诱导空间非相干束匀滑技术的近区特性及改善技术
诱导空间非相干束匀滑技术的近区特性及改善技术
李福建;高妍琦;赵晓晖;季来林;王伟;黄秀光;马伟新;隋展;裴文兵
【摘要】诱导空间非相干技术是面向激光驱动惯性约束核聚变的一种具有自身独特优势的束匀滑方法.然而直接使用诱导空间非相干方法将引起强烈的近区强度空间调制,这将威胁装置的运行安全,并严重限制装置的最大输出能力.这也是该方法应用于聚变级高功率激光装置的主要技术障碍之一.本文介绍了一种通过双透镜滤波系统对诱导空间非相干束匀滑技术导致的近区空间强度调制进行匀滑的技术.利用该技术可以在保留诱导空间非相干束匀滑方法的先天优势(更好的远区匀滑特性)的前提下,获得均匀、稳定的近区强度分布,从而避免高功率激光系统在使用诱导空间非相干束匀滑技术时,因为近区强度不均匀、不稳定导致的器件损伤及输出能力受限.在理论建模和数值分析的基础上,以近区调制度、软化因子和透过率为主要评价指标,对比分析了方形、圆形、高斯型等3种滤波孔在不同尺寸下的近区输出效果,最终给出了一种典型的优化结果:16×16诱导空间非相干分割数、0.8倍衍射极限宽度、方形小孔.此时近区强度分布均匀,同时保证了较好的远区匀滑效果和高的能量利用率.在此基础上,针对装置的实际应用情况,进一步分析了准直误差对近区强度分布的影响,结果表明准直误差小于0.1倍衍射极限便不会影响输出的近区质量.对诱导空间非相干束匀滑方法所得焦斑的模拟分析表明,滤波系统的加入能进一步改善焦斑的低频不均匀性.
【期刊名称】《物理学报》
【年(卷),期】2018(067)017
【总页数】10页(P176-185)
【关键词】诱导空间非相干;束匀滑技术;高功率激光驱动器
【作者】李福建;高妍琦;赵晓晖;季来林;王伟;黄秀光;马伟新;隋展;裴文兵
【作者单位】中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所, 上海 201800;上海交通大学, IFSA 协同创新中心, 上海 200240;中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所, 上海 201800;中国科学院上海光学精密机械研究所, 高功率激光物理联合实验室, 上海 201800;上海交通大学, IFSA 协同创新中心, 上海 200240;中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所, 上海 201800;中国科学院上海光学精密机械研究所, 高功率激光物理联合实验室, 上海 201800;中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所, 上海 201800;中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所, 上海 201800;中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所, 上海 201800;中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所, 上海 201800;中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所, 上海 201800
【正文语种】中文
1 引言
聚变能是解决人类未来能源问题的重要途径之一,实现可控聚变主要有两种方案:惯性约束聚变与磁约束聚变,目前两者都面临着严峻的技术挑战[1,2].在激光驱动惯性约束核聚变实验中,需要通过聚焦激光得到极高的能量密度.为了控制激光与等离子体相互作用,又需要得到均匀性好的激光辐照场[2].在具体的高功率激光装置中,如果不采取束匀滑措施,因为光路中的相位畸变,焦斑形态将会很不规则,激光辐照的均匀性将难以控制.诱导空间非相干技术(induced spatial incoherence,ISI)是Lehmberg和Obenschain[3]于1983 年提出的一种束匀滑方法[4,5],使用在KrF
激光器上,得到了均匀性极好的焦斑[6].但是使用ISI技术得到的光束在光路中存在时空上的强度跳变,这种强度跳变一方面严重影响了装置的运行安全,另一方面影响了装置的放大输出能力[7].ISI可以分为两种:第一种使用低时间相干性的宽带光源,通过两个阶梯状的反射镜将光束分割为有时间差的、互相不相干的子光束;第二种使用放大的自发辐射(ampli fied spontaneous emission,ASE),通过在前端增加小孔来改变靶面的光场分布,理论上,靶面的光场形态与小孔的形态相同.尽管第二种ISI系统简单,但是多模ASE光束在传播中会出现光强和近区强度分布的快速随机变化[8,9],低时间相干性和低空间相干性的近区耦合重叠作用使得输出光束的时间品质和空间强度分布品质较难保证.而第一种ISI所得到的光束将近区和远区特性分离,其平稳性好于第二种ISI.理论分析表明,同时使用阶梯状反射镜式ISI与连续相位板(continuous phase plates,CPP)[10−12]可以使焦斑达到极好的匀滑效果.其中ISI 可以理解为时间匀滑装置,CPP可以理解为空间整型装置.相比于其他束匀滑技术[13−15],ISI+CPP束匀滑技术具有自身独特的优势.在空间尺度上,ISI+CPP可以通过合适的CPP设计来获得完全平整的焦斑与完美的轮廓.在时间尺度上,ISI+CPP匀滑得到的焦斑的散斑分布则会随着时间快速跳变,每过一个相干时间,焦斑的散斑分布就会发生重构.这种重构,一方面消除了强度分布的时间积分中的散斑,另一方面,快速的强度跳变,类似于延迟尖峰脉冲序列匀滑方式(spike trains of uneven duration and delay,STUD),能进一步抑制激光与等离子体相互作用过程中的不稳定性的发展[16,17].但ISI方法也有其劣势,其中之一就是ISI处理导致的严重近区调制.经过ISI处理后的光束在传播过程中,因为子光束宽度很小,光传播的衍射效应更加明显,这将引起强度的空间调制,对激光的传输放大过程极为有害.为了消除这种强度空间调制,可以在前级增加一个双透镜滤波系统.本文通过理论分析与计算模拟,对双透镜滤波系统对诱导空间非相干结合连续相位板的束匀滑方式导致的近区调制的抑制效果进行了深入、系统的分析与评估.
2.1 ISI+CPP匀滑方法
在高功率激光系统中,焦斑的不均匀性源于光的干涉.因为系统中的误差以及放大光路引入的波前畸变导致在焦平面处不同光程差的子束发生干涉,导致最终焦斑形态不是理想的夫琅禾费衍射,甚至是不规则的.如果能够减少光的干涉现象,就能得到匀滑的焦斑.在ISI中,通过两个互相垂直放置的、侧视图如图1形态的反射镜,将光束分割为一个个子光束.其中第二个反射镜的阶梯高度应该是第一个反射镜的总高度.本文中称ISI将光束分割的子束个数为ISI分割数,例如8×8分割的ISI中,子光束共有64束,8×8代表横纵方向上各分割出8个子光束.
图1 阶梯状反射镜引入时间延迟示意图Fig.1.Schematic of stair-like echelon inducing time delay.
使用ISI方法得到的子光束间都存在时间延迟.如果时间延迟大于光源的相干时间,就可以认为子光束相互不相干,当积分时间足够大时,它们在焦平面强度叠加.如果认为子光束的传播不受波前畸变影响,那么每个子光束在焦平面都会形成一个相同的夫琅禾费衍射像,强度叠加后,形态不发生变化.但这样得到的焦斑形态仍然不是大多数物理实验所追求的“平顶分布”焦斑.控制焦斑形态一般通过使用连续相位板,联用ISI与CPP得到的焦斑的不均匀性随积分时间变化满足方程:
其中σinf是经无穷长匀滑时间最终焦斑强度分布的均方根(root mean square,RMS),σ0=1,是初始强度分布的RMS,σ(T)是经T的匀滑时间得到的焦斑强度分布的RMS,T代表匀滑时间,其单位是相干时间(coherence time,CT).其中σinf 可以通过好的CPP设计方法减小到接近0.固定σ0与σinf,系统RMS达到要求所需的匀滑时间与光束的相干时间成正比,增大激光的带宽,便能获得更快的匀滑速度.(1)式不仅仅是ISI+CPP匀滑系统的RMS时间函数,同时对谱色散匀滑也成立
然而使用阶梯状反射镜来分割光束仍然存在问题.经过ISI阶梯状反射镜后,光束分割为不相干的子光束.这些子光束的衍射效应因为光强叠加而得以显现.图2给出了0.4m宽,8×8分割的光束在传播20 m距离后的强度分布,设原光束强度为1.此时强度出现空间调制,最大强度达到了原来的1.8倍以上.
图2 0.4 m宽、8×8分割的光束在传播20 m距离后的强度分布Fig.2.0.4 m width,8×8 ISI division beam intensity distribution after a propagation length of 20 m.
因为强度的空间调制对应着空间频率域的高频成分,所以可以通过双透镜滤波系统抑制强度的空间不均匀性,同时实现扩束.其示意图如图3所示.其中的1是入射的瞬时宽带光;2,3是ISI中引入光程差的阶梯状反射镜;凸透镜4、小孔5和凸透镜6构成一个双透镜滤波系统;用dij表示平面i与平面j的距离(i,j可取为4,5,6,7);f4,f6表示透镜4与6的焦距;用r表示缩放倍数,则有d45=f4,d56=f6=rf4.平面7是平面4的共轭平面.平面8处依次放置倍频晶体、连续相位板、聚焦透镜.使用同上的表示方法,由菲涅耳衍射定律[19],平面7的位置可表示为
因为实际透镜焦距不能太小,一般平面7位置会比较远,为节省空间,放大器将放置于平面7前,这将要求对光束传播衍射效应有严格的控制.
