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
1 五邑大学 智能制造学部， 广东 江门 529020
2 暨南大学 物理与光电工程学院， 广东 广州 510632
钙钛矿太阳能电池仅用十年左右的时间将效率提升至认证的26.1%，非常接近晶硅太阳能电池26.81%的认证效率，展现出巨大的产业化潜力。当前，钙钛矿太阳能电池器件效率还在提升，然而在器件制备过程中，钙钛矿太阳能电池的性能受到许多不可分割的因素影响，传统方法往往采用试错的方式来优化钙钛矿太阳能电池的制备工艺，花费了大量的时间。贝叶斯优化是一种全局优化算法，在解决人工智能的黑盒问题方面取得了很大的成功。本文利用贝叶斯优化算法对钙钛矿层涉及到的碘化铅（PbI2）过量百分比、退火温度、退火时间、真空萃取时间四个工艺参数进行优化选择，显著降低了研发成本，缩短了研发时间。通过五轮实验迭代，累计34组工艺条件，制备出了器件效率为23.56%的反型钙钛矿太阳能电池。
钙钛矿太阳能电池 机器学习 工艺优化 高效率 perovskite solar cells machine learning process optimization high efficiency 
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Advanced Optical Precision Manufacturing Technology of Guangdong Higher Education Institutes, Sino-German College of Intelligent Manufacturing, Shenzhen Technology University, Shenzhen, China
2 Han’s Laser Technology Industry Group Co., Ltd., Shenzhen, China
3 Shenzhen Key Laboratory of Laser Engineering, College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen University, Shenzhen, China
4 Shenzhen Key Laboratory of Ultraintense Laser and Advanced Material Technology, College of Engineering Physics, Shenzhen Technology University, Shenzhen, China
We present an effective approach to realize a highly efficient, high-power and chirped pulse amplification-free ultrafast ytterbium-doped yttrium aluminum garnet thin-disk regenerative amplifier pumped by a zero-phonon line 969 nm laser diode. The amplifier delivers an output power exceeding 154 W at a pulse repetition rate of 1 MHz with custom-designed 48 pump passes. The exceptional thermal management on the thin disk through high-quality bonding, efficient heat dissipation and a fully locked spectrum collectively contributes to achieving a remarkable optical-to-optical efficiency of 61% and a near-diffraction-limit beam quality with an M2 factor of 1.06. To the best of our knowledge, this represents the highest conversion efficiency reported in ultrafast thin-disk regenerative amplifiers. Furthermore, the amplifier operates at room temperature and exhibits exceptional stability, with root mean square stability of less than 0.33%. This study significantly represents advances in the field of laser amplification systems, particularly in terms of efficiency and average power. This advantageous combination of high efficiency and diffraction limitation positions the thin-disk regenerative amplifier as a promising solution for a wide range of scientific and industrial applications.
high efficiency high power picosecond laser regenerative amplifier thin-disk laser High Power Laser Science and Engineering
2024, 12(2): 02000e14
1 深圳技术大学 中德智能制造学院 先进光学精密制造技术广东普通高校重点实验室，深圳 518118
2 深圳大学 物理与光电工程学院 深圳市激光工程重点实验室，深圳 518060
3 大族激光科技产业集团股份有限公司，深圳 518103
高功率激光器在工业应用领域的需求不断增长，提高光-光转化效率是降低其生产制造成本的关键途径。针对提高激光器光-光转化效率所面临的增益介质的热负荷问题，利用锁定波长的969 nm“零声子线”泵浦、自主研制的高性能Yb∶YAG薄片晶体和48冲程泵浦系统等，搭建了高效的连续Yb∶YAG薄片激光器系统，实现了最高输出功率373 W，光-光转化效率可达73.37%。其优异性能为后续开展千瓦级超快Yb∶YAG薄片激光器研究奠定了基础。
薄片激光器 多冲程泵浦 Yb∶YAG 高效率 Thin-disk laser Multi-pass pumping Yb∶YAG High efficiency 强激光与粒子束
2024, 36(2): 025021
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Electromagnetics and Acoustics and Department of Physics, College of Physical Science and Technology, Xiamen University, Xiamen 361005, China
2 Department of Electrical and Computer Engineering, National University of Singapore, Singapore 117583, Singapore
3 School of Physical Science and Technology and Jiangsu Key Laboratory of Thin Films, Soochow University, Suzhou 215006, China
Vortex waves with orbital angular momentum (OAM) are a highly active research topic in various fields. In this paper, we design and investigate cylindrical metagratings (CMs) with an even number of unit cells that can efficiently achieve vortex localization and specific OAM selective conversion. The multifunctional manipulation of vortex waves and the new OAM conservation law have further been confirmed through analytical calculations and numerical simulations. In addition, we qualitatively and quantitatively determine the OAM range for vortex localization and the OAM value of vortex selective conversion and also explore the stability for performance and potential applications of the designed structure. This work holds potential applications in particle manipulation and optical communication.
