作者单位
摘要
1 首都师范大学物理系, 北京 100048
2 太赫兹光电子学教育部重点实验室, 北京 100048
本文设计了一种非对称金属十字单元结构, 该结构由沉积于石英基底上的两个相互垂直共面金条构成。传统的金属十字结构中常用的LC谐振和偶极子谐振的辐射损耗较大, 限制了超表面传感器实现高品质因子和高透射率, 故通过打破传统金属十字结构的对称性, 引入类Fano共振效应, 从而使得透射峰灵敏度达到了218 GHz/RIU, 传感器的品质因子达到了78.3。通过分析该超表面的电场和表面电流分布, 探究了Fano共振效应的物理机制, 并进一步研究太赫兹传感器的结构参数对透过谱的影响, 通过调整结构参数优化该传感器的传感性能。最后, 设计了具有不同共振频率的非对称金属十字太赫兹传感器以便后续用于不同种类的微量氨基酸溶液的检测。
太赫兹 超表面 高灵敏度 高品质因子 非对称结构 Fano共振 结构优化 terahertz metasurface high sensitivity high quality factor asymmetric structure Fano resonance structure optimization 
人工晶体学报
2023, 52(11): 2068
朱玉雪 1陈东营 2赵强 2,3,*曲轶 1,**
作者单位
摘要
1 海南师范大学物理与电子工程学院海南省激光技术与光电功能材料重点实验室,海南 海口 571158
2 齐鲁工业大学(山东省科学院)海洋仪器仪表研究所,山东 青岛 266061
3 青岛海洋科技中心,山东 青岛 266237
为了进一步提高传统保偏光纤的双折射,设计了一种高双折射椭圆芯类矩形保偏光纤,该光纤具有一个椭圆芯和两个对称的类矩形应力区。采用数值模拟的方法,全面研究了类矩形应力区的尺寸和纤芯的椭圆度对保偏光纤双折射特性的影响。通过优化参数得到椭圆芯类矩形保偏光纤在1550 nm波长下的双折射为8.0794×10-4,与传统熊猫型保偏光纤的双折射相比增加了近一倍。此外,还研究了所设计光纤在C通信波段(1530~1565 nm)内双折射与波长变化的关系。该光纤结构简单,具有应用于光纤通信和光纤传感领域的潜力。
保偏光纤 保偏性能 模式双折射 结构优化 polarization-maintaining fiber polarization-maintaining performance mode birefringence structure optimization 
光学学报
2023, 43(20): 2006007
张华健 1,3陈珍平 1,3,*刘程伟 1,3杨超 1,3[ ... ]于涛 1,3
作者单位
摘要
1 南华大学 核科学技术学院 衡阳 421001
2 中国核动力研究设计院 核反应堆系统设计技术国家重点实验室 成都 610213
3 湖南省数字化反应堆工程技术研究中心 衡阳 421001
辐射屏蔽设计是反应堆设计的重要组成,面向陆海空天全域的新型核动力技术的发展对辐射屏蔽优化设计方法提出了新需求。采用传统屏蔽结构多目标优化方法处理三维屏蔽结构优化问题时,存在寻优速度慢、难以收敛、全局性差等缺陷,基于第三代非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm Ⅲ,NSGA-Ⅲ),开展面向三维屏蔽结构设计的高维多目标优化方法研究。基于核反应堆三维屏蔽结构模型,以屏蔽层重量、体积和特定区域辐射剂量率为优化目标,开展NSGA-III优化方法的性能对比分析研究。数值结果表明:本文建立的高维多目标优化方法可更高效、稳定地搜寻Pareto前沿解,可为辐射屏蔽设计优化提供新思路。
辐射屏蔽 NSGA-Ⅲ 高维多目标问题 屏蔽结构优化 核反应堆 Radiation shielding NSGA-Ⅲ Many-objective optimization problem Shielding structure optimization Nuclear reactor 
核技术
2022, 45(11): 110603
作者单位
摘要
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