图3 ISI+CPP束匀滑系统示意图Fig.3.Schematic of ISI+CPP beam smoothing system.
2.2 经过双透镜系统的ISI近区强度分布的计算
使用ISI时,不同的小区域的子光束是不相干的,所以近区的强度分布是所有子光束的强度分布的叠加.双透镜系统中,第一个透镜的焦距通过适当选取以在平面5获得合适的衍射极限.对衍射极限,有关系式[19]:
其中DL表示ISI分割后单个子光束在平面5的衍射极限(diffraction limit,DL),M 表示ISI分割数,D表示光束总宽度.
单独考虑某子光束,在加入小孔5后,平面7处的电场强度分布可以通过平面4电场强度滤波后按比例放大并旋转得到.考虑到使用对称分布光束,忽略旋转,那么,在平面4的第m行n列的方形子光束经过双透镜滤波系统后在平面7的电场U7mn(x,y)可以通过如下方程计算:
其中U4mn(x,y)表示平面4上第m行n列的方形子光束的电场强度分布;λ表示激光的波长;AP(ξ,η)表示滤波孔的透过率分布;ξ,η,x,y代表相应平面上的横纵坐
标;ap(x,y)代表AP(ξ,η)的二维傅里叶变换;是滤波后的结果;*代表卷积. 通过(4)式,给定AP(ξ,η)后,依次求出ap(x,y)与而后便能得到平面7处的场分布U7mn(x,y).
因为ISI光束间强度叠加,用I7(x,y)代表平面7处的总光强分布,则有
进一步利用角谱方法可以计算出与平面7距离为z的平面上的总光强分布:
其中I(x,y,z)表示坐标为x,y,z的点的光强;hz(x,y)表示光场自由空间传播距离z的脉冲响应函数.在计算机模拟中,可以使用角谱法计算,与单步菲涅耳衍射法不同,此方法能够改变计算所得区域的大小[20].
高功率激光系统为了实现最大的输出能力和保障装置的运行安全,其近区强度分布要求具有尽可能好的均匀性和尽可能高的边缘陡峭性.同时,为了保障装置的最大输出能力和提升放大链的能量利用率,要求所有技术单元具有尽可能高的透过率.本文
中引用以下3个评价参数作为滤波方法设计优化的评价依据:
A为调制度,定义为光束中心区域最大值与平均值的比值.其中中心区域定义为原光束区域中心的方形区域,其边缘强度是平均值的0.9倍.
B为软化因子,即过度区域宽度/总宽度,过度区域宽度定义为从0.1倍平均光强上升到0.9倍平均光强的宽度,总宽度由0.1倍平均光强的位置决定.
C为透过率,是近区滤波前后光束范围内包含的能量的比值的倒数.
在计算这些参数时,不需考虑扩束过程.当滤波小孔尺寸很小时,单个子光束形态是很宽的高斯型光束,光强叠加后,总光束的光强也接近高斯型.而滤波孔尺寸大时,将出现衍射引起的如图2的强度空间调制.为了得到平均的总光强分布同时减小能量损失,通过计算机模拟选取合适的小孔尺寸与形状.
3 ISI滤波系统设计
设计光束原宽度为0.04 m,经过双透镜系统扩束为0.4 m,假定入射场为理想方形光束,通过ISI引入光程差后分为不相干的小方形光束.
考虑使用3种小孔进行滤波:方形、圆形和高斯型小孔(软边小孔).其中高斯型小孔振幅透过率分布为exp(−ρ2/w2),ρ为半径,w为常数.ISI分割后的子光束将在不同时刻抵达靶平面,这将影响到光束的波形.为了减小对光束脉冲波形的影响,ISI分割数不能过大.假设倍频后获得10 nm带宽,527 nm的2倍频瞬时宽带光[21],其相干时间为93 fs.如果使用32×32的ISI分割,将至少引入0.095 ns的时间延迟,这将增加需要的匀滑时间,并引起脉冲前后沿畸变.为了得到小于100 ps的脉冲前后沿畸变,ISI分割数最好选为16×16或更小.
3.1 传播距离对近区光强分布的影响
ISI分割数越大,引入光程差后的子光束宽度越小,其衍射效应越明显.理想滤波效果应使光束强度分布在放大光路中几乎没有变化.图4给出了使用高斯型软边小孔,ISI 分割数为16×16时不同滤波孔尺寸下光束调制度随传播距离的变化.可以看到当小
孔尺寸(w)小于0.6 DL时,在200 m范围内调制度几乎不变,此时的光强分布也几乎不变.所以设计中小孔参数w应小于0.6 DL.类似的模拟显示,为了保持调制度在200 m范围内不变,圆形小孔半径需要小于0.6 DL,方形小孔边长的一半需要小于0.6 DL.考虑到实际上使用的小孔尺寸不能太小,所以通过调整透镜焦距使DL=1 mm.设计中,原光束宽度为0.04 m,在ISI分割数为4×4时,这要求图3中,f4=8 m,8×8时,f4=4 m,16×16时,f4=2 m.为了缩短系统长度,选取16×16的ISI分割数更好,同时,想要达到理想的匀滑效果,使用16×16的ISI分割数也是有必要的.此时有d67=220 m,只要w小于0.6 DL便能保证放大光路内光强分布不因传播而发生明显变化.
图4 0–200 m传播距离时调制度随小孔大小的变化(此时使用的小孔是高斯型小孔)Fig.4. Variations of modulation degree with size of aperture after propagation distance 0–200 m with Gaussian shape aperture used.
3.2 ISI分割数与小孔形状对近区光强分布的影响
以方形小孔为例,研究ISI分割数为4×4,8×8和16×16时,调制度、软化因子和透过率的变化.根据3.1节的结论,当小孔尺寸(方形小孔边长一半)小于0.6 DL时,光强分布几乎不随距离变化,所以选择小孔尺寸为0.2 DL–0.6 DL,其模拟结果见图5(a)–(c).可以看到使用相同的滤波孔,随着ISI数的增大,调制度变小,软化因子变小,透过率略微增大.根据调制度,使用不同ISI分割数时,最优的方形小孔尺寸都是0.4 DL.为了获得更好的近区均匀性与能量利用率,应当使用16×16的ISI分割.
图5 在不同ISI分割数下 (a)调制度,(b)软化因子,(c)透过率随小孔尺寸的变化(其中小孔使用方形小孔)Fig.5.(a)Variations of modulation degree with size of aperture;(b)variations of softening factor with size of aperture;(c)variations of transmittance with size of aperture,with square apertures used here.
选取ISI分割数为16×16,对高斯形、圆形、方形3种不同的小孔形态的滤波效果
进行研究.选取小孔尺寸在0.2 DL–0.6 DL间变化,为了维持低的不均匀性的同时减少损失能量,小孔尺寸应该选择在调制度快速增加的转折点上,计算结果如图6.
图6 (a)调制度随小孔尺寸的变化;(b)软化因子随小孔尺寸的变化;(c)透过率随小孔尺寸的变化Fig.6.(a)Variations of modulation degree with size of aperture;(b)variations of softening factor with size of aperture;(c)variations of transmittance with size of aperture.
图6(a)列出了对应这3种形态的小孔的调制度随小孔尺寸的变化.可以看出对不同的小孔形态,调制度达到最优所需的小孔尺寸有所不同.在小孔小时,3种情形调制度都接近为1.随着小孔半径的增加,使用高斯型软边小孔时,调制度在0.3 DL便开始快速增加,而使用另外两种小孔时,则在0.4 DL才开始增加.但高斯型小孔调制度增加得更慢.最终对高斯形、圆形、方形3种小孔选择小孔尺寸分别为0.3 DL,0.4 DL,0.4 DL,此时的中心区域调制度都小于1.1.图6(b)给出了软化因子与小孔尺寸的关系,其中的阶梯形状来自于有限的分辨率.软化因子随着小孔增大而减小.在图6(a)选取的最优小孔尺寸的3种情况下,其软化因子分别为0.11,0.10,0.08,其中方形小孔的数值最小.从图6(c)可以看出,对应3种类型的小孔,透过率都随着孔大小的增加而增加.3种最佳情况的透过率分别为0.17,0.48,0.56.其中方孔的透过率最高,而高斯型软边孔因0.3 DL的尺寸过小,透过率极低.这些结果被汇总在表1中.
根据以上模拟结果,相较其他情形,使用16×16的ISI分割数与宽度为0.8 DL的方形小孔,滤波后光束能够同时获得更好的均匀性、更陡的边缘与更高的透过率.
表1 不同形态小孔对应的近区强度分布参数比较Table https://www.wendangku.net/doc/a019202675.html,parison of intensity distribution parameters with different shapes of aperture at optimal aperture size.小孔形态最优大小/DL 调制度A 软化因子B 透过率C高斯型 0.3 1.08 0.11 0.17圆形 0.4 1.05 0.10 0.48方形 0.4 1.04 0.08 0.56
3.3 准直误差对近区光强分布的影响
实际操作中,光束焦斑通过小孔5时可能会出现一定偏差,即准直误差.为了分析准直误差带来的影响,假设准直误差在x和y方向上分别为dξ,dη,这与将小孔偏置
dξ,dη效果相同,即将(4)式中AP(ξ,η)替换为AP(ξ−dξ,η−dη).根据傅里叶变换平移定理,此时有
其中ap2(x,y)表示AP(ξ− dξ,η − dη)的二维傅里叶变换,其余符号含义与(4)式中相同.可见只需要在(4a)式的计算中额外乘一个相位因子,便能得到有准直误差的情况下的光场分布.只考虑一个方向上的误差,在最佳设计的基础上,对不同的准直误差量,计算近区分布评价参数,结果见图7.
