采用中心波长780 nm、线宽0.13 nm的体布拉格光栅外腔半导体激光作为基频光, 基于Ⅰ类相位匹配的三硼酸锂晶体(LBO), 获得了中心波长为390 nm的倍频光输出, 输出功率30 μW, 转换效率0.01%, 为高功率紫外光束的实现提供了新的技术路线。

对国际上用于单粒子效应(SEE)研究的准单能中子源进行了相关调研, 对产生准单能中子源的7Li(p, n)7Be核反应、装置布局以及表征中子场性质的中子注量率、中子能谱、中子束流轮廓及其均匀性、热中子本底等参数的理论计算及实验测量进行了系统的介绍。进行准单能中子SEE实验要求中子源有较高的中子注量率水平、较大的束流轮廓、较好的束流均匀性以及较低的热中子本底, 并且能测量出精确的中子能谱。对准单能中子SEE实验过程以及三种中子SEE截面的尾部修正方法进行了介绍。

高速摄影的同步照明光源是利用脉冲氙灯作为输出负载的一种高亮度闪光光源。它的驱动电路采用脉冲形成网络PFN电路, 利用Orcad Pspice软件对PFN放电电流仿真, 其仿真结果具有一定的指导意义。电源具有手动触发和同步触发功能, 同时输出脉冲的前沿和后沿具有良好的时间响应, 氙灯充电电压0~3.5 kV可调, 触发信号与光波形延时时间125 μs; 实验结果验证了电源设计原理和技术方案的可行性。

激光器系统中半导体激光器的功率输出稳定度和工作温度有很大的关系, 为了使大功率半导体激光器输出功率稳定, 需要对激光器实现高精度、快速温度控制。针对现有的激光系统中激光器温度控制系统存在控制精度不够高、控制速度慢等问题, 设计了一种温度稳定系统, 采用PT-100热电偶测量激光器温度, 并使用最小二乘法对温度数据进行拟合, 使得温度测量精度达到0.01 ℃; 使用改进粒子群算法优化(PSO)的PID控制器实现温度控制。仿真实验和实际测试表明, 所设计的温度稳定系统能够很好地控制激光器温度, 达到目标温度所需的调节时间小于11 s, 达到稳态后温度波动在±0.02 ℃内。与传统的温度控制方式相比, 所设计的系统能够实现参数自整定并自动调节温度, 对大功率激光系统中激光器温度具有良好稳定效果。

一阶不连续光学元件的磁流变抛光问题是制约我国高精高效光学制造领域发展的难题之一, 其涉及锥形、矩形等几何形貌元件的光学元件加工问题以及常见光学元件的边缘效应控制问题。提出了基于一阶不连续光学元件的磁流变抛光流体动力学方法, 建立了该类元件抛光区域流体动力分析的理论方法和数值手段。首先, 对磁流变抛光工况下的流场进行了合理假设, 其次, 从微元流体动力方程出发, 建立了适用于一阶不连续面形的流场分析方法, 最后, 基于有限差分法和数值迭代方法建立了流场控制方程的数值计算方法。通过对切入距离为1~18 mm的抛光过程进行数值仿真, 发现该方法所获取的一阶不连续面形的压力分布形态是正确的, 产生的不连续压降与实验观测一致。

为探究轴向磁场对纯Ar感应耦合等离子体放电模式转换的影响, 设计并搭建一整套等离子体产生装置展开实验研究, 引入阻抗分析法对放电模式转换进行判断, 并得到了朗缪尔探针法的验证。实验发现, 当气压为10 Pa时, 轴向磁场强度的增加使得E-H和H-E模式转换的阈值功率增大; 同时, 随着轴向磁场的增强, 放电中心区域的电子密度不断降低。初步分析认为, 这是由于带电粒子在洛伦兹力作用下做回旋运动, 导致高能电子在垂直磁场方向上的碰撞减少, 降低了电子密度以及感应耦合效率。进一步分析电子能量概率函数(EEPF)发现, 在E模式下, 轴向磁场对电子运动的约束作用更加明显, 高能电子(>27 eV)所占比例增多, 电子能量分布更加均匀。

