基于场致二次谐波的大气压脉冲流注放电时变非均匀电场测量研究

诊断大气压脉冲流注放电空间电场是实现流注放电精准调控和揭示等离子体不稳定性机制的重要基础。基于场致二次谐波的空间电场测量方法具有非侵入式、时空分辨率高等优点。然而,流注放电时变非均匀电场对二次谐波信号产生过程的影响规律尚不完善,真实电场标定系数随流注放电不同阶段的变化规律尚不清晰。该文首先计算二次谐波信号产生规律和电场空间分布的影响;然后,基于等离子体流体模拟,分析二次谐波信号对流注放电不同阶段时变非均匀电场的敏感程度;最后,基于纳秒脉冲激光场致二次谐波电场测量平台,实验获得了重频脉冲作用下组合电极结构产生的单根负流注轴向电场演变规律,分析脉冲重复频率对空间电场的影响机制,并针对流注放电时变非均匀电场特点提出电场致二次谐波测量优化若干建议。

基于二次谐波产生光谱与显微成像的CdS纳米线空间取向研究

作为一种非线性光学效应,二次谐波产生(second harmonic generation,SHG)因其良好的偏振敏感性在获得物质成分、结构、特性等信息方面具有广泛应用.尽管前人利用SHG光谱或SHG显微成像方法探索研究了纳米线的精密定位或追踪问题,但是结合使用SHG光谱与SHG显微成像方法实现纳米材料结构与晶轴空间取向方面的研究鲜见报道.本研究分别使用SHG光谱与SHG显微成像方法研究了CdS纳米线空间取向问题.首先,基于全光学分析方法从实验上和理论上研究了硫化镉(CdS)纳米线SHG光谱强度随入射光偏振方向变化的规律,并详细分析了晶轴方位角γ,ω,φ对CdS纳米线SHG花型图的影响.其次,通过理论计算与实验测量结果相互验证,成功确定了单根CdS纳米线的3个晶轴取向.最后,利用偏振相关的SHG显微成像方法研究了单根CdS纳米线的空间取向,发现单根CdS纳米线不同部位具有不同的SHG响应.研究结果为SHG光谱与显微成像在纳米材料空间高精度定位研究提供了新的思路与重要参考,并为纳米材料在生物医学方面的潜在应用提供了重要启示.

G波段二次谐波准光回旋行波管研究

为开展适用于太赫兹频段的大功率回旋放大器研究。对基于准光共焦波导的二次谐波准光回旋行波管进行了研究,理论与仿真结果表明,准光波导具有良好的模型选择性,利用器件的二次谐波工作,其基波与二次谐波的返波振荡可以得到很好的抑制。在理论与仿真研究基础上,设计了一只G波段的二次谐波准光回旋行波管,理论计算结果表明:在65 kV电子束电压、10 A电流、速度横纵比为1、磁场强度为4.19 T时,最大输出功率为90 kW,效率为13.8%,增益为34.8 dB。当输入功率10 W时,-3 dB带宽为2 GHz。

一种具有二次谐波发生和适中双折射的紫外透过稀土金属甲酸盐

本研究工作报道了一例采用溶液挥发法合成的稀土金属甲酸盐,分子式为(C(NH_(2))_(3))[Er(HCOO)_(4)]。该化合物结晶于非中心对称空间群。光学性质研究表明:该化合物具有较大光学带隙(4.76 eV)、适中的双折射率(0.066@546 nm);在1 064 nm处,其粉末倍频效应为KH_(2)PO_(4)(KDP)的0.20倍,并且可实现相位匹配。第一性原理计算和单晶结构分析揭示了线性和非线性光学效应来源于C(NH_(2))_(3)^(+)、[Er O_8]和HCOO^(-)单元的协同作用。

两种具有二次谐波响应的紫外透过氨基磺酸盐A(NH_(2)SO_(3))(A=Li、Na)