图7 使用0.8 DL宽度方形小孔时(a)调制度,(b)软化因子,(c)透过率随准直误差的变化Fig.7.When using 0.8 DL square aperture:(a)Variations of modulation degree with offset of aperture;(b)variations of softening factor with offset of aperture;(c)variations of transmittance with offset of aperture.
由图7(a)可以看出,直到准直误差达到0.5 DL,调制度的增大都不明显,仅从1.04增大到了1.06,这意味着光束的近区均匀性保持良好.图7(b)显示了准直误差对软化因子的影响.在0.2 DL的准直误差内,软化因子增大不明显,继续增加准直误差,则软化因子开始加速增大,其阶梯形状来自于有限的分辨率.图7(c)表明透过率随着准直误差的增加而减小,当准直误差为0.1 DL时,透过率由0.56降低到0.54,约降低4%.综上所述,一直到0.1 DL的准直误差都不会明显影响近区均匀性与能量利用率.本文中设计使1 DL=1 mm,0.1 DL对应0.1 mm,准直误差小于此值是没有问题的.
3.4 滤波系统对ISI+CPP匀滑效果的影响
经过前面设计的双透镜滤波系统后,子光束形态变成了衍射斑状.对于ISI+CPP的匀滑方式,这意味着焦斑强度分布将会有所变化.假设图3进Gerchberg-Saxton(G-S)算法得到的CPP板,计算了使用ISI+CPP和使用ISI+CPP并加入空间滤波系统的
两种情况下最终的焦斑形态,见图8,其中图8(a)和图8(c)是未使用空间滤波系统时的近区强度分布与焦斑,RMS=0.047,图8(b)和图8(d)是使用0.8 DL宽的方形滤波孔滤波系统时的近区强度分布与焦斑形态,RMS=0.018,图8(e)是两种情况的归一化空间谱强度.
图8 (a)无滤波系统时的近区分布;(b)使用最优空间滤波系统时的近区分
布;(c)ISI+CPP,无滤波系统时的焦斑;(d)ISI+CPP,使用最优的空间滤波系统时的焦斑;(e)归一化空间谱强度Fig.8.(a)Near field intensity distribution without filter system;(b)near field intensity distribution with optimal filter system;(c)focal spot using ISI+CPP without spatial filter system;(d)focal spot using ISI+CPP with optimal spatial filter;(e)normalized spatial spectral intensity.
由图8(c)与图8(d)比较可发现,在使用滤波系统后,焦斑的不均匀性变低,同时强度调制转向了高频段.在图8(e)中也能观察到这种趋势.这是因为不使用滤波系统时,子光束强度分布集中在对应的小方形区域内,宽度小,所以远区散斑尺度大(横向散斑尺寸与近区宽度成反比).强度叠加后散斑尺度不会发生变化,所以高频调制不明显;同时大尺度的散斑更加难以通过强度叠加得到匀滑,所以此时焦斑中存在明显的低频不均匀性.而在增加滤波系统后,子光束呈衍射斑状,其分布范围变大,所以远区散斑尺度变小,小尺度的散斑的叠加效果更好,不均匀性向高频方向移动,整体均匀性更
好,RMS变小.
4 结论
为了降低诱导空间非相干技术引起的近区强度空间调制,本文提出了一种使用双透镜滤波系统消除ISI匀滑系统近区不均匀性的方法.通过理论计算与数值模拟,在3种滤波空形态中选择了最优设计.结果表明,与圆形小孔与高斯型软边小孔相比,使用宽度为0.8倍衍射极限的方形滤波孔时光束的近区调制度更低,软化因子更小,透过率更高.对准直误差的进一步模拟显示,控制光束准直误差在0.1倍衍射极限内便能
保证近区光强分布均匀.使用双透镜滤波系统将影响到最终焦斑形态,计算表明,当使用ISI与G-S方法设计得到的常规连续相位板时,加入双透镜滤波系统能够获得均匀性更好的焦斑.
参考文献
【相关文献】
[1]Deng B Q,Li Z X,Li C Y,Feng K M 2011 Nucl.Fusion 51 073041
[2]Atzeni S,Meyertervehn J 2004 The Physics of Inertial Fusion:Beam Plasma Interaction,Hydrodynamics,Hot Dense Matter(Oxford:Clarendon Press)
[3]Lehmberg R,Obenschain S 1983 https://www.wendangku.net/doc/a019202675.html,mun.46 27
[4]Lehmberg R,Schmitt A,Bodner S 1987 J.Appl.Phys.62 2680
[5]Grun J,Emery M H,Manka C K,Lee T N,Mclean E A,Mostovych A,Stamper J,Bodner
S,Obenschain S P,Ripin B H 1987 Phys.Rev.Lett.58 2672
[6]Obenschain S P,Bodner S E,Colombant D,Gerber K,Lehmberg R H,McLean E
A,Mostovych A N,Pronko M S,Pawley C J,Schmitt A J,Sethian J D,Serlin V,Stamper J
A,Sullivan C A,Dahlburg J P,Gardner J H,Chan Y,Deniz A V,Hardgrove J,Lehecka T,Klapisch M 1996 Phys.Plasmas 3 2098
[7]Donnat P,Gouedard C,Veron D,Bonville O,Sauteret C,Migus A 1992 Opt.Lett.17 331
[8]Goodman J W(translated by Qing K C,Liu P S,Cao Q Z,Zhan D S)1992 Statistical Optics(Beijing:Science Press)p41(in Chinese)[顾德门 J W著(秦克诚,刘培森,曹其智,詹达三译)1992统计光学(北京:科学出版社)第41页]
[9]Dainty J C 2013 Laser Speckle and Related Phenomena(Berlin:Springer
science&business Media)p19
[10]Kato Y,Mima K,Miyanaga N,Arinaga S,Kitagawa Y,Nakatsuka M 1984 Phys.Rev.Lett.53 1057
[11]Marozas J A 2007 J.Opt.Soc.Am.A 24 74
[12]Li P,Wang W,Zhao R C,Geng Y C,Jia H T,Su J Q 2014 Acta Phys.Sin.63 215202(in Chinese)[李平,王伟,赵润昌,耿远超,贾怀庭,粟敬钦 2014物理学报 63 215202]
[13]Skupsky S,Short R W,Kessler T,Craxton R S,Letzring S,Soures J M 1989 J.Appl.Phys.66 3456
[14]Rothenberg J E 1995 Solid State Lasers for Application to Inertial Con finement
Fusion(ICF)2633 634
[15]Jiang X J,Li J H,Wu R,Zhu Z T,Zhou S L,Lin Z Q 2013 J.Opt.Soc.Am.A 30 2162
[16]Afeyan B,Huller S 2013 arXiv:1304.3960[physics.plasm-ph]
[17]Albright B J,Yin L,Afeyan B 2014 Phys.Rev.Lett.113 045002
[18]Regan S P,Marozas J A,Kelly J H,Boehly T R,Donaldson W R,Jaanimagi P A,Keck R
L,Kessler T J,Meyerhofer D D,Seka W 2000 J.Opt.Soc.Am.B 17 1483
[19]Goodman J W 1996 Introduction to Fourier Optics(New York:The McGraw-Hill Companies)p66
[20]Schmidt J D 2010 Numerical Simulation of Optical Wave Propagation with Examples in MATLAB(Washington:SPIE)p124
