测星等极限值随观测高度和太阳天顶角的增加接近线性增加;对K和M类恒星,长波波段可探测星等极限值高.在25 km高度、3°×3°视场、太阳视线20°以外,可探测星等极限值可达到6.3等.

采用非自适应坐标变换对聚焦高斯光束在湍流大气中的传输进行了数值模拟,结果显示轴闪烁指数并没有出现如Rytov理论所预言的随初始光束半径的增大而明显减小的现象,其原因在于Rytov近似理论未考虑大尺度湍涡产生的漂移效应对闪烁的贡献.对比数值模拟结果与漂移理论结果以及相关实验结果,三者相吻合,表明未考虑漂移效应的Rytov近似理论不能完全准确地描述聚焦光束的闪烁特征,在研究聚焦光束的闪烁时,应当考虑漂移的影响.

在高斯光强近似下对泵浦LD光强分布模型进行修正,建立了LDA侧面泵浦固体激光介质内热源分布的数值模型.用有限元法计算模拟了三角均匀分布侧面泵浦结构激光棒瞬态温升过程及稳态温度分布情况.讨论比较了泵浦源的高斯强度近似和均匀强度近似下激光棒内温度分布情况,并对激光棒的类热透镜的焦距进行实验测量.实验和数值计算说明了LDA泵浦结构和冷却场的非均匀分布使实际温度场偏离均匀泵浦时的二次曲线分布模型,激光晶体热效应产生的类透镜会聚作用的不对称导致了激光器输出光束质量在x,y方向上的不同.

简叙了双Fabry-Perot标准具在自行研制的测风激光雷达中检测多普勒频移的原理,给出了测风激光雷达系统的参数,对入射光束的入射角和发散角对标准具频谱曲线的影响进行了分析和稳定性实验,结果显示在短期内不稳定性带来的风速测量误差仅为0.016 m/s.测定了双标准具的频谱曲线,通过对标准具频谱曲线的分析显示:测量误差在测量的动态范围内随着速度的增大而增大,随着测量脉冲次数的增加而减少,同时速度的测量误差随着高度的增加而加大,在5 km时最大测量速度误差为0.6 m/s.

介绍了一种综合利用能见度仪、微脉冲激光雷达和光学粒子计数器测量大气气溶胶折射率的新方法.首先使用能见度仪和激光雷达测量出大气气溶胶的消光系数和消光后向散射比,然后使用粒子计数器测量出粒子谱分布,结合气溶胶粒子折射率,根据球形粒子的米(Mie)散射理论,可以得到气溶胶消光系数和消光后向散射比.通过分析消光系数、消光后向散射比、粒子谱分布和折射率之间的关系,结合已知的消光系数和消光后向散射比,反演出大气气溶胶粒子的折射率.

块状介质超连续谱由一系列复杂的非线性过程产生.用两路飞秒泵浦光聚焦到熔石英玻璃上得到两束独立的超连续谱,实验上观察到它们形成的稳定干涉条纹;改变两路泵浦光的时间延迟,得到共线超连续谱形成的频率梳.实验证明,块状介质超连续谱的产生保持了泵浦光的相位锁定关系,泵浦光能量抖动和介质的缺陷都不会对超连续谱的相位带来明显的扰动.

从能量守恒定律出发,建立了朗伯地表对下行辐射的反射作用引起天空亮度变化的解析计算模型.利用射线追踪原理,提出了地表与大气之间多次反射作用的理论模型.引入了一个多次散射的影响因子,并对附加的天空亮度进行了修正.利用混合修正的δ-Eddington近似和互易性原理计算了大气的透射率、反照率以及半球平均反照率.最后计算了地表反照率分别为0.15,0.25和0.35情形下的天空亮度增量,实验测量数据证实了这些结果.结果表明:当地表的反照率不为0时,存在"临边增亮"效应,并且随着地表反照率的增大,这种效应更加明显.

