1 南瑞集团(国网电力科学研究院)有限公司, 武汉 430074
2 国网电力科学研究院 武汉南瑞有限责任公司, 武汉 430074
3 国家电网有限公司, 北京 100032
4 国网新疆电力有限公司 电力科学研究院, 乌鲁木齐 830063
大型充油设备油箱内部区域发生局部高压放电时, 会使放电区域变压器油瞬间气化并产生爆炸压力波。为了研究上述过程中压力波在变压器油箱内部以及升高座区域的传播特性, 依据实际实验情况建立三维几何模型, 并划分多面体网格, 采用FLUENT软件进行数值模拟。计算过程中通过Profile文件在放电区域加载实际放电能量曲线, 并且通过气液两相流模型考虑气体和液体的可压缩性对其进行计算求解。结果表明：电弧能量4.929 MJ、持续时间58.6 ms情况下, 计算得到升高座顶部监测点压力峰值为1.21 MPa, 油箱左侧顶部位置监测点压力峰值4.62 MPa, 油箱右侧顶部位置监测点压力峰值3.79 MPa; 升高座区域内达到的压力峰值随着距离故障点位置的增加而不断减小。将仿真得到的不同监测点位置压力峰值以及压力变化趋势与实验结果进行对比, 二者具有较好的一致性, 验证了仿真计算模型的有效性。通过数值模拟手段建立油箱内电弧故障放电仿真模型并求解, 可获得油箱及升高座内各位置的详细压力变化曲线及三维空间内压力波传播规律, 能够极大地减少放电实验所产生的人力和物力损耗, 并为变压器油箱内电弧燃爆事故预防提供有效的理论依据。
电弧燃爆 变压器油箱 超压峰值 数值仿真 arc explosion transformer tank peak overpressure numerical simulation
1 兰州大学 核科学与技术学院兰州 730000
2 兰州大学 中子应用技术教育部工程研究中心兰州 730000
3 中国核动力研究设计院成都 610213
中子像转换屏是热中子透射成像技术的关键部件，中子像转换屏的参数严重影响空间分辨率和热中子-光子转化效率两方面的特性。采用Geant4程序模拟热中子透射成像的物理过程及透射光子二维图像，建立了基于LiF（ZnS）和LiF（GOS）像转化屏的热中子透射成像模拟模型和Siemens star像指示器模型，利用线扩散函数（Line Spread Function，LSF）计算空间位置分辨率，获得热中子像转化屏厚度与空间位置分辨率、中子-光子转换效率的关系。基于兰州大学紧凑型D-D中子源的热中子透射成像系统参数，推荐选取LiF（GOS）像转化屏的厚度为40 μm，LiF（ZnS）像转化屏厚度应选取80 μm，热中子透射成像空间分辨率分别可达到45 μm和63 μm，为基于紧凑型D-D中子源的热中子透射成像系统的研发奠定了技术基础。此外，本工作得到的LiF（GOS）、LiF（ZnS）像转化屏优化参数同样适用于其他热中子成像装置，可为热中子透射成像系统的搭建提供了技术参考。
热中子透射成像 像转换屏 空间位置分辨率 光转换效率 Thermal neutron radiograph Image conversion screen Spatial resolution Neutron-photon conversion efficiency
沈阳航空航天大学 电子信息工程学院, 辽宁 沈阳 110163
由于声表面波(SAW)测温技术因具有无源无线的特点而备受研究人员的广泛关注。该技术可应用在电缆接头内部的温度测量中, 但因受电缆接头材料和结构的影响, 使SAW测温信号传递受阻, 严重影响了温度信号的检测。该文基于DWG-630A型电缆接头的结构和材料, 设计了一款可用于电缆接头内部测温的天线。通过其理论分析、仿真及试验验证, 证明该设计切实可行。结果表明, 穿过电缆接头可传递SAW温度信号, 并在工作频段内具有良好的增益和辐射效果。
电缆接头 声表面波温度传感器 天线 cable joints surface acoustic wave (SAW) temperature sensor antenna HFSS HFSS
1 中国科学技术大学生物医学工程学院（苏州），江苏 苏州 215163
2 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，江苏 苏州 215163
单像素成像技术以其较强的弱光探测能力和较宽的工作波段在生物医学成像领域有着广阔的应用前景。通过将单像素成像技术与内窥成像技术相结合，提出两种腹腔镜全彩单像素内窥成像技术方案：一种是RGB三色光源方案将颜色和空间信息分别按时序分配给照明和检测双方，另一种是白光光源方案通过三个探测器同时采集颜色和空间的信息。搭建了两种腹腔镜全彩单像素内窥成像系统，设计了模块化的单像素相机，以多色彩条和肠道模型为成像目标，通过实验从峰值信噪比、结构相似度和成像速度等方面，系统量化分析了两种全彩单像素内窥成像系统的技术指标。实验结果表明，两种方案峰值信噪比和结构相似度接近，而白光光源方案成像速度更快，可以适配各种腹腔镜进行内窥成像，为推动单像素成像在内窥成像领域的应用提供了理论指导。
单像素成像 内窥成像 单像素相机 全彩成像 single-pixel imaging endoscopic imaging single-pixel camera full-color imaging 红外与激光工程
2023, 52(10): 20230077
强激光与粒子束
2023, 35(4): 041003
针对一些光轴稳定性要求较高的高空使用战斗机挂载光电系统，分析了光学系统设计中提高光轴稳定性的几点要素，给出了消热差公式的条件，推导了景深公式，并给出了四种提高途径：采用较大温差范围的光学全被动补偿无热化设计、降低公差灵敏度、提高结构件的刚度和强度、使用景深调焦机构(满足较大作用距离的机载高低空使用要求)。介绍了一种小型机载近红外无热化变焦系统的设计思路。该系统采用光学补偿，有4个透镜组(最后一组为景深调焦机构)，在-55~70℃温度范围内均具有较好的像质、较宽松的公差特性和较好的光轴稳定性。