[21]Eimerl D,Milam D,Yu J 1993 Phys.Rev.Lett.70 2738
光电信息技术
光电信息技术是将电子学与光学浑然一体的技术，是光与 电子转换及其应用的技术。从广义上讲，光电信息技术就是在光频段的微电子技术，它将光学技术与电子技术相结合实现信息获取、加工、传输、控制、处理、存储于显示。检测是通过一定的物理方式，分辨出被测参数量并归属到某一范围带，以此来判别被测参数是否合格或参数量是否存在。测量是将被测的未知量与同性质的标准量进行比较，确定被测量对标准量的倍数，并通过数字表示出这个倍数的过程。 光电检测系统具有光发射机、光学信道和光接收机这一基本环节。通常分为主动式和被动式两类。 光接收机分为功率检测接收机和外差接收机，功率检测接收机也称作直接检测接收机或非相干接收机。 光载波与被测对象相互作用而将被测量载荷到光载波上，称为光学变换。光学变换可用各种调制方法来实现。光信息经光电器件来实现由光向电的信息转换，称为光电转换。 广电系统：光源--光学系统--被测对象--光学变换--光电转换--电信号处理--存储、显示、控制。 光电效应分为外光电效应与内光电效应。 光生伏特效应：由于光照而在PN结两端出现的电动势。光热效应：某些物质在收到光照射后，由于温度变化而造成材料性质发生变化的现象。 热电检测器件有热释电检测器、热敏电阻、热电偶、热电堆。特点：1.响应波长无选择性。2.响应慢。 光电检测器件的特点：1.响应波长有选择性2.响应快。光电检测器件的特性参数：1.响应度2.光谱响应度3.积分响应度 4.响应时间5.频率响应6.热噪声7.散粒噪声8.信噪比 9.线性度10.工作温度。 光敏电阻设计原则：由于光敏电阻在微弱辐射作用情况下光电导灵敏度Sg与光敏电阻两电极间距离L的平方成反比，在强辐射作用情况下光电导灵敏度Sg与光敏电阻两电极间距离L的二分之三次方成反比，因此Sg与两极间距离L有关。为了提高光敏电阻的光电灵敏度Sg，要尽可能的缩短光敏电阻两极间的距离L。 光电电阻特点：1.光谱响应度范围相当宽。2.工作电流大，可达数毫安。3.所测的光电强度范围宽，即可测弱光，也可测强光。4.灵敏度高，通过对材料、工艺和电极结构的适当选择和设计，光电增益可以等于1. 5.无选择极性之分，使用方便。 光敏电阻特性参数：1.光电特性2.伏安特性3.频率特性4.温度特性5.时间响度。 热敏电阻特点：1.热敏电阻的温度系数大，灵敏度高。2.结构简单，体积小，可以测量近似几何点的温度。3.电阻率高，热惯性小，适宜做动态测量。4.阻值与温度的变化关系呈非线性。5.不足之处是稳定性和互换性较差。 折线化伏安特性参数：1.转折电压U。---对应于曲线转折点M处的电压值。2.初始电导G。----非线性区近似直线的初始斜率。3.结间漏电导G---线性区内各平行支线得平均斜率。4.光电灵敏度S---单位输入光功率所引起的光电流值。 噪声匹配的方法：1.有源器件的选取。2.采用输入变压器实现噪声匹配3.利用并联放大器的方法实现噪声匹配4.无源器件的选取。 光外差检测特性：1.光外差检测可获取全部信息2.光外差检测转换增益高 3.良好的滤波性能4.信噪比损失小5.最小可检测功率。 相位调制与解调：1.应力应变效应2.热胀冷缩效应 单元光信号的二值化处理：1.固定阀值法，2浮动阀值法。锁相放大器是一种对交变信号进行相敏检波的放大器。能大幅度抑制无用噪声，改善检测信噪比。主要部分：信号通道、参考通道和相敏检波。光电信息技术是将电子学与光学浑然一体的技术，是光与 电子转换及其应用的技术。从广义上讲，光电信息技术就 是在光频段的微电子技术，它将光学技术与电子技术相结 合实现信息获取、加工、传输、控制、处理、存储于显示。 检测是通过一定的物理方式，分辨出被测参数量并归属到 某一范围带，以此来判别被测参数是否合格或参数量是否 存在。测量是将被测的未知量与同性质的标准量进行比 较，确定被测量对标准量的倍数，并通过数字表示出这个 倍数的过程。 光电检测系统具有光发射机、光学信道和光接收机这一基 本环节。通常分为主动式和被动式两类。 光接收机分为功率检测接收机和外差接收机，功率检测接 收机也称作直接检测接收机或非相干接收机。 光载波与被测对象相互作用而将被测量载荷到光载波上， 称为光学变换。光学变换可用各种调制方法来实现。光信 息经光电器件来实现由光向电的信息转换，称为光电转 换。 广电系统：光源--光学系统--被测对象--光学变换--光电 转换--电信号处理--存储、显示、控制。 光电效应分为外光电效应与内光电效应。 光生伏特效应：由于光照而在PN结两端出现的电动势。 光热效应：某些物质在收到光照射后，由于温度变化而造 成材料性质发生变化的现象。 热电检测器件有热释电检测器、热敏电阻、热电偶、热电 堆。特点：1.响应波长无选择性。2.响应慢。 光电检测器件的特点：1.响应波长有选择性2.响应快。 光电检测器件的特性参数：1.响应度2.光谱响应度3.积 分响应度 4.响应时间5.频率响应6.热噪声7.散粒噪声 8.信噪比 9.线性度10.工作温度。 光敏电阻设计原则：由于光敏电阻在微弱辐射作用情况下 光电导灵敏度Sg与光敏电阻两电极间距离L的平方成反 比，在强辐射作用情况下光电导灵敏度Sg与光敏电阻两 电极间距离L的二分之三次方成反比，因此Sg与两极间 距离L有关。为了提高光敏电阻的光电灵敏度Sg，要尽可 能的缩短光敏电阻两极间的距离L。 光电电阻特点：1.光谱响应度范围相当宽。2.工作电流大， 可达数毫安。3.所测的光电强度范围宽，即可测弱光，也 可测强光。4.灵敏度高，通过对材料、工艺和电极结构的 适当选择和设计，光电增益可以等于1. 5.无选择极性之 分，使用方便。 光敏电阻特性参数：1.光电特性2.伏安特性3.频率特性 4.温度特性 5.时间响度。 热敏电阻特点：1.热敏电阻的温度系数大，灵敏度高。2. 结构简单，体积小，可以测量近似几何点的温度。3.电阻 率高，热惯性小，适宜做动态测量。4.阻值与温度的变化 关系呈非线性。5.不足之处是稳定性和互换性较差。 折线化伏安特性参数：1.转折电压U。---对应于曲线转折 点M处的电压值。2.初始电导G。----非线性区近似直线 的初始斜率。3.结间漏电导G---线性区内各平行支线得平 均斜率。4.光电灵敏度S---单位输入光功率所引起的光 电流值。 噪声匹配的方法：1.有源器件的选取。2.采用输入变压 器实现噪声匹配3.利用并联放大器的方法实现噪声匹配 4.无源器件的选取。 光外差检测特性：1.光外差检测可获取全部信息2.光外 差检测转换增益高 3.良好的滤波性能4.信噪比损失小 5.最小可检测功率。 相位调制与解调：1.应力应变效应2.热胀冷缩效应 单元光信号的二值化处理：1.固定阀值法，2浮动阀值法。 锁相放大器是一种对交变信号进行相敏检波的放大器。能 大幅度抑制无用噪声，改善检测信噪比。主要部分：信号 通道、参考通道和相敏检波。 光电信息技术是将电子学与光学浑然一体的技术，是光与 电子转换及其应用的技术。从广义上讲，光电信息技术就 是在光频段的微电子技术，它将光学技术与电子技术相结 合实现信息获取、加工、传输、控制、处理、存储于显示。 检测是通过一定的物理方式，分辨出被测参数量并归属到 某一范围带，以此来判别被测参数是否合格或参数量是否 存在。测量是将被测的未知量与同性质的标准量进行比 较，确定被测量对标准量的倍数，并通过数字表示出这个 倍数的过程。 光电检测系统具有光发射机、光学信道和光接收机这一基 本环节。通常分为主动式和被动式两类。 光接收机分为功率检测接收机和外差接收机，功率检测接 收机也称作直接检测接收机或非相干接收机。 光载波与被测对象相互作用而将被测量载荷到光载波上， 称为光学变换。光学变换可用各种调制方法来实现。光信 息经光电器件来实现由光向电的信息转换，称为光电转 换。 广电系统：光源--光学系统--被测对象--光学变换--光电 转换--电信号处理--存储、显示、控制。 光电效应分为外光电效应与内光电效应。 光生伏特效应：由于光照而在PN结两端出现的电动势。 光热效应：某些物质在收到光照射后，由于温度变化而造 成材料性质发生变化的现象。 热电检测器件有热释电检测器、热敏电阻、热电偶、热电 堆。特点：1.响应波长无选择性。2.响应慢。 光电检测器件的特点：1.响应波长有选择性2.响应快。 光电检测器件的特性参数：1.响应度2.光谱响应度3.积 分响应度 4.响应时间5.频率响应6.热噪声7.散粒噪声 8.信噪比 9.线性度10.工作温度。 光敏电阻设计原则：由于光敏电阻在微弱辐射作用情况下 光电导灵敏度Sg与光敏电阻两电极间距离L的平方成反 比，在强辐射作用情况下光电导灵敏度Sg与光敏电阻两 电极间距离L的二分之三次方成反比，因此Sg与两极间 距离L有关。为了提高光敏电阻的光电灵敏度Sg，要尽可 能的缩短光敏电阻两极间的距离L。 光电电阻特点：1.光谱响应度范围相当宽。2.工作电流大， 可达数毫安。3.所测的光电强度范围宽，即可测弱光，也 可测强光。4.灵敏度高，通过对材料、工艺和电极结构的 适当选择和设计，光电增益可以等于1. 5.无选择极性之 分，使用方便。 光敏电阻特性参数：1.光电特性2.伏安特性3.频率特性 4.温度特性 5.时间响度。 热敏电阻特点：1.热敏电阻的温度系数大，灵敏度高。2. 结构简单，体积小，可以测量近似几何点的温度。3.电阻 率高，热惯性小，适宜做动态测量。4.阻值与温度的变化 关系呈非线性。5.不足之处是稳定性和互换性较差。 折线化伏安特性参数：1.转折电压U。---对应于曲线转折 点M处的电压值。2.初始电导G。----非线性区近似直线 的初始斜率。3.结间漏电导G---线性区内各平行支线得平 均斜率。4.光电灵敏度S---单位输入光功率所引起的光 电流值。 噪声匹配的方法：1.有源器件的选取。2.采用输入变压 器实现噪声匹配3.利用并联放大器的方法实现噪声匹配 4.无源器件的选取。 光外差检测特性：1.光外差检测可获取全部信息2.光外 差检测转换增益高 3.良好的滤波性能4.信噪比损失小 5.最小可检测功率。 相位调制与解调：1.应力应变效应2.热胀冷缩效应 单元光信号的二值化处理：1.固定阀值法，2浮动阀值法。 锁相放大器是一种对交变信号进行相敏检波的放大器。能 大幅度抑制无用噪声，改善检测信噪比。主要部分：信号 通道、参考通道和相敏检波。