vortex waves cylindrical metagratings vortex localization high-efficiency transmission vortex selective conversion Chinese Optics Letters
2024, 22(3): 033601
大口径镜片由于其面积大、重量重, 加工质量难以保证, 且生产效率极低, 严重限制了此类产品的发展。查阅国内外科技文献, 极少涉及大口径光学镜片相关加工技术研究。目前一般采用的工艺方案还是传统的加工方法, 生产质量难以保证, 且生产效率极低。口径在200~300mm的球面光学镜片的高速加工工艺, 采用镜片进行主动旋转运动, 模具随镜片旋转而从动运动的工艺方式。为得到稳定的加工面型, 对表面成型原理进行了分析, 并对实际生产过程中的工艺因素进行了研究。大口径球面光学镜片加工, 铣磨采用立式铣磨机加工, 工艺时间为30~60s左右; 精磨采用固着磨料金刚石丸片分两道砂W14和W7配套进行, 工艺时间分别定为30s和20s左右; 抛光模具采用聚氨酯抛光片粘接而成, 采用氧化铈抛光粉, 工艺时间为300s左右。将所加工的镜片进行面型检测, 用ZYGO轮廓仪测得镜片的PV值为0.227λ, RMS为0.024λ, 达到了比较理想的加工效果。
大口径 高速加工 光学工艺 成型 玻璃镜片 large-diameter High efficiency machining optical technology molding glass lenses
1 桂林电子科技大学 广西无线宽带通信与信号处理重点实验室, 广西 桂林 541004
2 国电南瑞科技股份有限公司, 南京 211106
针对环境能量收集系统输出电压纹波高以及效率随负载变化等缺点, 提出了一种在宽负载范围内转换效率高且输出电压纹波低的能量收集系统。该系统基于最优化导通时间(OOT)控制方法对输出纹波进行调控, 解决了传统控制方法在小负载电容和轻载情况下纹波较大的问题; 此外, 基于自适应系统时钟频率(ACF)控制方法改善了传统方法在轻载时效率大幅度下降的问题, 实现系统在较宽负载范围内保持较高的效率。采用180 nm CMOS工艺对能量收集系统进行设计验证。仿真结果显示, 所设计的能量收集系统在1 mA负载电流范围内峰值效率为8975%, 最低效率为8375%, 其最低效率比同类系统提高了7个百分点以上; 在02 μF负载电容下纹波从17796 mV下降到2356 mV。
能量收集 宽负载范围 低纹波 高效率 energy harvesting wide load range low ripple high efficiency
1 中国工程物理研究院 应用电子学研究所，四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 高能激光科学与技术重点实验室，四川 绵阳 621900
设计并制备了780 nm大功率半导体激光器的单管和巴条。采用金属有机化学气相沉积技术制备的外延结构，分别使用GaAsP和GaInP作为量子阱和波导层，限制层是具有高带隙的AlGaInP材料。量子阱与波导层带隙0.15 eV，波导层与限制层带隙0.28 eV，抑制了载流子泄露。1.55 μm厚非对称大光学腔波导结构抑制快轴高阶模，同时缓解腔面损伤问题。为进一步提高腔面损伤阈值，利用超高真空解理和钝化技术，在腔面上沉积了非晶ZnSe钝化层。条宽150 μm、腔长4 mm的单管器件，在电流为15 A时，输出连续功率16.3 W未出现COD现象，斜率效率达到1.27 W/A，电光转换效率为58%，慢轴发散角9.9°，光谱半高宽为1.81 nm。填充因子为40%的厘米巴条，在192 A下实现连续输出功率180 W，电光转换效率为50.7%，光谱宽度仅为2.2 nm。
半导体激光器 泵浦源 高效率 腔面光学灾变损伤 硒化锌 semiconductor laser pump source high efficiency catastrophic optical mirror damage ZnSe 强激光与粒子束
2023, 35(11): 111002