人工神经网络是一种强大的非线性数据分析算法, 其中的感知器神经网络第一次被用于处理HL-2A装置上汤姆逊散射系统的电子温度数据。采用输入层、隐藏层和输出层等三层神经网络结构, 输入层为标定数据或测量数据, 隐藏层使用sigmoid函数作为传递函数, 输出层为电子温度值。从数据处理结果可以看出, 该计算方法与传统的χ2最小值方法计算的结果吻合, 能够得到可靠的电子温度数据。而且由于计算温度时采用矩阵计算, 计算速度比使用χ2最小值法提高20倍以上, 为将来利用汤姆逊散射测量的电子温度数据实现等离子体剖面实时反馈控制提供了可能。

基于无人机GPS接收机干扰容限, 分析了GPS超宽谱强电磁脉冲效应机理, 开展了高重复频率超宽谱电磁脉冲干扰机对典型微型无人机的效应试验, 测试分析了在不同位置、不同高度、不同状态、不同飞行模式下无人机GPS接收机的高重复频率超宽谱电磁脉冲干扰效应。试验结果表明, 高重复频率超宽谱电磁脉冲对无人机GPS、图传系统、下视传感器均有不同程度的干扰作用, 导致无人机无法正常起飞、失控等异常现象, 验证了高重复频率超宽谱电磁脉冲干扰GPS接收机的可行性。

在进行高功率微波(HPM)拍波辐射场测量时, 由于常规测量系统中天线、衰减环节、检波器等器件是按照频率设计和进行指标测试的, 当接收包含多个频率分量的拍波信号时, 存在着难以判定和选择对应频率点技术指标的难题。并且由于检波器的非线性特性, 单一检波器用于拍波信号测量时会产生新的拍频信号, 该拍频信号叠加在检波电压包络上, 使得检波电压包络振荡起伏, 给测量带来较大的测量偏差。为解决上述问题, 设计了基于频率分离测量和场强回推叠加的测量方法, 可将拍波功率测量不确定度降低到0.3 dB以内, 适用于HPM微波拍波辐射场高精度测量场合。

对国际电信联盟无线通信部第三研究组干扰与兼容性分析相关的标准文本(建议书、手册、报告等)进行了系统的整理与分析, 介绍了导致无线电信号干扰的主要传播机理, 对于标准文本中干扰与兼容性分析的传播模型进行了简要的介绍, 给出了相关传播模型和标准的最新进展, 对于标准与模型的发展趋势进行了展望。

针对电磁干扰(EMI)导致电子系统关键功能单元行为失效或安全问题, 研究基于供电网络传导耦合的核心可编程集成电路(IC)电磁敏感(EMS)特性。分析典型FPGA供电网络的拓扑结构及其EMI传导耦合机理, 设计基于EMI直接功率注入法的敏感度测试平台, 测试受试芯片供电网络EMI传导耦合时典型功能单元的EMS特性, 获取输入输出端口(IO)、逻辑单元(LE)、内部锁相环电路(PLL)等功能单元的敏感度阈值, 给出LE冗余设计对相应电路EMS特性的影响规律。结果表明, 在10 MHz~1 GHz干扰频率范围内, 供电网络EMI敏感度由高到低依次为PLL, LE, IO, 且IC地网络EMI敏感度高2~7 dBmW, LE冗余设计能有效改善逻辑功能单元电磁敏感度。