电磁搅拌技术在连铸机上的应用及其对铸坯质量的影响
电磁搅拌技术在连铸机上的应用及其对 铸坯质量的影响 摘要：连铸电磁搅拌装置能有效地改善铸坯的内部组织结构，提升表面的质量，减少中心偏析和中心疏松，基本消除中心缩孔和裂纹，大大增加等轴晶率，是生产高碳钢的必要设备，因而广泛应用于各种方坯连铸机上。电磁搅拌能够实现无接触能量的转换，即不予钢水接触就可以将电磁能转换为钢水的动能和部门热能，并且可人为调节电磁流的方向及钢水搅拌方向，从而生产出符合不同钢种需求的板坯，对改善板坯质量有重要的作用。鉴于此，本文对电磁搅拌技术在连铸机上的应用及其对铸坯质量的影响进行分析与探讨。 关键词：电磁搅拌技术；连铸机；二冷配水；铸坯质量 1. 电磁搅拌技术原理和分类 电磁搅拌器相较于三相异步电动机工作原理相同，三相电源提供电力支持，在磁极中形成旋转磁场。通过搅拌装置的钢液，磁场会产生电磁力矩作用在钢液上，围绕着注流断面轴心旋转运动。电磁力方向是由磁场磁极变化方向所决定，任意两相电源界限交换，即可改变电磁力方向，结合搅拌工艺要求，灵活调整电磁搅拌方向。通过控制钢液对流、传热和传质过程，促使钢液过热度均匀，打破树枝晶，促进钢液中的气泡和杂质上浮，加剧等轴晶形成。通过此种方式，可以改善中心疏松、缩孔和中心偏析问题，切实提升铸坯内在质量和表面质量。就电磁搅拌器类型来看，依据不同安装位置划分为三种：①二冷区电磁搅拌器，在连铸机的二冷段位置安装，有足辊下搅拌器。②结晶器电磁搅拌器，在连铸机结晶器的位置上安装，跨于足辊和结晶器的搅拌器也属于此类范畴。③凝固末端电磁搅拌器，在接近连铸机凝固末端区域安装。④中间包加热用电磁搅拌器，此类电磁搅拌器在连铸机中应用，促使钢液温度始终保持在中间包液相温度的10~25℃
光电子技术,习题解答
1. 什么是光电子技术？当前光电子技术备受重视的原因是什么？ 答：光电子技术是研究从红外波、可见光、X射线直至γ射线波段范围内的光波。电子技术，是研究运用光子和电子的特性，通过一定媒介实现信息与能量转换、传递、处理及应用的科学。因为光电子技术的飞速发展，使得光电子技术逐渐成为高新科学技术领域内的先导和核心，在科学技术，国防建设，工农业生产、交通、邮电、天文、地质、医疗、卫生等国民经济的各个领域内都获得了愈来愈重要的应用，特别是正逐渐进入人们的家庭，因此光电子技术备受重视。 2. 什么叫光的空间相干性？时间相干性？光的相干性能好差程度分别用什么衡量？它们的意义是什么？ 答：空间相干性是指在同一时刻垂直于光传播方向上的两个不同空间点上的光波场之间的相干性，空间相干性是用相干面积Ac来衡量，Ac愈大，则光的空间相干性愈好。 时间相干性是指同一空间点上，两个不同时刻的光波场之间的相干性，用相干时间 t c=L c／c来衡量，t c愈大，光的时间相干性愈好。 3. 世界上第一台激光器是由谁发明的？它是什么激光器？它主要输出波长为多少？ 答：1960年5月16日、美国梅曼博士、红宝石激光器、6943?。 4. 自发辐射与受激辐射的根本差别是什么？为什么说激励光子和受激光子属同一光子态？答：差别在有没有受到外界电磁辐射的作用；因为有相同的频率、相位、波矢和偏振状态。 5. 为什么说三能级系统实现能态集居数分布反转要比四能级系统困难？ 答：因为三能级系统的上能级为E2，下能级为E1，在E2上停留的时间很短，而四能级系统在E3上呆的时间较长，容易实现粒子数反转。 6. 激光器的基本组成有哪几部分？它们的基本作用是什么？ 答：组成部分：工作物质、泵浦系统、谐振腔 工作物质提供能级系统、泵浦源为泵浦抽运让粒子从下能级到上能级条件、谐振腔起正反馈作用 7. 工作物质能实现能态集居数分布反转的条件是什么？为什么？对产生激光来说，是必要条件还是充分条件，为什么？ 答：工作物质要具有丰富的泵浦吸收带，寿命较长的亚稳态，要求泵浦光足够强；必要条件，因为它还以kkk谐振腔内以提供正反馈。 8. 光学谐振腔有稳定腔和非稳腔之分，非稳腔是不是指工作状态不稳定的腔？为什么？答：不是，满足0
第3篇第04讲水利水电工程“四新”技术应用案例(4)
第3篇第04讲水利水电工程“四新”技术应用案例（四） 六、预应力锚杆在小湾水电工程不良地质地下洞室开挖中的使用 （一）预应力锚杆使用条件 地下工程“新奥法”施工方法要求地下洞室开挖过程中，尽量保证开挖岩体的完整，应适当地控制岩石变形，适时进行支护，充分利用围岩的自稳能力。预应力锚杆能快速的对岩体提供锚固力，并对已发生变形的围岩适当予以变形补偿，并避免由于锚喷支护不及时造成围岩失稳。 小湾水电站施工过程中，预应力锚杆主要有以下四种用途： （1）对隧洞开口位置进行锁口支护。隧洞开口前，在洞室轮廓线外层布置预应力锁口锚杆，隧洞进洞后在洞口附近布置径向预应力锁口锚杆，以对洞口处岩体进行预先加固和及时锚固尽量保证洞口处围岩的完整性，同时改善洞口处岩体的受力条件。 （2）对地下厂房岩壁吊车梁岩台进行及时锚固。地下厂房岩壁吊车梁岩台开挖后24小时内，打设3排Φ32，L=4.5m，间距1m的预应力锚杆结合系统锚喷支护对岩台进行锚固，防止岩台因应力过度释放造成岩体松动降低岩台的受力能力。 （3）对洞室开挖揭露出来的松散破碎岩体施加预应力进行锚固。对相邻洞室之间岩墙破碎部位布置预应力锚杆，如：厂房Ⅶ、Ⅷ开挖时机组尾水管间岩柱两侧开挖施工是先后进行的，原设计布设在岩柱上的1000kN对穿锚索（L=10.5m）需在两侧开挖结束后方可施工，为保证岩柱在爆破开挖时的稳定，同时加快施工进度，取消岩柱上的对穿锚索和系统锚杆，采用岩柱两侧打设125kN级预应力搭接锚杆替代，锚杆参数：Φ32@1.5m×1.5m，L=9m ，梅花型交错布置。 （4）对边坡破面施加预应力锚固。 （二）预应力锚杆的类型及施工工艺流程 预应力锚杆采用Ⅱ、Ⅲ级钢筋制成，施加预应力以提供所需的主动支护力的锚杆，又可分为树脂预应力锚杆和水泥卷式预应力锚杆。树脂预应力锚杆为锚固段采用树脂，张拉段采用缓凝型水泥卷。水泥卷式预应力锚杆为锚固段采用速凝型水泥卷，张拉段采用缓凝型水泥卷。 小湾水电工程多采用Ф32，L＝9m，125KN级预应力锚杆。设计一般要求杆材采用HRB335钢筋，预应力锚杆内锚固段长2.5m，孔径不小于50mm；内锚固段及张拉段锚固材料等级不低于M25。锚垫板规格：Q235，250 mm×250 mm×10 mm。在施工过程中，锚杆、垫板、垫圈按照设计要求在加工厂制作成型。锚杆杆体采用无锈、顺直的整根钢筋加工，不得采用焊接。杆体端部的丝扣按设计要求加工，加工好的杆体按规范要求进行检查验收，验收合格的杆体，螺（母）帽从专业厂家购买并应用于本工程，螺母必须与杆体丝牙配套。锚固剂所用材料应具有出厂证明书，符合国家标准，并按材料报验程序，经检查验收通过后方可使用。 预应力锚杆的施工程序为：首先根据设计图纸上预应力锚杆的桩号、间排距放好锚杆孔位，并用红油漆做好标识；钻手根据测量放好的孔位按设计要求进行施钻；钻孔到达设计要求后用高压水清洗钻孔；验收合格后安装水泥卷、安插锚杆。锚杆安装时，一起连垫板、垫圈和螺帽带上；在缓凝水泥初凝前、速凝水泥强度（含垫板后找平速凝水泥卷）达到20MPa后调整托板、垫圈，张拉和锁定锚杆。 其施工工艺流程为：
诱导空间非相干束匀滑技术的近区特性及改善技术
诱导空间非相干束匀滑技术的近区特性及改善技术 李福建;高妍琦;赵晓晖;季来林;王伟;黄秀光;马伟新;隋展;裴文兵 【摘要】诱导空间非相干技术是面向激光驱动惯性约束核聚变的一种具有自身独特优势的束匀滑方法.然而直接使用诱导空间非相干方法将引起强烈的近区强度空间调制,这将威胁装置的运行安全,并严重限制装置的最大输出能力.这也是该方法应用于聚变级高功率激光装置的主要技术障碍之一.本文介绍了一种通过双透镜滤波系统对诱导空间非相干束匀滑技术导致的近区空间强度调制进行匀滑的技术.利用该技术可以在保留诱导空间非相干束匀滑方法的先天优势(更好的远区匀滑特性)的前提下,获得均匀、稳定的近区强度分布,从而避免高功率激光系统在使用诱导空间非相干束匀滑技术时,因为近区强度不均匀、不稳定导致的器件损伤及输出能力受限.在理论建模和数值分析的基础上,以近区调制度、软化因子和透过率为主要评价指标,对比分析了方形、圆形、高斯型等3种滤波孔在不同尺寸下的近区输出效果,最终给出了一种典型的优化结果:16×16诱导空间非相干分割数、0.8倍衍射极限宽度、方形小孔.此时近区强度分布均匀,同时保证了较好的远区匀滑效果和高的能量利用率.在此基础上,针对装置的实际应用情况,进一步分析了准直误差对近区强度分布的影响,结果表明准直误差小于0.1倍衍射极限便不会影响输出的近区质量.对诱导空间非相干束匀滑方法所得焦斑的模拟分析表明,滤波系统的加入能进一步改善焦斑的低频不均匀性. 【期刊名称】《物理学报》 【年(卷),期】2018(067)017 【总页数】10页(P176-185)