将气液两相耦合模型应用于射流式单重态氧发生器,通过数值模拟和实验的比较验证了该模型的可行性.分析了发生器工作参数对其动力学过程的影响,发现在保持其它参数不变的情况下,氯气和BHP溶液的相对浓度决定了发生器动力学过程的类型.给出了利用氯气吸收速率变化曲线判定发生器动力学过程类型的方法.在原有模型基础上考虑了热效应及其对模型参数的影响,计算了水蒸气的含量.模型改进后,模拟结果更接近于实验值.

提出了超高速摄影仪中弹性支撑转镜模态分析方法,利用有限元法对三面体铝合金转镜刚性支撑和弹性支撑情况下的一、二阶模态进行模拟,结果表明:电驱动转镜在转速工作范围内只有2个临界点,分别位于2.5×105～2.6×105 r/min和2.6×105～2.7×105 r/min处,并且均为一阶弯曲振动,一阶模态振动发生在垂直平面内,二阶发生在水平平面内.将模拟结果与实测值进行了比较,发现假设转镜为弹性支撑与实测值吻合得较好.

用极形态算子优化分形模型,提出了一种复杂背景下的扩展目标分割新算法.首先分析极坐标系中可变尺度形态结构算子的旋转缩放特性,并以此为基础进行极形态运算,再利用最小二乘法提取分形尺度误差进行二值化,然后进行边界跟踪,依据先验知识抑制背景团块,最后保留并填充面积最大的目标团块.仿真实验证明能够有效分割复杂背景下的扩展目标,并较好地保留了目标形状特征.

为了深入认识和理解Z-pinch物理机制并对物理实验进行优化设计,需要研究内爆等离子体及其辐射的时空分布特性诊断技术,建立诊断装置与设备,通过实验研究等离子体内爆时间过程及其空间分布特性,利用所获得的实验诊断数据校核数值模拟程序.简要介绍近几年开展的X光空间积分功率谱测量、X光时间积分针孔照相、X光时分幅针孔照相、X光时间分辨1维空间分布、紫外探针阴影照相等时空分辨诊断技术研究工作,并给出在1～3 MA电流驱动装置上进行的喷气和丝阵内爆实验中获得的部分时空分辨诊断结果,包括辐射功率、拉链速度、内爆速度、收缩比等.

为了探索超热电子束的传输特性,利用光学CCD相机在靶背法线方向测量了光学渡越辐射积分成像图案.实验在100 TW掺钛蓝宝石激光器上进行,飞秒激光与固体靶作用后,靶表面发光信号由空间分辨装置聚焦成像并引到CCD狭缝上.在厚度为20 μm的Ta靶背表面观测到渡越辐射光斑呈现较平滑的圆形结构,而且中心亮度高于周围,这包含了非相干与相干渡越辐射的成分,与理论模拟结果接近;在厚度为100 μm的Ta靶背表面观测到渡越辐射光斑呈现出星状结构,光斑较小,与高能质子发射出现的星状结构极其相似;在复合靶背表面观测到渡越辐射光斑虽然也呈现大致的圆形结构,但光斑较大,而且极不均匀,中间有很明显的光斑分裂.

针对"神光-Ⅱ"装置第九路系统主激光瞄准精度小于等于30 μm和大焦斑辐照均匀性优于10%的要求,提出了靶场终端光学组件的设计结构.应用有限元法对组件关键机械元件和ICF靶室整体进行动静态分析,优化了设计参数.同时与聚焦透镜配合进行数值分析列阵透镜,确定了单元数、曲率和厚度以及单元长和宽等参数.经过实验测试,主激光瞄准精度达到28.9 μm,大焦斑辐照的形状为1 000 μm×500 μm,均匀性为12.0%.