液态燃料熔盐堆的堆芯流量分配设计是其热工水力设计中的重要一环,目的是实现堆芯流量分布与功率分布的匹配,消除堆芯内的热点,而堆芯的水力结构设计对堆芯流量分配起着决定性作用。本研究建立了液态燃料熔盐堆的1/12堆芯模型,使用ANSYS FLUENT16.0软件进行了三维流场数值模拟,通过调节上腔室高度、下降环腔宽度、下腔室结构和流量分配装置进行优化,最终实现堆芯流量分布与功率分布的匹配。结果表明:增加上腔室高度可以平衡内外通道的流量分布差异,改善流量分布均匀性;增加下降环腔宽度可以减缓环腔出口处的下腔室涡流,同时展平流量分布,使流量与功率更好的匹配;增设导流围筒的圆柱型下腔室结构可以更好的抑制下腔室涡流,同时使流量分布更趋于平缓。基于上述分析,最终确定了最优的半椭球型上腔室高度、下降环腔宽度、下腔室几何结构与尺寸等参数,并设置倾斜非均匀孔径分布的导流围筒。以上结果对液态燃料熔盐堆的工程优化设计具有参考价值。
液态燃料熔盐堆 流量分配 结构优化 下腔室结构 计算流体力学 Liquid fuel molten salt reactor Flow distribution Structure optimization Lower plenum structure Computational fluid dynamics (CFD) 
核技术
2022, 45(11): 110601
张佼龙 1,2,*刘益恒 1,3,*邢皓钰 1,2黄河 1,3郭建国 1,2
作者单位
摘要
1 西北工业大学 精确制导与控制研究所,陕西西安70072
2 西北工业大学 微小卫星技术及应用国家地方联合工程实验室,陕西西安71007
3 西北工业大学宁波研究院,浙江宁波15000
为了解决立方星太阳翼在严格尺寸约束下无法实现地面多次解锁试验验证的问题,提出了一种可重复电磁解锁的轻质量、高刚度的太阳翼。首先,提出一种微型铰链式展开机构,具有展开锁定和到位指示功能。其次,提出的电磁解锁机构能够解决压紧释放装置无法多次解锁的问题,具有低冲击,无污染,响应快的特点。最后,对太阳翼基板的尺寸构型和辅助支撑布局进行灵敏度分析与优化。仿真结果表明:太阳翼在优化后质量减轻20%,展开状态下的基频提升16%,满足太阳翼轻质量、高刚度的要求。本文提出的立方星太阳翼经过地面鉴定级振动和冲击力学试验验证以及热真空试验,并且通过八一03卫星完成在轨验证,满足立方星在轨的使用要求,可为后续立方星太阳翼的设计及研制提供参考。
立方星 太阳翼 电磁解锁机构 可重复 结构优化 试验验证 CubeSat solar wing electromagnet unlocking mechanism repeatable structure optimization experimental verification 
光学 精密工程
2022, 30(20): 2446
作者单位
摘要
中国航发北京航空材料研究院3D打印研究与工程技术中心,北京 100095
采用激光选区熔化对316L不锈钢粉末进行点阵结构的增材制造试验,确定了简单立方点阵结构的最小特征尺寸。设计了四种点阵单胞构型,采用Materialise Magics 软件模拟不同点阵单胞构型、填充密度与热交换效率之间的关系,优选出了具有较优热交换效率的点阵单胞构型。在此基础上,按三种不同密度进行填充,采用Materialise Magics软件分别计算点阵结构热交换面积。并按优选的点阵单胞阵型、以三种不同密度对316L不锈钢粉末进行激光选区熔化的增材制造制备。采用微纳计算机断层扫描技术对制备成型后的点阵结构进行三维图形的重构,获得该点阵结构的热交换面积。分别计算并对比热交换效率的数模预测值与实测值可知,316L不锈钢点阵结构热交换效率的数模预测值与实际测试值偏差约为11%。
激光技术 增材制造 点阵结构 热交换器 结构优化 laser technique additive manufacturing lattice structure heat exchanger structure optimization 
激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1914006
杨林 1,2王岩松 1,2,*魏磊 1,2胡自强 1,2
作者单位
摘要
1 山东大学 前沿交叉科学青岛研究院,山东青岛266200
2 山东大学 空间科学研究院,山东威海6409
本文基于增强树脂碳纤维铺层优化设计的方法对某光学卫星的结构热变形进行了优化设计和试验验证。首先分析得到卫星所在太阳同步轨道的外热流数据,然后根据外热流数据及卫星热特性分析计算得到卫星各舱板的高温工况和低温工况的温度载荷分布情况。根据极端工况卫星平台的温度载荷,以铺层角度作为设计变量,分析求得卫星平台相机支腿安装平面的平面度、角度以及整星X/Y/Z 3个方向一阶频率的变化情况。分析数据表明,当θ=40°时相机安装板的蜂窝板面板铺层角度顺序为[90°,+40,0°,-40,-40,0°,+40,90°],载荷安装面热变形最小,整星基频满足运载火箭要求。经过热试验和振动试验验证,该设计方案在热载荷影响下,有效载荷安装面的平面度优于0.05,变化角度优于60″,X/Y/Z方向的一阶基频分别为22,18,49.8 Hz,满足光学相机安装精度及运载火箭对卫星基频的相关要求。