【关键词】诱导空间非相干;束匀滑技术;高功率激光驱动器 【作者】李福建;高妍琦;赵晓晖;季来林;王伟;黄秀光;马伟新;隋展;裴文兵 【作者单位】中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所, 上海 201800;上海交通大学, IFSA 协同创新中心, 上海 200240;中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所, 上海 201800;中国科学院上海光学精密机械研究所, 高功率激光物理联合实验室, 上海 201800;上海交通大学, IFSA 协同创新中心, 上海 200240;中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所, 上海 201800;中国科学院上海光学精密机械研究所, 高功率激光物理联合实验室, 上海 201800;中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所, 上海 201800;中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所, 上海 201800;中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所, 上海 201800;中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所, 上海 201800;中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所, 上海 201800 【正文语种】中文 1 引言 聚变能是解决人类未来能源问题的重要途径之一,实现可控聚变主要有两种方案:惯性约束聚变与磁约束聚变,目前两者都面临着严峻的技术挑战[1,2].在激光驱动惯性约束核聚变实验中,需要通过聚焦激光得到极高的能量密度.为了控制激光与等离子体相互作用,又需要得到均匀性好的激光辐照场[2].在具体的高功率激光装置中,如果不采取束匀滑措施,因为光路中的相位畸变,焦斑形态将会很不规则,激光辐照的均匀性将难以控制.诱导空间非相干技术(induced spatial incoherence,ISI)是Lehmberg和Obenschain[3]于1983 年提出的一种束匀滑方法[4,5],使用在KrF
军工电子设备电磁兼容性的试验标准和达标技术
军工电子设备电磁兼容性的试验标准和达标技术 关键词：GJBI51A－97标准；电磁兼容性；电磁干扰；受测试设备；屏蔽；滤波 0 引言 近20年来，军工电子设备对于电磁工作环境的兼容性能日益受到重视。EMC (Electro Magnetic Compatibility)不仅与温度、湿度、振动等并列成为考核军工设备环境适应能力的重要指标，而且对某些军工电子设备来讲，电磁兼容性更是提到了所有各种环境要求中最重要的位置。这是因为现代军工装备的电子化程度大幅度提高后，军工电子设备的功率谱和频率谱不断向高端和低端两个方向延伸，军工电子设备在海、陆、空各种平台上的安装密集度也大幅增加，导致各电子设备相互之间的电磁干扰(EMI,Electro-Magnetic Interference)问题越来越突出。因此，要求军工电子设备必须具有规定的电磁兼容能力已成为从事设备设计、生产、使用有关各方的共识。 为了考核军工电子设备的EMC性能，几乎所有的军工电子设备都要求必须通过国家军用标准规定的电磁兼容性试验测试。因此，近年来有关军工电子设备电磁兼容性的试验标准和达标技术受到了前所未有的关注。 与其他环境条件的考核要求不同，“电磁兼容性”的检验不仅要考核设备对电磁环境的适应能力，还要考核该设备的存在是否会造成不利于容纳其他设备正常工作的电磁环境。因此，电磁兼容性试验是双向性的试验，受测试设备(EUT,equipment under test)必须在承受外部电磁干扰和不对外产生电磁干扰两方面同时达标才算合格。又因为电磁信号能够通过电路传导和空间辐射两种途径产生效应，所以，为使军工电子设备能够在电磁兼容性试验中达标，必须在设备的电子电气系统和机械结构系统两方面协调采取措施。这些因素决定了电磁兼容性试验相对其他的例行环境试验来说更为复杂，达标也更不容易。 对从事军工电子设备电磁兼容性设计和试验的人员来说，除了要掌握与设备有关的专业知识和必不可少的电磁学、电子学、电工学方面的基础知识以及有关材料科学和结构设计方面的知识外，还必须熟悉有关电磁兼容性试验的军用标准，并尽可能详细地了解各项试验的物理含义及对试验测试的要求等方面的内容。 围绕GJB151A．97标准的主要条文，笔者结合十几年来对海、陆、空各种安装平台上的军工电子设备从事电磁兼容性设计和试验工作的实践，针对军标电磁兼容性试验的各项
船舶焊接技术专题报告
船舶焊接技术专题报告 1、引言 众所周知，焊接是船舶建造中的一个重要工序，对造船周期、质量和生产效率具有很大的影响。在船体建造中，焊接工时约占船体建造总工时的30%~40%，焊接成本约占船体建造总成本的30%~50%，焊接生产率是影响造船产量和生产成本的重要因素之一。同时，船体建造质量中焊接质量是一项重要的检验指标。正因为这些，焊接被作为实习的重点内容。所以我以船舶焊接技术为我的专题报告题目，现列举我国各船厂应用较广的几种方式，比较优缺点后加以说明。 焊接技术的研究目的、意义。 2、我国船舶焊技术研究及发展趋势 1944年江南造船所将焊接技术应用于船舶建造1948年江南造船厂建成我国第一艘全焊接船舶“伯先”号。第一阶段：50~70年代50年中期从前苏联引入埋弧自动焊、半自动焊技术，新型焊接材料和设备在国内迅速推广，高等院校开始设立焊接专业，造船业的焊接技术处于全国领先。60年代后，我国造船焊接转入自行研究和开发阶段，成功开发了CO2焊、重力焊、下行焊、单面焊双面成形等高效焊工艺，但由于没有进行有效地协调、组织和推广，这些方法没有形成生产力。70年代，受文化大革命的影响，我国造船焊接技术的发展进入了低潮。第二阶段：80~90年代主要引进和借鉴日本造船焊接技术和经验，全面推广CO2气体保护焊、重力焊，开发和应用下行焊、垂直气电焊、CO2气体保护自动角焊、多丝埋弧自动焊及单面焊双面成形等高效焊接技术，开发各种高效焊接材料和设备，焊工人均焊材日消耗量为10kg.第三阶段：21世纪~至今船舶焊接技术正向着绿色化、智能化、机器人化的方向发展。 近年来，我国造船工业发展迅速，2008年我国造船完工量为2881万吨，占市场份额的29.5%，手持造船订单占市场份额的33%，均创历史新高。而去年我国已成为世界第一造船大国，这无不与造船焊接技术的发展与改进有关。缩短造船周期是船舶工业发展永恒的主题，通过发展高效自动化焊接能够有效提升船舶工业生产效率，缩短造船周期。 3、各焊接方法比较 埋弧焊 埋弧焊原理：在焊剂层下，电弧在熔化的电极与工件之间之间燃烧，电弧热使焊丝、焊剂、母材熔化以致部分蒸发，在电弧区形成蒸气空腔，电弧在空腔内稳定燃烧，底部是金属熔池，顶部是熔渣，随着电弧向前移动，电弧力将液态金属推向后方并逐渐冷却凝固成焊缝，熔渣凝固成渣壳覆盖在焊缝表面。
飞秒激光制备金属表面微纳结构及其技术应用
飞秒激光制备金属表面微纳结构及其技术应用 近年来，随着金属表面微纳结构的广泛研究，其在航空航天、医疗、汽车和光电子等领域的应用也日益普及。其中，飞秒激光制备金属表面微纳结构既可以提高表面结构形貌，同时又不会损坏原有材料和特性，是目前制备表面微纳结构的一种新兴技术。 一、飞秒激光制备表面微纳结构的原理 飞秒激光制备表面微纳结构方法是一种新型的表面制备技术，它采用飞秒激光作为过程能源，以较低的能量对金属表面进行加工，使其形成特定的表面微纳结构。在微结构加工过程中，激光能量产生分子能带，而这种由被激光到达光波耦合，电场产生的能带作用在金属表面上形成强大的抽取区，产生电子团子及电离现象。这样，就产生了周围空位，也形成了微纳结构。 二、飞秒激光制备表面微纳结构的优势 首先，它不会损坏表面原有材料和特性，无损获取表面微结构；其次，处理后的表面结构的均匀性比传统方法更好，更能满足精度要求；再次，它可以得到精细的表面微网状结构，对改变表面特性有很大的帮助。最后，飞秒激光制备表面微纳结构技术可以制备出具有自旋特性表面，从而有效改善表面光滑度，提升表面积、抗氧化性能和
