长波段半导体激光泵浦光纤激光器实现2 kW功率输出

半导体激光(LD)泵浦的高功率光纤激光器具有效率高、体积小、重量轻、稳定性好等优点,在工业加工等诸多领域都有着广泛的应用。为了提高泵浦光吸收率,传统光纤激光器常用915 nm和976 nm波段的LD作为激光的泵浦源。在该类LD泵浦的光纤激光器中,由于量子亏损和泵浦吸收系数相对较高,光纤激光器的热致模式不稳定(TMI)阈值相对较低。为了提高量子效率和潜在的TMI阈值,提出采用大于1010 nm波段的LD直接泵浦光纤激光器,产生高量子效率激光。搭建了振荡放大一体化的全光纤激光器,采用总泵浦功率为2.56 kW的1010 nm波段LD泵浦,首次获得输出功率2.05 kW、光束质量M^(2)约1.7的激光。后续将通过进一步增大泵浦功率、优化光纤特性以实现更高功率、更优光束质量的光纤激光输出。

低辐照剂量率下光纤激光器输出功率的自漂白-辐照平衡实验研究

高功率掺镱光纤激光器具有高功率、高效率、可柔性传输的优点,在核设施维护中有着广泛的应用前景。然而,核设施环境中存在的辐照效应会导致光纤激光器功率降低,对实际激光系统应用带来较大挑战。考虑光纤激光器的自漂白效应,探索不同辐照剂量率下光纤激光器暗化与自漂白的关系。结果表明,当辐照剂量率低至一定数值时(比如0.1 rad/s),1 kW光纤激光器在整个实验过程中出光稳定,功率起伏小于1.79%。把观察到的这种现象命名为自漂白-辐照平衡。首次验证了在一定辐照剂量率下,光纤激光器自漂白效应导致的激光功率提升可以平衡辐照效应导致的功率下降,为相关应用中光纤激光器设计提供了有效支撑。

一种LM-BP加速搜索的周跳探测与修复方法

针对传统三频周跳探测与修复方法中的不敏感、漏检以及效率较低等问题,提出一种基于莱文伯格-马夸特(LM)-反向传播(BP)神经网络加速搜索法的伪距相位组合与电离层残差组合联合周跳探测与修复方法:利用2个伪距相位组合以减少不敏感周跳数量,利用1个电离层残差组合以提高小周跳探测敏感度;在构成3个线性无关的组合观测值后,使用LM-BP加速搜索算法进行周跳探测与修复。实验结果表明,相对常规的伪距相位组合与电离层残差组合联合方法,该方法能够提高周跳探测与修复性能,可探测小至1个的周跳,探测与修复整体时效有较大提升。

第二类勒让德函数的重规格化及其优化

椭球谐函数级数展开是地球重力场椭球谐建模的基础。然而,处理椭球谐函数级数的主要困难在于计算第二类勒让德函数。而Jekeli的重规格化方法简化了这一计算过程。本文在Jekeli重规格化的基础上,详细推导了两种基于高斯超几何函数变换的优化递归方法,同时利用这两种优化递归的方法计算了第二类勒让德函数,并将其展开到二阶导数。通过数值计算,证明了优化递归方法可以有效加快收敛,缩短计算时间,并且适用阶数更高,这使得椭球谐函数级数在实际应用中更加方便、可行。

多卫星的星地混合协作网物理层安全性能分析

卫星通信因传输质量好、覆盖范围广、作用距离远等优点,在侦察、广播、预警、资源勘探、地形测绘等领域具有广阔的应用前景,目的针对其安全性问题,方法将多输入多输出(multiple-input-multiple-output,MIMO)技术应用于卫星中继系统中,构建多卫星的星地混合协作网(hybrid satellite-terrestrial relay network,HSTRN),并对其物理层安全性能进行研究。中继采用放大转发(amplify-and-forward,AF)协议或译码转发(decode-and-forward,DF)协议,卫星链路服从阴影莱斯(shadowed-Rician)分布,地面链路和窃听链路服从瑞利(Rayleigh)分布,推导基于AF和DF中继的系统安全中断概率的理论表达式,以及高信噪比条件下安全中断概率的近似表达和系统吞吐量,并用计算机仿真实验验证理论分析的正确性。结果结果表明:增加卫星个数、减轻信道衰落有助于增强系统的安全性能;低信噪比情况下,基于DF中继的系统安全性能优于AF中继系统的,随着信噪比增加,两者逐渐趋于一致;信道衰落的改善和高信噪比将产生较大的系统吞吐量。结论卫星个数、安全速率阈值、信道衰落程度等参数对AF和DF中继HSTRN的安全性能具有重要影响,可为卫星通信物理层安全性能的后续研究提供参考。