为了研究激光推进技术中激光与材料相互作用的机制,获取等离子体状态参数及力学参数,采用Nd:YAG被动调Q固体激光器烧蚀硬铝,通过激光诱导等离子体光谱技术测得等离子体光谱和温度,由冲量摆测得力学参数.实验结果显示:在激光功率密度0.534×108 W/cm2时,靶材表面的等离子体温度在等离子体辐射过程中呈二次曲线衰减;改变靶材等离子体点燃阈值附近的激光功率密度时,随着功率密度的增加,等离子体温度、冲量耦合系数也随着增大,当功率密度达到靶材的等离子体点燃阈值时,各参数达到最大,此后随着功率密度增加,由于等离子体对能量的屏蔽作用,导致靶材表面的等离子体温度降低,等离子体获得的动能减少,靶材耦合的冲量降低.

对表面热透镜技术测量光学薄膜弱吸收低频调制时不同基底对测量的影响进行了理论分析.用Lambda-900分光光度计测量了K9和石英基底的Ti3O5单层膜的吸收值,将该组样品作为定标片;用表面热透镜装置分别测量了BK7和石英空白基底及HfO2,ZnO两组不同基底不同厚度单层膜样品的吸收.通过分析比较同一工艺条件下镀制的不同基底薄膜样品用与其同种和不同种基底定标片定标测量的结果,表明在低频测量时需要用与测量样品同种基底的定标片定标;不同厚度样品的测量结果表明,在不能严格满足热薄条件时,测量结果需引入修正值.

采用自制的聚氨酯预聚体(PUP)制备聚氨酯(PU)改性TDE-85/ MeTHPA环氧树脂体系,探讨了聚醚二元醇(PPG)分子量的大小、PUP加入量等因素对PU改性TDE-85/ MeTHPA环氧树脂体系力学性能的影响.研究结果表明,PU改性TDE-85/ MeTHPA环氧树脂的拉伸强度和冲击强度随着合成的PUP加入量的增加先呈上升趋势,达到最大值后又开始下降.采用的PPG分子量不同,得到的改性材料的力学性能相差悬殊.当PPG分子量为1 000,PUP质量分数为15%时,改性材料的拉伸强度达到69.39 MPa,冲击强度达到23.56 kJ/m2,力学综合性能显著提高.

物质中的辐射热波的行为一直是人们非常关注的问题.但是由于辐射热传导方程具有很强的非线性,其精确的解析解很难求出.利用微扰论推导出了任意边界净流条件下的边界温度的变化行为和热波传播轨迹的理论公式,并与辐射流体力学程序计算的数值结果进行了对比,结果显示理论计算的热波轨迹与数值模拟的结果符合得非常好.

介绍了光子计数型电荷耦合器件(CCD)的工作原理,标定了2.0～30 keV的探测效率.在超强超短激光等离子体相互作用中,实验用靶为复合靶,分别用Cu+Mo和Al+Cu制作.第1层靶是Cu或Al物质作为电子示踪材料,第2层靶是Mo或Cu物质作为荧光材料,利用光子计数型CCD测量了Mo和Cu的X射线能谱, 同时得到CCD的能量分辨率大于37.该CCD可用于激光等离子体低通量高能X射线测量实验.

在Foulds等人对螺旋槽结构进行深入分析的基础上,考虑了槽区内高次模式对慢波结构高频特性的影响.结果表明:槽宽较小时,结论与其结论吻合较好;槽宽较大时,计算结果与其有较大差别.此外,讨论了螺旋槽结构参数对高频特性的影响,结果表明:除槽宽外的其它结构参数固定时,存在一个最佳的δ/L值,可以获得较弱的色散和较大的横向场幅值,适合做回旋行波管互作用结构.