耐蚀性等特性。 三、飞秒激光制备表面微纳结构的应用 飞秒激光制备表面微纳结构在航空航天领域有着广泛的应用，其特殊表面结构可用来优化动静特性以及改善其耐腐蚀和抗冲击特性；在空间应用，采用该技术制备的金属纳米表面结构可以抵抗宇宙辐射的侵蚀；在医疗领域，可以应用其制备出的有特性的表面结构，提升材料的生物相容性和体外悬浮时间;对于汽车行业，飞秒激光可获得高精度的微型螺旋弹片，用于改善发动机效率；在光电子领域，利用制备的表面微纳结构可以极大的提高表面的反射率，改善表面光性能，以及提高元件的高频响应。 四、结论 飞秒激光制备表面微纳结构技术是一种新兴、无损的表面制备技术，它可以产生精细的表面微结构形貌，可以改善表面性能，改善传统材料的表面光滑度、抗氧化性等特性，并且具有较大的应用潜力。因此，飞秒激光制备表面微纳结构技术将在航空航天、医疗、汽车和光电子等领域得到深入研究与应用，它将为更大范围的表面微结构研究提供新的发展思路。
航空部件深度修复的技术及发展
航空部件深度修复的技术及发展 马瑞;刘书霞;燕翔 【摘要】航空部件深度修复是针对航空部件的损伤情况及修复或改造需求所开展的以可靠性为前提的维修工艺技术,它采用先进的材料和制造技术进行维修、维护或再制造工作,使其至少满足一个翻修周期的使用要求.本研究简述了航空部件深度修复技术基本流程与思路,介绍了在深度修复技术中焊接、表面工程、热处理等典型工艺的应用情况,展望了深度修复技术在未来航空产品修理中的发展趋势和应用前景.研究认为:可靠性评估作为深度修复技术重要组成部分将被重点关注和发展;在工艺技术发展方面,将更多采用高自动化、智能化技术工艺,同时拓展现有单一工艺开展修理的局面,对深度修复技术、工艺进行组合,开展复合式修理技术的研发和应用. 【期刊名称】《失效分析与预防》 【年(卷),期】2019(014)003 【总页数】6页(P212-217) 【关键词】深度修复;焊接;表面工程;热处理;发展展望 【作者】马瑞;刘书霞;燕翔 【作者单位】中国航发北京航空材料研究院,北京100095;哈尔滨飞机工业集团有限公司,哈尔滨150066;湖北三江航天红阳机电有限公司,湖北宜昌444200 【正文语种】中文 【中图分类】V267
0 引言 我国的航空维修业起步于20 世纪50年代，随着设计能力、制造技术、工艺、材料、设备等的不断发展迭代，航空维修在理念、维修方法、维修技术、维修深度等方面均发生了较大的变化和进步，从传统“预防为主”的维修思想，发展为“以可靠性为中心”的维修思想[1]。它是建立在综合分析飞机及其部件的状态、性能固 有可靠性的基础上，针对不同机体及不同的故障模式，采用相对应的维修方法和工艺的预防性维修，它极大地带动了部件深度修理技术的发展和应用。 本研究提到的航空部件深度修复技术，就是基于上述的维修思想，应用于部附件维修过程中的综合性修理技术。航空部件深度修复技术是针对部件的损伤模式、损伤部位、基体材料、涂层材料、工作环境、装配需求等多维度信息开展的以可靠性为前提的维修工艺技术。它针对部附件的损伤情况及修复或改造需求，用先进的材料和制造技术进行维修、维护或再制造工作，使其至少满足一个翻修周期的使用要求。据统计，2017年我国从事部件维修的企业超过220 家，其中仅从事部件维修项目的有108 家[2]。原生产厂家（OEM）的修理技术的带入和国内民航维修市场的迅速崛起，对国内航空维修技术特别是部件深度修复技术水平的提高起到了很好的推动作用[3]。 本研究介绍航空部件深度修复的基本思路，并给出深度修复的具体应用，分析目前国内在航空部件深度修复技术方面的应用现状，探讨其技术发展趋势。 1 航空部件深度修复的基本流程与思路 传统的航空部件修理工作是针对部件的损伤、故障采用原制造工艺进行修补，按照设计和制造手册、标准开展，这种方式虽然解决了工程上的使用问题，但对于损伤和故障的成因未开展分析，修理后的产品在后续的使用中会持续出现原来的损伤和故障[4]。
激光的相干性和光场调控技术
激光的相干性和光场调控技术随着科技的不断进步，人们对于光学领域的研究也越来越深入。激光技术是目前光学领域中的热点话题之一，其在医疗、制造、 通信等多个领域都有广泛的应用。而其中比较重要的就是激光的 相干性和光场调控技术。 一、相干性 激光的相干性指的是光波在时间和空间上的关联程度，在光学 中扮演着重要的角色。相干性可以影响到激光光束的传输、反射、折射和干涉等现象。 在激光光束的发射过程中，相干性是保证激光光束能够稳定传 输的重要因素。在激光器内，激光的相干性能够保证光子在光束 中保持着稳定的波形。在激光光束传输到远距离时，相干性可以 保证光束的空间特性不发生变化。同时，相干性也能够对光的折射、反射等现象产生影响。因此，在激光的应用中，需要保证激 光光束具有良好的相干性。 二、光场调控技术
光场调控技术（optical field control）是一种在光学中对光场进 行调控的技术。通过光场调控技术，可以对光波的频率、相位、 振幅、偏振等多个参数进行精细控制，从而达到动态调控光学系 统的目的。 光场调控技术在激光技术中应用较为广泛，在实验和产业化生 产中都得到了广泛的应用。在实验中，光场调控技术可以模拟各 种物理现象，包括相对论效应、非热晶体物理等。在产业化生产中，光场调控技术则可以应用于光刻、激光焊接等工业制造领域，为产业化生产提供精准的技术支持。 光场调控技术的实现离不开相干性的保证。通过保证激光光束 的相干性，能够使得光束具有良好的空间展开性，从而便于进行 光场调控。同时，保证光波的相位连续性和振幅稳定性，也是进 行光场调控的重要条件。 三、激光的应用
非织造布主要工艺技术及特性
非织造布主要工艺技术及特性 1、纺粘非织造布技术 纺粘非织造布是利用化学纤维纺丝成型原理，将聚合物挤出、拉伸而形成连续长丝后铺置成网，纤网再经过自身粘合、热粘合、化学粘合或机械加固方法制成非织造布。在纺粘非织造布中，丙纶纺粘布比重最大可占到70%左右，其次是涤纶纺粘布约占18%左右，另外还有锦纶纺粘布及少量的功能化纺粘布。 丙纶纺粘布的特性： 〔1〕丙纶纺粘布以聚丙烯树脂为主要生产原料，密度仅0.91，较多元酯、锦纶等材质为轻； 〔2〕同基重制品厚度较厚，具有蓬松性； 〔3〕成品柔软度适中，具有舒适感； 〔4〕拨水透气性好。PP树脂不吸水，含水率零，制品拨水性佳，且由100%纤维组成，具有多孔性，制品透气性佳，易保持布面干爽； 〔5〕无毒、无刺激性。PP纺粘制品不含其他化学成分，无毒、无异味且不刺激人体皮肤； 〔6〕抗化学药剂。 PP树脂属化学成分钝性物质，抗化学侵蚀强度佳，产品不受侵蚀而影响强度； 〔7〕抗菌性较好。不发霉并能隔离存在液体内细菌及虫类的侵蚀； 〔8〕物理机械性能佳。制品强度较一般短纤产品为佳，强度无方向性，纵横向强度相近； 〔9〕加工容易。 PP树脂属热可塑型树脂，除可以用一般针车加工外，亦可以用高周波热熔缝合方式加工； 涤纶纺粘布的特性： 〔1〕高强度，具有较好的拉力强度； 〔2〕具有良好的耐热性，可在120℃环境中长期使用，在150℃环境中也可使用一段时间； 〔3〕耐老化、抗紫外线、延伸率高、隔音； (4) 具有较好的稳定性和透气性； (5) 耐腐蚀性较好，对酸及一般非极性有机溶剂有极强的抵抗力； 〔6〕无毒、耐微生物、能防蛀、不受霉菌等作用； 纺粘非织造布广泛应用于家庭用品、包装用品、装饰行业、农业用布、防水材料、高档透气〔湿〕防水材料基布、过滤材料、绝缘材料、电器、加固材料、支撑材料、汽车装饰材料、复合膜基布、婴儿和成人尿布、卫生巾、防护用品、一次性卫生材料等领域。 纺粘无纺布工艺流程 聚合物〔聚丙烯+回料〕——大螺秆高温熔融挤出——过滤器——计量泵〔定量输送〕——纺丝〔纺丝入口上下拉伸抽吸〕——冷却——气流牵引——网帘成网——上下压辊〔加固〕——轧机热轧〔加固〕——卷绕——倒布分切——称重包装——成品入库纺粘无纺布的技术类型 世界上纺粘无纺布技术主要有德国莱芬的莱科菲尔技术、意大利的STP技术、日本的神户制钢技术等。当前状况，尤其以莱芬技术成为世界上的主流技术。目前已经开展
超材料技术及其应用展望
超材料技术及其应用展望 周济;李龙土 【摘要】超材料是一类利用人工结构作为功能单元构筑的新型材料,可实现自然材料无法获得的新性能,得到了世界各国的高度重视,被美国国防部列为六大颠覆性技术之一.本文从工程应用出发对超材料技术的形成和发展做了简单评述,总结了过去一些年超材料在几个典型领域,如隐身、电子元器件及机械减震系统中取得的若干重要突破,预测了可能导致颠覆性技术的几个方向,如超材料透镜技术、超材料全光调控技术,以及超材料与常规材料的融合等,并对超材料技术未来发展的难点和战略思路提出了建议. 【期刊名称】《中国工程科学》 【年(卷),期】2018(020)006 【总页数】6页(P69-74) 【关键词】超材料;人工结构;颠覆性技术;材料设计 【作者】周济;李龙土 【作者单位】清华大学材料学院,北京100084;清华大学材料学院,北京100084【正文语种】中文 【中图分类】TB34 一、前言 超材料是世纪之交诞生的一个新的科学概念。基于这一概念，在过去的十几年中发