LD泵浦高亮度光纤激光器:设计、仿真与实现(特邀)

LD泵浦掺镱光纤激光器具有低成本、高效率、高光束质量等优点,在工业、科研、国防等领域有着广泛的应用。在大部分实际应用中,由功率和光束质量决定的亮度是影响光纤激光器实际作用性能的核心指标。受到非线性效应(尤其是受激拉曼散射)和模式不稳定效应的限制,当前高亮度掺镱光纤激光器输出功率提升遭遇了明显的技术瓶颈。为了抑制非线性效应和模式不稳定效应,在传统方法的基础上,提出了变纤芯直径光纤和优化泵浦波长等成体系的方法以提升光纤激光器的输出功率;为了有效提高对光纤激光器的设计研发能力,提出并开发了具有自主知识产权的光纤激光仿真软件SeeFiberLaser。首先,介绍了影响宽谱高功率掺镱光纤激光器亮度提升的主要限制因素,给出了各个限制因素的抑制方法;其次,利用自研光纤激光仿真软件SeeFiberLaser对提升光纤激光器功率的方法进行优化设计,并对工业常用的振荡器和高亮度光纤激光放大器进行仿真优化;然后,介绍课题组采用后向泵浦、变纤芯直径光纤和优化泵浦波长等方法提升激光功率,实现的6~10 kW高亮度功率光纤激光器;最后,对更高亮度光纤激光器的技术方案进行讨论和展望,提出了无源器件集成化、增益传能光纤一体化等思路,提出了基于变纤芯直径增益传能一体化光纤和集成化无源器件的新型高功率近单模光纤激光器技术方案。

雷达、通信、干扰信号一体化检测识别技术研究

雷达信号、通信信号及其干扰信号在时域和频域都有各自的特点,当这些信号在时域、频域相互交叠时,传统的信号检测和识别算法很难将这些信号进行有效地分离,影响信号检测和参数测量。针对雷达信号、通信信号及其干扰信号在时、频域的特点,研究雷达信号、通信信号及其干扰信号在时域、频域混叠情况下的信号检测、参数测量及其信号类型识别方法。

勒让德方程的解

勒让德方程两个线性无关的解,分别称为第一类和第二类勒让德函数。在微分方程取本征值情况下,第一类勒让德函数中断为多项式,因此自变量可取任意值(无穷大除外);第二类勒让德函数仍然为无穷级数,当自变量等于±1时发散,绝对值大于1时收敛。由于勒让德方程属于超比方程类型,给出此类型方程不同特殊函数的任意阶导数表达式。在此基础上直接给出第一类勒让德函数的超比表达式,及其与其他特殊函数的理论关系;鉴于求解第二类勒让德函数的复杂性,利用级数展开方法,直接给出第二类勒让德函数的超比表达式。

仿射空间拉普拉斯算子探讨

为了进一步研究提升惯性导航系统的精度,对拉普拉斯算子进行讨论:拉普拉斯算子是个微分算子,拉普拉斯方程又名调和方程、位势方程,求解拉普拉斯方程是物理学和力学等领域经常遇到的一类重要数学问题;基于曲线坐标系和张量理论,分别给出n维仿射空间中的拉普拉斯算子表达式,并证明不同表述的等价性;最后,基于格林定理和变方方法,分别给出3维仿射空间拉普拉斯算子的表达式。

缔合勒让德函数的列式递推公式

围绕完全规格化缔合勒让德函数(fully normalized associated legendre functions,fnALFs)的计算精度和稳定性问题,以及常用的列式递推公式的适用性问题,基于勒让德函数的原理性公式给出4种类型的列式递推公式。研究表明,Belikov的列式递推公式间接算法的普适性仅约3100阶,而完全规格化后直接算法的普适性约为15000阶。在所有的列式递推公式中,Belikov公式最优。列式递推公式中的系数越小,溢出现象出现得越慢,递推阶次越高,递推公式越优良。