提出了一种用于高温超导系统的新型星载光控高温超导微波可变衰减器,详细介绍了设计过程,并针对测试结果进行了分析.该衰减器的实质是利用液氮温区高温超导薄膜极低的微波表面电阻和卓越的激光响应特性,实现优良的衰减功能.在器件结构的设计上引入过渡材料和透明有机材料以保证器件良好的接地性能以及激光光束的对准.主要结论如下:光控高温超导微波可变衰减器在液氮温区工作,电路尺寸为12 mm×8 mm×0.5 mm,可单独使用也可集成于高温超导系统中,可大幅减小系统的体积与质量;高温超导衰减器的插损小于0.2 dB,比常规衰减器低1个量级;高温超导衰减器的可变衰减步进值小于0.01 dB,比常规衰减器低1～2个量级.根据激光功率大小对衰减器插损变化特性的影响,该衰减器也可以实现步进式调谐.

利用2维半全电磁PIC程序进行数值模拟,设计了一种C波段磁绝缘线振荡器.该振荡器在阴极电子发射起点加圆环,控制此处电子束的发射密度,来减少电子能量的损耗,改善束-波互作用;逐渐加大慢波结构的后两个叶片的内半径,增大微波群速度,便于谐振腔中的能量输出,提高微波输出效率;采用两个扼流片有效地阻止了微波功率向二极管区泄漏,相应减小了器件的尺寸.当外加电压为430 kV、束流46 kA时,饱和后输出微波平均功率2 GW,频率3.51 GHz,功率转换效率10%.

根据Corkscrew运动的特征,建立了束心Corkscrew运动及其对束流发射度的影响的理论模型,并进行了数值计算,揭示了束心Corkscrew运动造成束流积分发射度增长的一般规律,分析了有关参数对积分发射度的影响.计算结果显示,束心Corkscrew运动是叠加在束心平均偏轴上的一种横向运动,同时也是一种色散效应.虽然束心Corkscrew运动与束心平均偏轴具有很多相同的激励因素,但二者具有截然不同的机理.束流的能散度和初始入射角是Corkscrew运动的两个基本因素,而传输磁场、线圈磁轴倾斜及线圈安装方式对Corkscrew运动的幅度和频率构成较大的影响,并引起束流发射度的增长.只要存在初始入射角、初始入射偏轴或线圈磁轴倾斜中的任何一种因素,就会出现束心偏轴.在数值分析的基础上,针对减小束心Corkscrew运动和束轴的偏心提出了相应的抑制措施.

研究了能谱效应的影响,进行了理想的蒙特卡罗(MC)数值闪光照相.在密度提取中使用了3种不同的吸收系数--MC谱光子平均能量对应的单能质量吸收系数、波恩近似公式谱有效质量吸收系数和MC谱有效质量吸收系数.研究结果表明,使用MC谱有效质量吸收系数有效地减小了密度提取中能谱效应的影响.粗略的波恩谱使密度均方根误差小于1.5%,精确的MC谱则获得了均方根误差小于0.5%的理想结果.

在感应型速调管调制器中使用了纳米晶磁性材料制作大尺寸磁环,使用伏安向量法对材料试样的磁性能进行测量,得到频率为20.03 kHz和50 kHz时的动态磁化曲线、磁导率、磁场损耗等参数.使用脉冲法对成型的大尺寸磁环动态磁性能进行测量,励磁方式和工作中完全一致,在测量脉冲脉宽3.5～4.0 μs,重复频率50 Hz,初次线圈均为1匝,外径220 mm,内径80 mm,高60 mm,截面积4 200 mm2时,得到磁环实际能够达到的伏秒数为0.007 V·s,此时所需的偏磁电流大小为8 A.

研究了低温退火对HgCdTe中波光导探测器γ射线辐照效应的影响.经过剂量为1 Mrad的辐照后,器件的性能下降.对经过辐照的器件进行低温退火,退火温度范围为313～333 K,退火时间在5～16 h之间不等.在相同条件下测量了器件辐照前后及不同退火温度、不同退火时间下的体电阻、响应率、探测率和响应光谱.通过对比辐照前后及不同退火温度下性能参数的变化,分析了退火对器件的γ辐照效应的影响.实验表明:低温退火对辐照引起的性能的下降有一定的恢复作用.