通过简便的蒸发方法得到了2种碱金属磺酸盐非线性光学(NLO)晶体,即Li(NH_(2)SO_(3))和Na(NH_(2)SO_(3))。Li(NH_(2)SO_(3))以极性空间群Pca2_(1)(编号29)结晶。Li(NH_(2)SO_(3))的结构可以描述为由[LiO_(4)]^(7-)多面体通过共角连接与NH_(2)SO_(3)-四面体相互连接而形成的三维网络。Na(NH_(2)SO_(3))以极性空间群P2_(1)2_(1)2_(1)(编号19)结晶。Na(NH_(2)SO_(3))的结构可以描述为由扭曲的[NaO_(6)]^(11-)八面体通过共角连接与NH_(2)SO_(3)-四面体相互连接而形成的三维网络。紫外可见近红外光谱表明,Li(NH_(2)SO_(3))和Na(NH_(2)SO_(3))分别具有5.25和4.81eV的大光学带隙。粉末二次谐波发生(SHG)测量显示,Li(NH_(2)SO_(3))和Na(NH_(2)SO_(3))的SHG强度分别为KH_(2)PO_(4)的0.32倍和0.31倍。第一原理计算证实,非线性光学性能主要来自氨基磺酸阴离子和碱金属氧阴离子多面体的协同作用。

应用于动态核极化核磁共振谱仪的263 GHz二次谐波回旋管理论设计

太赫兹回旋管因其输出功率高和有一定频率调谐范围的特性,符合太赫兹波驱动的动态核极化(Dynamic Nuclear Polarization,DNP)核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)波谱技术对辐射源的要求。常规用于NMR的基波太赫兹回旋管需要相对较强的磁场,而二次谐波工作的回旋管可极大地降低对强磁场的依赖。本文提出了一种应用于动态核极化核磁共振谱仪的263 GHz二次谐波回旋管,并基于自洽非线性理论分析了回旋管的模式选择、模式竞争和注-波互作用,确定工作模式为TE 3,3模。数值仿真结果表明注-波互作用效率为0.2%~28.7%,工作频带在263.71~263.75 GHz,符合增强核磁的太赫兹辐射源的要求。

基于改进VMD-WTFD算法的二次谐波光谱信号反演分析

采用变分模态分解和小波阈值调整函数(VMD-WTFD)算法在处理噪声时,信号波形恢复往往偏离标准的谐波信号,导致反演结果出现偏差。提出了一种改进VMD-WTFD算法,该算法采用新型阈值函数对VMD-WTFD算法进行改进,然后以此改进算法对二次谐波光谱信号进行反演分析。仿真与实验结果表明:与其它几种降噪算法相比,改进VMD-WTFD算法在不同调制度下反演出的原始信号的峰值、峰位和峰谷值更接近原始标准二次谐波光谱信号,去噪后的信噪比为17.545 dB,相关系数可达到0.9929;可以较清晰地反演出人体呼出气体中CO_(2)的二次谐波幅值。

基于变分模态分解和SG滤波的二次谐波降噪

针对可调谐半导体激光器吸收光谱学,在测量低浓度气体过程中二次谐波存在的噪声问题,提出利用变分模态分解(VMD)和Savitzky-Golay滤波(SG滤波)相结合方法(简记为VMD-SG滤波)对含噪信号进行降噪。分析了VMD平衡参数的最优选取,利用所设框长调节因子P,选取SG滤波的最优框长。通过与其他几种降噪算法相比,VMD-SG滤波降噪算法在信噪比、均方根误差、波形恢复、二次谐波特征点误差方面均表现较优。在信噪比(SNR)为-7.8389 dB下该算法SNR提升量为22.047 dB,均方根误差为0.0154,与标准二次谐波相关系数为0.985。结果表明,基于VMD-SG滤波降噪算法的可调谐二极管吸收光谱复合降噪技术,在弱信号方面可以提高信号质量,有利于提高气体反演精度、系统检测灵敏度。

大气压非平衡等离子体诊断:电场诱导二次谐波

电场诱导二次谐波作为一种非侵入式、时间分辨率高达纳秒甚至飞秒量级的测量方法在大气压非平衡等离子的电场诊断中得到广泛关注。基于二次谐波产生的原理,对其适用性进行了讨论。针对纳秒和飞秒激光器在该应用中的特点,搭建了对应的诊断系统。通过使用纳秒激光器测量电场,获得了更高的时间分辨率,并通过平行板电极产生的均匀电场对系统进行标定,获得二次谐波信号强度与电场强度平方的定量关系。基于该定量关系,最终获得大气压等离子体不同位置的瞬态电场。