展出了一系列具有奇异特性的新型人工材料系统，可望在诸多领域产生颠覆性技术。超材料技术被美国国防部列为“六大颠覆性基础研究技术”之一，并先后被评选为材料科学领域“50年中的10项重大成果”之一和21世纪前10年10项重大突 破之一 [1,2]。 “超材料”一词最初由美国德克萨斯州大学奥斯汀分校Rodger M. Walser 教授 提出，用来描述自然界不存在的、人工制造的、三维的、具有周期性结构的复合材料[3]。尽管各种科学文献给出的定义也各不相同，但一般都认为“超材料”是具 有通过人工结构作为基本功能单元、能够实现自然材料不具备的超常物理性质的人工材料。近年来，典型的超材料如左手材料、“隐身斗篷”、完美透镜等已在光学、通信、国防等应用领域渐露头角，而为数众多的电磁超材料、力学超材料、声学超材料、热学超材料以及基于超材料与常规材料融合的新型材料相继出现，形成了新材料的重要生长点。 二、超材料的实现方法——以左手材料为例 左手材料是一类典型的超材料，这类材料的设计和实现对超材料思想的形成起到了关键作用。 左手材料的源头可追溯到苏联科学家Veselago于1968年提出的一个思想实验[4]。他预测，如果有某种材料同时具有负的介电常数和负的磁导率，电磁波在该材料中传播时的电场矢量、磁场矢量以及波矢量之间的关系将不再遵循经典电磁学中的“右手定则”，而呈现出与之相反的“左手关系”，这时材料中电磁波的波动方向和能量传播方向相反，并表现出一系列有违常理的行为，例如光的负折射、反常多普勒效应、倏逝波放大、完美透镜效应，以及反常切连科夫辐射等。然而，众所周知，同时具有负介电常数和负磁导率的材料在自然界中是不存在的，因此，Veselago的预言在相当长的时间内未能得到科学界的重视。直到20世纪90年代中后期，英国物理学家Pendry的工作使左手材料的研究出现了柳暗花明的前景，
基于低相干光的阵列透镜束匀滑技术研究
基于低相干光的阵列透镜束匀滑技术研究 高妍琦;黄秀光;马伟新;隋展;赵晓晖;贾果;李福建;崔勇;饶大幸;季来林;刘栋;冯伟【摘要】基于激光加载的材料状态方程的实验研究对靶面光强分布的均匀性及稳定性提出了极高的要求,靶面光强的上述两大特性在很大程度上决定了实验结果的精度和可重复性.本文针对传统窄带高相干激光装置在激光加载材料状态方程实验中表现出的靶面光强均匀性和光强分布稳定性两方面可能存在的问题,提出了基于宽带低相干激光,利用消衍射阵列透镜联合诱导非相干技术的束匀滑方案,并重点分析了波前相位畸变对靶面不均匀性及稳定性的影响.模拟结果表明,该方法明显降低了靶面不均匀性,提高了对波前相位畸变的包容度,获得了均匀、稳定的光强分布.统计分析显示,焦斑强度分布极差和不均匀性与波前相位畸变均方根梯度相关性较强.因此,可以根据统计结果以及实验对焦斑强度分布的要求,给出波前相位畸变的容差范围,对状态方程实验中激光驱动器参数的设计与优化具有指导意义. 【期刊名称】《物理学报》 【年(卷),期】2019(068)007 【总页数】8页(P199-206) 【关键词】束匀滑;高功率激光驱动器;阵列透镜;空间诱导非相干 【作者】高妍琦;黄秀光;马伟新;隋展;赵晓晖;贾果;李福建;崔勇;饶大幸;季来林;刘栋;冯伟 【作者单位】中国工程物理研究院,上海激光等离子体研究所,上海201800;上海交通大学,IFSA联合创新中心,上海200240;中国工程物理研究院,上海激光等离子体研究所,上海201800;中国工程物理研究院,上海激光等离子体研究所,上海201800;
中国科学院上海光学精密机械研究所,高功率激光物理联合实验室,上海201800;中国工程物理研究院,上海激光等离子体研究所,上海201800;中国工程物理研究院,上海激光等离子体研究所,上海201800;中国工程物理研究院,上海激光等离子体研究所,上海201800;中国工程物理研究院,上海激光等离子体研究所,上海201800;中国工程物理研究院,上海激光等离子体研究所,上海201800;中国工程物理研究院,上海激光等离子体研究所,上海201800;中国工程物理研究院,上海激光等离子体研究所,上海201800;中国工程物理研究院,上海激光等离子体研究所,上海201800;中国工程物理研究院,上海激光等离子体研究所,上海201800 【正文语种】中文 1 引言 基于高功率激光驱动器的相关物理实验研究,例如材料状态方程的研究, 惯性约束核聚变(inertial confinement fusion, ICF)等均需要实现对靶面的均匀辐照, 束匀滑技术是实现靶面光强调控的核心技术手段. 随着物理研究的深入和驱动器实验条件的大幅提升, 基于高功率激光驱动器实验研究的研究对象呈现出了多样化的特点, 同时, 相关实验对装置靶面光强的均匀性和稳定性等都提出了越来越高的要求. 为此, 人们发展了多种束匀滑技术, 按照其特点主要可分为空间束匀滑技术、时间束匀滑技术和偏振匀滑技术等. 空间束匀滑技术是利用干涉或衍射的方法对焦斑进行空间整形,例如连续相位板[1](continuous phase plate, CPP)、随机相位板[2](random phase plate, RPP)、阵列透镜[3,4](lens array, LA)等; 时间束匀滑技术通过空间整形产生的散斑随时间扫动来达到平滑的目的[5],例如光谱色散匀滑[6−8](smoothing by spectral dispersion, SSD)、诱导空间非相干技术 [9,10](induced spatial incoherence, ISI)等; 偏振匀滑技术[11,12](polarization
分子束外延技术(MBE)的原理及其制备先进材料的研究进展
分子束外延技术(MBE)的原理及其制备先进材料的研究进展
分子束外延技术（MBE）的原理 及其制备先进材料的研究进展 XX （XXXX大学材料学院，西安710000） 摘要：分子束外延(MBE)是50年代用真空蒸发技术制备半导体薄膜材料发展而来的,是为了满足在电子器件工艺中越来越高的要求.MBE是一个动力学过程，而不是一个热力学过程.与其它外延薄膜生长技术相比，MBE具有许多特点,如生长速率低、衬底温度较低等.在超薄层材料外延生长技术方面，MBE的问世使原子、分子数量级厚度的外延生长得以实现，开拓了能带工程这一新的半导体领域.半导体材料科学的发展对于半导体物理学和信息科学起着积极的推动作用.MBE是制备新型器件较为有用的方法，但是有其缺点.未来的发展趋势是结合其他生长技术不断改进MBE，如MBE与VPE并用、气态源分子束外延(GSMBE)、激光分子束外延（LaserMBE）等. 关键词：分子束外延；薄膜；生长技术；半导体 The principle of Molecular Beam Epitaxy (MBE) and the research progress in the preparation of advanced materials XX (Department of Materials,XXX,Xian 710000) Abstract:Molecular Beam Epitaxy was developed for the preparation of semiconductor thin film materials by vacuum evaporation technique in the 50's，which aims to meet the requirements of the electronic devices in the process of higher and higher.MBE is a dynamic process, not a thermodynamic process.MBE has many characteristics when comparing with other epitaxial thin film growth techniques , such as low growth rate, low substrate temperature and so on. The advent of MBE let the thickness of order of magnitude of atomic, molecular of epitaxial growth be achieved in ultrathin layer epitaxial growth technique, that has opened up Band Engineering,a new field of semiconductors.The development of semiconductor materials science plays an active role in the development of semiconductor physics and information science.MBE is a more useful way to prepare new devices, but there are shortcomings.In the future,the development trend is to continuous improving MBE with the combination of other growth techniques, such as combining MBE with VPE,Gas Source Molecular Beam Epitaxy,Laser Molecular Beam Epitaxy etc.