实验测量了诊断中性束(DNB)中H0的4种主要能量成分(全能量,半能量,1/3能量,1/18能量),运用光谱法来分析中性束的束成分所占百分数.根据多普勒效应,中性束中的氢粒子发出的Hα波长偏离本底的Hα波长,波长偏移量与氢粒子的能量相关,从而在光谱仪上得到多峰Hα谱线.通过编写程序并以此对实验的原始谱线进行了初步和精确拟合,最终准确有效地分析出中性束的束成分和束能量.实验测得DNB束流的中性氢粒子的全能量、半能量、1/3能量和1/18能量4种成分分别占15%,42%,35%,8%.

用高温熔融法制备了96GeO-(3-χ)Al2O3-χNa2O-1NaBiO3 (将χ分别为0,0.5,1.5的玻璃命名为A1,A2,A3)和 96GeO-(3.5-ψ)Al2O3-ψNa2O-0.5Bi2O3(将ψ分别为0,0.5,2的玻璃命名为B1,B2,B3)玻璃.观察到样品在1 220 nm处(800 nm 激光二极管激发)的超宽带发光特性(半高宽约250 nm).结果表明,以NaBiO3形式引入Bi5+到玻璃原料中比以Bi2O3形式引入Bi3+到原料中得到的玻璃在1 220 nm处的发光强度大4.6倍,且荧光寿命和荧光半高宽也分别从280 μs和195 nm增加到了434 μs和275 nm.从A3,A2和A1的吸收边带的红移可初步推断出A3,A2及A1玻璃中Bi5+的含量逐步增加.总结吸收光谱与发射光谱的变化规律,认为Bi离子近红外高发射强度和宽荧光半高宽是由Bi5+的发光引起的.在两组玻璃中,热稳定性以及荧光发射截面积与荧光寿命的乘积值和荧光发射截面积与荧光半高宽的乘积值随着Na2O含量的增加而增加.

在研究了诊断中性束(DNB)对控制时序要求的基础之上,针对传统控制系统带来的低可靠性和低集成度等不足,研制了一套DNB时序控制系统:包括主要由PC机和PIC单片机组成的硬件结构,以及在上下位机上开发的软件程序.实验表明该控制系统稳定可靠,为DNB装置投入HT-7实验奠定了良好的基础.

为明确X射线不同方向入射对器件的影响,利用中国测试技术研究院的直流SJ-A X光机产生的X射线,从与垂直80C196KC20单片机表面不同方向角度对单片机进行辐照试验.试验结果显示,随着辐照角度由0°增加到90°,单片机所受的影响逐渐减小,90°时最不明显,表明此种单片机外壳在对其X射线总剂量效应的影响最大,原因在于X射线在不同方向照射时,需要穿过不同厚度的封套材料,X射线在此过程受到的衰减不同.

基于神光Ⅱ物理实验,研究了X射线分幅相机中真空弧放电对荧光屏和微通道板的损害.通过观测放电点在荧光屏上的位置和输出强度,发现X射线分幅相机存在的3种弧放电形式:散弧、强弧和定弧,由弧点位置和强度的时空变化比较了3种放电形式对器件的损害程度和对相机工作状态的影响.散弧在一定真空度条件下具有很好的稳定性,并且微放电不影响XFC正常性能;强弧的屏输出强饱和,MCP和荧光屏被一次性损害,相机无法正常工作;定弧对相机的正常工作没有影响,放电在两种屏压加载下都表现出稳定的趋向.由场致电子发射理论解释了放电机理,分析了弧放电损坏的稳定性,由实验结果推导了定弧的场增强因子.

利用传统光学加工方法,采用陶瓷磨盘和金刚石微粉对国产化学气相沉积(CVD)SiC进行了粗磨、细磨加工;然后,利用颗粒直径从4 μm到1 μm的金刚石研磨膏逐级进行抛光,发现SiC表面存在纳米级划痕;最后,改用颗粒直径为20 nm氧化铝纳米颗粒的碱性水溶液进行抛光,表面粗糙度达到0.6 nm(RMS),表面纳米级划痕得到很好改善,获得了较高表面质量的超光滑表面.