共线反射式二次谐波实验中二阶非线性极化率的定量测定

偏振二次谐波是一种广泛使用的对称性表征技术.然而,在共线反射式实验构型中,光路中必不可少的分束器会导致基频光和倍频光的偏振状态经透射或反射后发生改变,从而导致二次谐波信号的偏振态发生畸变,进而影响二阶非线性极化率的定量测定本文提出了一种基于菲涅尔系数的数据校正方法来解决这个问题,从而实现归一化二阶非线性极化率的定量测定,进一步通过理论模拟和实验证明了该方法的有效性和通用性.

基于INGO-VMD-改进小波阈值算法的TDLAS二次谐波信号去噪研究

针对可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术中气体浓度检测信号———二次谐波信号夹杂噪声导致反演精度下降的问题,提出基于改进的北苍鹰优化算法(INGO)、变分模态分解(VMD)和改进小波阈值法联合的去噪算法,利用包络熵值最小为目标函数的INGO算法寻找VMD中重要参数———模态个数k和惩罚因子α,以分解后的各固有模态分量(IMF)能量密度与平均周期乘积为一常量的特点筛选出有效信号IMF分量,联合小波改进阈值法对有效信号进行降噪并组合得到去噪后信号。仿真实验对比分析表明INGO-VMD-改进小波阈值法能有效滤除噪声信号,降低幅值误差,提高反演精度,降噪效果较优,降噪后波形相似系数为99.86%,信噪比达到25.2305 dB,均方根误差达到0.01523%,较含噪信号,峰值误差下降0.157。

基于PR控制单相逆变器的二次谐波电流抑制

针对前级为boost+LLC谐振电路的DCDC变换器的三级式单相逆变器进行研究,首先简单介绍了拓扑选择及其工作原理,其次描述了在该拓扑结构下输入二次谐波电流的产生机理,提出一种基于PR控制的抑制三级式单相逆变器输入二次谐波电流的方法,并给出了数字化实现方法。通过仿真验证了该方法的有效性并给出了其带来的影响。最后研制了1台10 kVA三级式单相逆变器,并验证了PR控制对于输入二次谐波电流的抑制效果。

激光二次谐波在太赫兹液体相干探测技术中的作用与影响

太赫兹空气相干探测技术是太赫兹领域一项重要的探测技术。利用液体水(或其他液体)为作用介质,可以对该技术进行改进。介绍了太赫兹液体相干探测技术的基本原理,详细分析了该技术中激光二次谐波的作用及其强度对探测结果的影响,即强度不同时太赫兹电场与强度信号不同比值下探测结果在时域和频域的特点和性质;分析了激光二次谐波强度不同时该技术从非相干到相干性的演化规律、探测激光能量和介质非线性系数对相干性的影响;探讨了固体材料在该技术中的使用,比较了气体、液体与固体材料在该技术中对产生激光二次谐波和探测结果的影响。该研究对理解和使用基于液体的太赫兹宽带相干探测技术有一定的帮助。

基于二次谐波分量的10 kV单相接地脉冲选线的研究

受电力系统结构、运行工况等因素的影响,现有选线方法均存在不足之处。为保证选线准确性,提出一种脉冲电流选线方法,该脉冲电流流过故障线路,结合二次谐波分量检测技术进行检测。对中性点非有效接地系统进行建模与仿真,结合高压试验室现场试验,以验证该方法的有效性。

基于改进调制的两级式单相光伏并网逆变器前级二次谐波抑制

为抑制两级式单相光伏并网逆变器前级电路中的二次谐波电流,利用开关周期平均模型对前级电路中二次谐波电流产生的原因进行了分析,基于此提出了抑制二次谐波电流的改进调制方法。该方法根据实时采样得到的母线电压修正占空比,无需复杂的运算处理,易于实现。进一步分析了改进调制方法下前级Boost电路的小信号传递函数,提出了欠阻尼条件下基于微分先行PID算法的光伏电池最大功率点电压跟踪方法。仿真表明,改进后的两级式单相光伏并网逆变器最大功率点跟踪过程振荡小,光伏电池输出电流平稳,二次谐波电流抑制效果显著。