为了有效地表征45 nm MOSFET毫米波频段下的电学特性, 研究了其高频等效电路的建模方法。基于45 nm MOSFET的器件物理结构及其导纳参数分析, 通过综合考虑器件的本征物理特性、管脚及测试寄生特性, 提出了一种准静态近似的高频等效电路模型及其参数直接提取的高精度简化算法, 以此来统一表征模型参数从强反型区到弱反型区的偏置依赖性, 并使之在不同偏置条件下的特性表征具有良好的连续性, 以便于移植到商业仿真设计自动化工具中。通过ADS2013仿真工具的散射参数模拟结果与测量数据的一致性比较, 验证了所建模型的实用性及其参数提取算法的准确性, 并表征了45 nm器件的偏置依赖性。

介绍了一种基于AC-Link串联谐振的Buck-Boost变换器拓扑结构, 用状态平面分析法对串联谐振电路在Buck模式和Boost模式下工作过程进行分析。该方法相比于传统的基波等效分析法具有直接、精确和求解简单的特点。给出了详细的推导过程, 提出了一种控制算法。建立了Matlab/Simulink仿真模型, 仿真结果表明, 该控制算法能够实现Buck和Boost的功能, 能够得到稳定的输出电压, 输入电流谐波含量低的特点, 可以实现变换器在较宽的范围内调节输出电压。

为了使速调管陶瓷窗免受大功率微波反射信号的损伤, 延长速调管使用寿命, 要求当前反射信号功率超过阈值后, 系统能够在下一个脉冲到达之前发出报警信号, 进而切断触发信号, 实现对速调管的保护。提出了3种较高性价比、易实施的方案, 即PicoScope虚拟示波器的遮罩报警方案、基于自带检波和报警输出功能的芯片制作反射保护插件以及原功率计的升级改进。创新性地提出“3+1”反射保护响应时间测试法, 并对上述3种方案进行详细测试。最终后两种方案取得较好的结果, 综合考虑后, 将改进型功率计作为最终实施方案。目前该改进型功率计已稳定可靠地上线运行超过1年。

电源监测系统为兰州重离子加速器装置(HIRFL)机器研究、自动调束、深度学习提供重要的实时数据, 在对HIRFL进行EPICS升级过程中, 重新设计电源监测系统, 采用分布式的设计布局, 形成一种由上层、中间件、底层构成的拓展架构, 实现上层数据的中间件处理、下层参数的中间件统一下发, 避免上层非法参数对下层设备的不利影响, 简化下层异常的处理; 为了调束方便, 整合显示界面, 优化不同功能界面上大数据量显示的难题, 提高显示的流畅度; 为了完成数据的后台分析, 搭建非关系型数据库集群, 实现重要数据多副本、实时数据分片多节点存储, 提高数据安全性及数据库读写速度, 避免复杂的数据库表结构设置, 拓展数据库集群优化及节点增加。

铝合金是激光惯性约束聚变(ICF)装置中最常用的结构材料之一, 将直接受到高能量、高产额的中子辐照。评估铝合金材料在14 MeV中子辐照下的活化特性, 可为我国ICF装置的材料选取提供参考。采用FISPACT活化计算软件, 计算并比较了三种不同牌号的铝合金材料在14 MeV中子辐照后产生的比活度和剂量率, 并分析了不同元素对比活度和剂量率的贡献。结果表明, 铝合金的比活度和剂量率在冷却一周之内下降了3个数量级。铝合金的活化主要来自Al元素、Mn元素和Zn元素, 主要活化产物为24Na, 54Mn和65Zn。Al元素在冷却一周内对比活度(剂量率)的贡献大于90%, 其余两种元素在两周之后占主导作用, 其贡献之和超过50%。通过选取低Mn, Zn质量分数的铝合金, 可降低材料在活化后的放射性水平。

为解决基于PC机平台、高达1 GHz采样率下的相关函数计算的实时性需求, 针对中子脉冲序列核信号本身所具有的结构特点, 设计了高速、实时的相关函数计算方法, 实现了采样率为1 GHz的中子脉冲序列核信号的实时相关函数计算。性能测试结果表明, 算法达到了对中子脉冲序列核信号进行相关计算的时间在1 h以内的实时性要求, 使得铀部件质量丰度的实时检测成为可能。