设计了大功率固态调制器的新型固态脉冲开关模块.通过分析电力电子仿真软件Saber中绝缘栅双极晶体管(IGBT)物理模型的概念和等效电路,结合实验数据建立了IXDH20N120型IGBT的模型,研究了Saber环境下,不同参数条件和拓扑结构对调制器电路输出特性的影响.仿真结果表明:动态均压网络在有效地保护开关的同时,可以减少IGBT的开关损耗;电路中器件离散性与系统分布参数会造成调制器输出波形质量下降,效率降低.并对调制器在负载打火情况下,因严重不均流而损坏器件故障的机理作了分析,实验证明仿真结果和分析与实际相符.

采用ING-103型DPF脉冲中子源产生的14.1 MeV脉冲中子对EMI两个不同型号的光电倍增管EMI-9815B和EMI-9850B进行了直照实验.针对DPF脉冲中子源产生中子脉冲的同时也会产生X射线脉冲的特点,采取了飞行时间法及吸收衰减法来消除X射线对中子脉冲的干扰.利用中子及X射线速度的差异,将光电倍增管放置在离源较远的测点位置,测得了X射线脉冲和中子脉冲时间上错开的双峰波形.通过在辐射通道内添加5 cm厚的铅吸收体有效地抑制了X射线峰,在离源较近的测量位置测到了干净的脉冲中子波形.根据实测波形,得到的光电倍增管EMI-9815B和EMI-9850B中子直照灵敏度分别为10-13与10-15量级,该结果与理论计算结果在量级上一致.

设计制作了一个有多通道连接的类似轨道的平行电极结构的开关,给出了开关的结构,对开关内的电场分布做出分析,利用Pspice软件对安装在实验装置中的开关的电压电流进行了计算.实验测得此开关在实验系统中耐压约为500 kV,导通时通过阻值为1 kΩ的水电阻负载的电流为400 A左右.实验所得电压电流波形与模拟结果基本吻合.实验证明此开关具有体积小、更适于平板传输线的结构等优点.

分析了螺旋形爆磁压缩发生器的跳匝现象,考虑了膨胀电枢与定子线圈的交线,采用更加精确的计算模型,得出了更为精确的发生器装配公差表达式,通过计算验证了简化模型的结论可以满足设计要求,并对电枢表面和电枢壁厚等的不规则因素,以及圆管爆轰的边缘效应导致跳匝作了深入的分析计算.结果表明:如果电枢的装配公差合适,则可消除由于电枢和定子之间的轴线偏差导致的跳匝现象;圆管爆轰的边缘效应会导致起爆端部分线匝的磁通损失,因而发生器设计时电枢要比定子线圈长一部分;电枢厚度的径向不均匀分布会引起电枢的不对称膨胀,从而导致跳匝发生.

介绍了Rod-pinch二极管的基本结构和工作原理,采用Laminar模型分析了Rod-pinch二极管中的粒子运动过程及其阻抗特性.考虑背景空间离子电荷的影响,用1维Laminar方程分析Rod-pinch二极管中电子的自箍缩过程,并且利用Magic程序对其中的粒子运动进行数值模拟,求解二极管中的电压和电流,最终得出二极管的阻抗特性,在较低电压下,负极性RPD的性能明显不如正极性RPD.根据临界电流经验公式,初步验证Laminar理论模型的可行性.

采用简化材料状态方程，用1维特征线方法计算了激光驱动冲击波在多层材料中稳定传播的距离。计算结果与用1维三温激光-靶耦合jB程序的数值模拟结果进行了比较，二者符合得比较好。通过计算发现;冲击波在Au中的稳定传播距离受基底厚度的影响很大，稳定传播距离随基底厚度的增加先增大后减小。