LD直接泵浦全光纤激光器输出功率突破20 kW

高功率光纤激光器具有高效率、小体积、低成本、抗回光能力强等突出优点,在工业加工等应用领域中具有明显的竞争优势。近期,国防科技大学基于光纤耦合半导体激光器(LD)直接泵浦的主振荡功率放大器(MOPA)实现了单纤20.27 kW的功率输出。放大器采用纯后向泵浦方案,中心波长1080 nm,光光效率达到84.8%,拉曼散射抑制比大于50 dB。通过优化光纤和器件的设计,可进一步提升激光器的功率和光束质量。

双端输出全光纤振荡器突破8 kW高功率输出

双端输出光纤激光振荡器可以通过一个单谐振腔结构实现两路激光输出,能够减少高功率光纤激光系统的体积和成本,在工业领域有着很好的应用前景。基于双端泵浦谐振腔结构,采用稳波长981nm光纤耦合半导体激光器(LD)泵浦纤芯/包层直径为30/400μm的双包层掺镱光纤,首次实现了总功率大于8 kW的双端输出光纤激光振荡器。在总最高泵浦功率为10.951 kW时,A端输出功率为3769 W,B端输出功率为4400 W,总功率为8169 W,激光器光-光转换效率74.6%,A、B端激光光束质量M2因子分别约2.13和2.36。在最高输出功率时,两端输出激光中均未观察到动态模式不稳定效应(TMI)和受激拉曼散射(SRS),通过进一步增加泵浦功率,有望实现更高功率的激光输出。

-50~50℃超宽温运行千瓦级光纤激光器

当前,光纤激光器工作温度范围一般较窄,如果能够扩展激光器的工作温度范围,则有望在更多的环境和领域得到应用。近期,国防科技大学基于风冷结构的光纤耦合半导体激光器(LD)泵浦的全光纤振荡器方案,在-50~50℃超宽温范围内实现了1 kW量级的激光输出。通过优化系统设计,有望进一步提升宽温运行激光器的输出功率。

新型锁定黏滞阻尼器设计研究

丹江口水库特大桥为主跨760 m双塔部分地锚式混合梁斜拉桥,主跨跨中设“无轴力连接装置+大位移伸缩缝”构造。针对主跨跨中处伸缩缝阻尼约束需求,设计一种多级阀并联结构的新型锁定黏滞阻尼装置。建立大桥空间有限元模型进行设计参数优化,开展锁定性能及减振耗能测试,并进行地震作用下伸缩缝运动控制效果仿真分析。结果表明:锁定刚度为150 kN/mm时对伸缩缝有较优的减振效果,且具备较好的可实现性,是理想的设计锁定刚度;锁定性能测试中加载速度大于等于0.5 mm/s时,实现锁定,且锁定位移、锁定刚度均满足设计要求;减振耗能测试中各工况实测阻尼力与理论阻尼力的最大偏差为-6.2%,在规范允许最大偏差±15%以内,表明结构设计与原理的正确性,同时具备较好的速度锁定及黏滞阻尼耗能功能;纵、横向地震作用下,锁定黏滞阻尼器对伸缩缝的运动位移、运动速度均有明显的控制效果。

鲢和青鱼转谷氨酰胺酶诱导下肌球蛋白凝胶特性的研究

为探究不同品种淡水鱼转谷氨酰胺酶(transglutaminase,TGase)对肌球蛋白凝胶特性的影响,以鲢和青鱼肌球蛋白为试验对象,分别测定鲢转谷氨酰胺酶(silver carp transglutaminase,STG)和青鱼转谷氨酰胺酶(black carp transglutaminase,BTG)作用下肌球蛋白在低温凝胶化后溶解度、蛋白聚集、流变学特性、穿刺特性和微观形貌的变化。结果显示:与未加酶组相比,添加2种TGase后均可催化鲢或青鱼肌球蛋白交联形成更多的ε-(γ-Glu)-Lys异肽键,导致肌球蛋白重链(myosin heveay chain,MHC)的聚集程度增加,蛋白浊度值及平均粒径显著增大(P<0.05),肌球蛋白凝胶的弹性模量(G’)明显增大,凝胶破断力和破断距离显著提升(P<0.05),蛋白网络结构增强。在提升同种肌球蛋白凝胶特性方面,BTG的催化交联作用强于STG;而BTG的比酶活(12.67 U/mg)低于STG的比酶活(14.34 U/mg),且无论是否添加TGase,青鱼肌球蛋白的凝胶特性始终高于鲢肌球蛋白。综上,不同品种淡水鱼糜凝胶特性的差异并非主要由TGase的活性差异所导致,而与其肌球蛋白的来源密切相关。

