1 上海科技大学物质科学与技术学院，上海 201210
2 中国科学院上海应用物理研究所，上海 201800
3 上海科技大学大科学中心，上海 201210
4 中国科学院上海高等研究院，上海 201210
为解决硬X射线自由电子激光装置难以提供皮秒至纳秒区间时间分辨的问题，提出了面向目前在建的上海硬X射线自由电子激光装置分束延迟的系统设计。采用基于晶体衍射的延迟方法设计分束延迟光学系统，计算了延迟时间范围，模拟了系统光通量，搭建了一台样机并进行了光路对准实验。该设计采用空间分光方式，将入射脉冲分为两个部分，并通过路程差在二者之间引入时间延迟，具体的原理样机设计适用于光子能量在7~11 keV范围，最多能实现-15.4~503.3 ps的时间延迟。使用Shadow模拟了样机设计的光通量，两个分支光通量分别为33.54%和33.64%，符合1∶1的设计目标。使用绿光激光进行了样机的光路对准实验，证明该样机能使空间分光后的两束光重新复合，为后续X射线验证实验提供基础。该设计具有空间尺寸小、延迟范围大、入射能量和延迟时间连续可调的优点，为上海硬X射线自由电子激光装置的分束延迟系统研制提供参考。
光学设计与制造 分束器 X射线光学 自由电子激光 超快光学 时间延迟 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0122002
1 伊犁师范大学物理科学与技术学院，伊宁835000
2 伊犁师范大学新疆凝聚态相变与微结构实验室，伊宁835000
本文基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法，采用第一性原理研究了含Cd空位缺陷CdS和含S空位缺陷纤锌矿CdS的几何结构、能带结构、电子态密度及光学性质。通过计算分析可知，含Cd空位缺陷的CdS体系均为p型半导体，含S空位缺陷的CdS体系跃迁方式均由直接跃迁变为间接跃迁。Cd、S空位缺陷的CdS体系的态密度总能量降低。空位CdS体系相较于本征CdS体系的静介电常数均有提高，并随着空位浓度的增大而增大，Cd空位缺陷体系更为明显，极化能力得到显著提升。空位Cd的CdS体系相较于本征CdS体系在红外波段存在明显的吸收，空位S的CdS体系相较于本征CdS体系在可见光波段存在明显的吸收。
半导体 空位 第一性原理 电子结构 光学特性 CdS CdS vacancy semiconductor firstprinciple electronic structure optical characteristic
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所通用光学定标与表征技术重点实验室,安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学,安徽 合肥 230026
高精度双向反射分布函数 (BRDF) 绝对测量装置可用于星上定标漫反射板等漫反射参照体 BRDF 的绝对测量, 其转角的不确定度是整个装置不确定度的主要来源之一。通过对各部件几何位置的标校降低 BRDF 绝对测量装置转角的不确定度, 可有效降低BRDF 绝对测量的不确定度, 具有重要的意义。根据 BRDF 绝对测量装置的特点, 以串联式六轴机器人为测量工具, 以固定于中空分度盘的积分球光源出射的光束作为指示, 开发了一整套 BRDF 绝对测量装置各部件几何位置的标校方法, 最后基于镜反射实验验证了转角的精度优于 0.05°, 满足应用需求。该方法不仅测量精度高,而且大大简化了装调过程, 实现了无接触式标校, 为类似装置的标校提供了参考。
几何光学 转角不确定度 六轴机器人 双向反射分布函数 标校 geometric optics uncertainty of rotation angle six-axis robot bidirectional reflectance distribution function calibration
1 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院上海高等研究院, 上海 201210
设计了一个以蓝宝石晶体作为布拉格反射镜构成的谐振腔系统,控制X光脉冲辐射束的状态以实现其在一个开放腔中的稳定传输,进而形成振荡。以两块平面晶体布拉格反射镜构成的开放稳定腔系统为模型,通过计算其传输矩阵和分析辐射束横向稳定性条件,得到了谐振腔中两块透镜的焦距和间距的关系。优化该谐振腔系统设计参数使之满足增益最大化条件,即辐射束瑞利长度ZR与电子束聚焦参数Zβ匹配。使用X射线追迹软件SHADOW进行光学追迹模拟。模拟结果显示,辐射束在整个谐振腔系统中传输的单程损耗小于20%,在谐振腔中振荡一个周期后的状态与初始状态虽然有所差异但仍可接受。模拟结果表明了该谐振腔系统光学设计参数的可行性。