光学卫星 结构优化 铺层优化 热变形 外热流 基频 optical satellite structure optimization laminate optimization thermal deformation heat influx fundamental frequency 
光学 精密工程
2021, 29(5): 1043
殷康程 1,2,3永强 1,3霍银龙 1,2,3谢晓光 1,3,*李小冬 1,3
作者单位
摘要
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春30033
2 中国科学院大学,北京100049
3 中国科学院 国防科技创新天基动态快速光学成像技术重点实验室,吉林长春100
为实现双反射面偏置天线在航天系统中的应用,提出一种基于连杆连接的双反射面偏置天线可展开双轴指向机构设计方案,并研制出原理样机、完成相关试验验证。本文首先针对双反射面偏置天线的特点以及航天系统的特殊要求,分析和对比传统天线指向机构不同构型的特点,完成了双反射面偏置天线指向机构的构型设计;其次通过有限元方法对指向机构进行动力学分析并针对双轴连杆、锁紧释放装置等关键部件进行理论分析与结构优化;最终根据设计方案完成了指向机构原理样机的研制并进行振动试验与振动试验后双轴夹角精度的测量。试验结果表明压紧状态下指向机构一阶基频达到103 Hz,振动试验后双轴夹角精度为21″,满足指向机构设计要求,结构设计合理可行。
双反射面偏置天线 可展开双轴指向机构 结构优化 dual-reflector offset antenna deployable biaxial pointing mechanism structure optimization 
光学 精密工程
2021, 29(3): 582
王安鑫 1,2王梓豪 1麻惠洲 1李春华 1,3[ ... ]康玲 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院 高能物理研究所,北京 100049
2 散裂中子源科学中心,广东 东莞 523803
3 中国科学院大学,北京 100049
从热稳定性和振动稳定性两个角度出发,优化设计得到了超高稳定的刚性支撑架结构;通过ANSYS有限元模态分析,验证了结构的热膨胀变化量和特征频率;采用混凝土二次灌浆方法对支撑架进行地面固定和特征频率测试,结果表明,支撑架结构的特征频率达到61.9 Hz、振动幅值小于30 nm,均满足设计要求。最后采用动态刚度测试方法,得到混凝土二次灌浆层的主要刚度值,进一步验证支撑架结构优化结果的准确性。
高能光源 BPM支撑架 结构优化 结构稳定性 模态测试 动态刚度 High Energy Photon Source beam position monitor support structure optimization structural stability modal testing dynamic stiffness 
强激光与粒子束
2021, 33(4): 044006
作者单位
摘要
1 江苏大学计算机科学与通信工程学院,江苏 镇江 212013
2 安徽大学计算智能与信号处理教育部重点实验室,安徽 合肥 230039
为了解决产生光量子霍尔效应的模型存在的边界态局域较弱和带宽较窄问题,构建了三角复式晶格光子晶体,并利用简约布里渊区中心点的能带简并得到奇宇称的p轨道和偶宇称的d轨道。首先,通过晶胞缩放反转两个轨道的位置,使拓扑相位发生变化。然后,分析了影响拓扑平庸结构带隙和非平庸结构带隙的主要因素。最后,对两种结构的介质柱半径和缩放距离进行了优化计算,找到实现两种结构最大公共带隙的最优参数,可实现的最大相对带宽为24.59%。在最优结构参数的基础上构建边界结构并计算出边界态色散曲线,结果表明,该边界态在有效带宽为0.0435时具有较强的自旋方向锁定和边界电磁场局域效应。
集成光学 光子晶体 轨道反转 拓扑相变 结构优化 integrated optics photonic crystal orbit inversion topological phase transition structure optimization 
激光与光电子学进展
2021, 58(7): 0713001

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