LD泵浦光纤激光放大器实现13 kW高光束质量输出

光纤耦合半导体激光器(LD)泵浦的光纤激光放大器具有体积小、功质比高、稳定性好等优点,在工业加工和军事国防等诸多领域都有着广泛且重要的应用。然而,受限于器件制作工艺水平及光纤中的受激拉曼效应和模式不稳定效应,LD泵浦的光纤激光放大器难以同时实现高功率及高亮度激光输出。为实现更高功率、更高亮度的光纤激光输出,需要结合现有的器件工艺水平并同时实现对放大器中的受激拉曼散射效应和模式不稳定效应的有效抑制。报道了基于单位自研大模场增益光纤成功实现13 kW功率、高光束质量激光输出。激光器采用主振荡功率放大结构,放大级采用单后向981 nm泵浦自研大模场增益光纤,在总泵浦功率为15 kW时,输出功率达到12.94 kW,光束质量M2因子约为2.85。通过进一步优化器件性能及光纤模式控制,有望实现更高功率、更高亮度的光纤激光输出。

普光智能气田数据资源共享中心建设

普光气田在建设之初建成了信息化基础设施,但由于缺乏统一的规划部署,各系统数据形成了多个"信息孤岛",数据资源不能满足智能气田建设的需要。为此,在分析该气田数据资源现状与问题的基础上,根据普光智能气田整体规划,提出了数据资源共享中心建设总体构想,设计了业务数据模型;通过构建数据标准、梳理数据来源、设计数据服务,实现了数据采、存、算、用一体化,并进行了现场应用。研究结果表明:(1)数据资源共享中心是普光智能气田建设的重要基础,其总体架构自下而上分为数据规范标准、数据"采、存、算、用"以及数据管控3层;(2)该数据资源共享中心实现了勘探开发、集输净化、生产经营、安全环保等数据一次采集、集中存储、共享使用、统一管理的目标,为智能气田业务系统建设提供了重要的数据基础,也为普光气田智能应用和移动应用系统提供了全面、可靠的数据支撑。

普光智能气田岗位数据流分析方法

岗位数据采集是数据资源中心建设的重要组成部分之一且直接关系到后者的质量和水平,普光气田数据采集过程中存在着各专业数据库异构建设、数据无法共享、标准不一、多头采集、冗余存储、管理困难等问题。为了实现面向生产岗位、全业务链提供数据服务和应用,在岗位中实现数据采、存、管、用一体化的目标,基于中国石化勘探开发数据模型及源头数据结构设计,结合普光气田的实际业务,分析岗位业务关系、数据流业务流程和业务数据元素,以紧密相关的一组数据作为数据集合,分析数据的传递和相互间的作用,建立了满足普光智能气田建设要求的岗位数据流分析方法,形成了一套较为完善的资产化数据资源管理体系,并进行了现场应用验证。结论认为:(1)较之于传统的数据分析方法,普光智能气田岗位业务数据流分析方法创新了数据流向分析,以业务流程为驱动、岗位场景为验证,实现了岗位数据的统一采集、集中存储、共享使用和统一管理,取得了良好的应用效果;(2)该研究成果提供了技术路线、可行方法和标准模板,可推广复用。

四元数的基本概念与向量旋转的欧拉公式

为方便理解四元数,首先针对两个相互平行或垂直的向量,定义它们之间的一种不可交换乘积,命名为格拉斯曼乘积,同时约定这一不可交换积满足分配律。由此,进一步给出任意两个向量之间格拉斯曼积的具体表达式,并引出四元数的概念和运算法则。从理论上证明,任意四元数都可表示为两个向量之间的格拉斯曼积,并可以利用单位四元数的正交变换来表示向量旋转的欧拉公式。

以需求为导向的《空气动力学基础》教学改革研究

针对中国民航大学行业院校特色以及航空器适航审定工程专业特色,以需求为导向,从专业建设、条款、行业和学生需求四个方面进行空气动力学基础课程的需求解析,将空气动力学知识和适航知识深度融合,以问题教学法,结合需求将课程内容分解为不同的问题,基于雨课堂教学工具开展线上线下混合式教学模式探索和思考借助CFD数值实验辅助教学的可行性,采用注重过程和能力的多维度考核评价机制,理论联系实际,提升学生的适航审定与验证工程技术能力,最终满足专业建设、条款、行业和学生的需求。