近红外光学系统 景深调焦 无热化 光轴稳定性 光学设计 near-infrared optical system focusing mechanism for depth of field athermalization optical axis stability optical design
1 吉林东光精密机械厂, 吉林长春 130033
2 长春理工大学光电工程学院, 吉林长春 130022
在航空遥感领域中, 双波段光学系统是最具代表性的光学系统。与单一波段光学系统相比, 双波段系统可以同时探测到背景信号和目标信号, 从而获得更准确的信息。采用离轴反射系统这一方案与折射系统相比, 在满足更长焦距的同时, 又能实现光学系统小型化的目标。本文提出一种基于自由曲面的反射系统作为设计蓝本, 能够获得如下优点: 视场角更大, 光路容易折叠, 系统成像质量高, 能够达到高分辨率成像以及系统的轻量化设计。本文采用动态光学理论对系统初始结构进行求解并通过对系统元件的倾斜与偏移计算获得离轴系统, 系统引入自由曲面获得更加优质的成像质量。系统参数如下: 焦距为 2000 mm, 相对孔径为 1/2, 视场角为 6.×1., 工作波段为 3～5 .m与 8～12 .m, 选用法国 Sofradir公司生产的红外双色焦平面阵列非制冷型探测器; 设计结果表明, 加入自由曲面后系统的成像质量得到了明显改善, 系统在整个工作波段内 MTF值在 14 lp≥0.3。
双波段系统 动态光学 离轴反射系统 自由曲面 轻量化设计 dual-bandsystem dynamic optical theory off-axis reflection free-form surface light weight design
1 中国科学院半导体研究所 半导体超晶格国家重点实验室，北京 100083
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心，北京 100049
3 中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心，北京 100083
提出了一种用于单光子雪崩二极管图像传感器的超高速目标定位处理器。它由一个处理阵列，一个Y特征向量生成器和一个位置计算器组成，能够进行噪声减除和目标定位处理。设计了一种省略了乘法和减法运算的高斯滤波和背景减除法，降低了计算复杂度和硬件资源消耗，并显著地提高了处理速度。整个处理器在FPGA开发板上实现，实验结果表明，该处理器能够以100 000 帧/s的速度实时处理128×128分辨率的脉冲图像，并定位其中的运动物体。本文提出的处理器架构同样可用于其他脉冲图像传感器。
目标定位 现场可编程 单光子雪崩二极管 背景减除 高斯滤波 Object location FPGA SPAD Background subtraction Gaussian filter 光子学报
2022, 51(11): 1104001
1 厦门大学物理学系，半导体光电材料及其高效转换器件协同创新中心，福建省半导体材料及应用重点实验室，微纳光电子材料与器件教育部工程研究中心，厦门 361005
2 厦门市未来显示技术研究院，嘉庚创新实验室，厦门 361005
本文采用分子束外延技术在具有6°斜切角的c面蓝宝石衬底上外延β-Ga2O3薄膜，系统研究了生长气压对薄膜特性的影响。X射线衍射谱和表面形貌分析表明，不同生长气压下所外延的薄膜表面平整，均具有(201)择优取向。并且，其结晶质量和生长速率均随生长气压增大而逐渐提高。通过X射线光电子能谱分析发现，生长气压增大使得氧空位的浓度大幅下降，高价态Ga比例增大，最终使得O/Ga原子数之比接近理想Ga2O3材料的化学计量比值。利用Tauc公式和乌尔巴赫带尾模型进行计算，结果表明随着生长气压的增大，样品的光学带隙由4.94 eV增加到5.00 eV，乌尔巴赫能量由0.47 eV下降到0.32 eV，证明了生长气压的增大有利于降低薄膜中的缺陷密度，提高薄膜晶体质量。
β-Ga2O3薄膜 分子束外延 生长气压 缺陷密度 晶体质量 光学特性 β-Ga2O3 thin film molecular beam epitaxy growth pressure defect density crystal quality optical property
1 厦门大学 物理学系，微纳光电子材料与器件教育部工程研究中心，福建省半导体材料及应用重点实验室，半导体光电材料及其高效转换器件协同创新中心，福建 厦门 361005
2 厦门市未来显示技术研究院 嘉庚创新实验室，福建 厦门 361005
通过模拟仿真对双波长堆叠的c面InGaN/GaN多量子阱（MQWs）发光二级管的载流子浓度、自发辐射复合率以及极化电场等进行了研究。结果表明，通过调节双波长堆叠的InGaN多量子阱的阱层和垒层厚度，可调控载流子特别是空穴在量子阱有源区的分布，实现双波长发光峰比例调制。进而考察了在相同外延条件下生长的半极性面InGaN/GaN堆叠量子阱LED的发光特性。在此基础上，提出基于多波长堆叠InGaN/GaN多量子阱结构的c面和｛1011｝或｛1122｝半极性面混合的单芯片白光LED设计方案，通过调节c面发光光谱在混合光谱中的比例，可获得覆盖大部分可见光波段、色温从4 500~9 000 K可调、且显色指数最高可达91.3的白光。
单芯片白光LED 半极性面 InGaN 极化效应 monolithic white LED semipolarplane InGaN polarization effect