光学学报
2022, 42(11): 1134017
为对光时域反射计(Optical Time Domain Reflectometer, OTDR)数据进行去噪处理,提出了一种基于变分模态分解(Variational Mode Decomposition, VMD)与奇异谱分析(Singular Spectrum Analysis, SSA)的去噪算法。首先,对OTDR数据进行VMD分解；然后根据相关系数准则判定有效分量,并采用SSA对与原信号相关系数较小的分量进行处理；再对所有分量求和,得到重构后的信号,从而实现数据信噪比的提高。经实验验证,该算法的去噪效果良好,容易实现,具有较大的实用价值。
光时域反射计 变分模态分解 奇异谱分析 相关系数 OTDR VMD SSA correlation coefficient
西安交通大学 电力设备电气绝缘国家重点实验室, 西安 710049
为了改善脉冲形成网络(PFN)-Marx发生器的输出波形，得到前沿较短、纹波因数尽可能小的输出波形，对单级PFN的特性进了仿真研究，包括PFN中末端电容、末端电感、PFN的阻抗等因素对单级PFN的输出波形的影响；建立了PFN-Marx发生器的整体仿真模型，并对采用耦合电感作为隔离电感和采用分立电感作为隔离电感进行了仿真研究。研究表明：采用耦合电感作为隔离电感可以使各级PFN的充电波形更加一致，效果更好。搭建了一个小型的PFN-Marx发生器，并研究了PFN-Marx发生器中气体开关在不同气压下导通时输出波形的差异，结果表明，升高气压有利于减小PFN-Marx发生器输出波形的前沿持续时间。
脉冲发生器 PFN-Marx发生器 仿真 方波 pulse transformer PFN-Marx generator simulation square wave 强激光与粒子束
2018, 30(5): 055006
西安交通大学 电力设备电气绝缘国家重点实验室, 西安 710049
开关振荡器是宽带高功率电磁脉冲的重要产生方式之一, 以开关激励同轴振荡器为例, 采用理论计算和电磁仿真为主要手段, 从传输线特性阻抗与开关振荡器储能、传输线特性阻抗与天线阻抗关系及传输线特性阻抗和开关导通阻抗关系三个方面进行了研究。研究结果表明: 传输线阻抗越小, 振荡器储能越高; 天线阻抗与传输线阻抗比值越大, 输出信号品质因数越大, 频谱上能量越集中, 带宽越小, 能量效率随比值增大呈现先增大后减小趋势; 传输线特性阻抗很小时, 开关阻抗对输出振荡信号影响增大, 此时随特性阻抗减小, 输出信号中心频率降低, 品质因数减小, 频谱上能量分散, 带宽较宽。
宽带电磁脉冲 开关振荡器 特性阻抗 天线阻抗 开关导通阻抗 wideband electromagnetic pulse switching oscillator characteristic impedance antenna impedance switching on impedance 强激光与粒子束
2018, 30(2): 023001
西安交通大学 电力设备电气绝缘国家重点实验室, 西安 710049
为了提高脉冲变压器磁芯的利用率，需要给脉冲变压器施加退磁电流，使磁芯达到负向饱和点以获得最大的磁感应强度增量。研究了一种工作电压在几十伏的重复频率脉冲复位电路，产生反向脉冲电流，实现磁芯复位。研究了不同复位电容容量和充电电压条件下的磁芯复位效果，发现磁芯复位效果与复位电容所储存的能量具有正相关性。综合考虑脉冲变压器工作的要求，选用较低工作电压和较大复位电容容量的方案。对比分析了有无磁芯复位时硅钢带环形磁芯脉冲变压器的磁化特性，说明了加入复位电路的必要性。试验表明，该复位电路在50 Hz重复频率下可长时间稳定运行。
磁芯复位 脉冲变压器 硅钢磁芯 脉冲复位 重复频率 magnetic core reset pulse transformer silicon-steel magnetic core pulse reset repetition rates 强激光与粒子束
2018, 30(1): 015002
在考虑了太赫兹光非对称解复用器（TOAD）中半导体光放大器（SOA）的增益饱和与恢复效应的基础上，深入研究了超高斯控制脉冲对半导体光放大器的动态增益响应及太赫兹光非对称解复用器开关特性的影响，并与高斯控制脉冲的情形进行了比较。结果表明:相对于高斯控制脉冲而言，超高斯控制脉冲使半导体光放大器的增益转折区减小，显著影响太赫兹光非对称解复用器的开关窗口形状，当信号光相对于控制光时延一定，或环时间非对称性及信号光相对于控制光的全部时延一定时，超高斯控制脉冲都将使太赫兹光非对称解复用器的最大开关比降低。
太赫兹光非对称解复用器 高斯脉冲 超高斯脉冲 开关特性