基于硒化镓纳米片填充的空芯光纤超高二次谐波增强

与传统的光学晶体相比,全光纤功能器件由于和光纤系统的天然兼容性,被认为是下一代集成光学的重要研究方向,吸引了人们的广泛关注。然而,由于二氧化硅固有的中心反演对称性质,光纤中的二阶非线性光学过程仍有待探索,这在可调谐超快激光、全光信号处理、成像和光通信等商业全光纤非线性光学应用中具有重要意义。因此,我们提出了一种新的溶液填充方法,可有效地将具有高非线性的硒化镓纳米片直接沉积在长度达半米的空芯光纤(HCF)的内孔壁上。此外,采用制备的硒化镓纳米片-空芯光纤(GaSe-HCF)作为光频率转换器,其二次谐波(SHG)比嵌入MoS2的HCF和普通HCF分别提高了2个数量级和3个数量级。我们的研究成果将拓展其它非线性材料在全光纤高端非线性光学和光电子学中的应用,并提供新的制备思路。

基于二次谐波分量衰减特性的变压器励磁涌流识别方法

变压器空载合闸时将产生大的励磁涌流,受剩磁、合闸角、变压器参数等因素影响,涌流特性复杂,辨识困难。这一现象在包含变压器匝间短路场景下,体现尤为明显。目前尚缺少考虑匝间短路因素下励磁涌流特性的数学表征和辨识判据。本文笔者提出了一种基于二次谐波分量衰减特性的励磁涌流表征方法,采用基于变压器二次谐波分量与基波分量幅值比的涌流判定依据,可实现包含匝间短路等多场景下励磁涌流的快速辨识。

基于二氧化硅覆盖的铌酸锂波导产生有效二次谐波的研究

为了在波导中轻松实现相互作用波之间的相位匹配,产生有效的二次谐波,设计了一种新型条形波导——二氧化硅-铌酸锂-二氧化硅(SiO_(2)-LiNbO_(3)-SiO_(2)),该条形波导由SiO_(2)和无蚀刻z切割的LiNbO_(3)组成,通过调整波导结构分析了波导的色散,研究了不同尺寸的SiO_(2)对基波与二次谐波相位匹配点的影响,分析了该条形波导倍频的可行性,并利用脉冲的振幅和宽度对频谱展宽的特性,实现超宽带连续谱。仿真结果表明:在覆盖层SiO_(2)宽度为1600 nm、高度为400 nm的条形波导结构中,使用脉冲振幅为107 a.u.,脉冲宽度为10 fs的超短脉冲,得到了一个带宽为1302.5 nm的超宽带连续谱。

准Z源逆变器中抑制二次谐波电流的虚拟阻抗控制策略

由于单相准Z源逆变器的瞬时输出功率中存在二倍频的脉动功率,将会导致前级准Z源变换器产生二次谐波电流。首先,对准Z源逆变器的拓扑进行分析并建立其小信号等效电路模型,为了抑制前级直流变换器中的二次谐波电流,从阻抗的角度出发,通过在准Z源逆变器小信号等效电路模型的电感支路串联虚拟阻抗来抑制二次谐波电流,为了提升系统的动态响应,引入逆变侧电感电流前馈控制,并将虚拟阻抗与带通滤波器结合,使准Z源逆变器的电感支路阻抗在二倍频率处呈现高阻抗,在其他频率处呈现低阻抗。然后,在带通滤波器中加入阻尼电阻抑制系统相位突变,使得该控制策略在保证系统二次谐波电流抑制效果前提下,进一步提升了系统稳定性。最后,通过实验验证了控制策略的有效性。

面向变压器继电保护的励磁涌流分析及二次谐波制动保护

为了提高电网系统的继电保护水平,分析了变压器继电保护中的励磁涌流现象,提出了更有效的二次谐波制动保护方法。在传统Jiles-Atherton模型(J-A模型)中引入涡流损耗和额外损耗,引入粒子群优化算法(PSO)智能识别特征参数,提出J-A改进模型。结合差动保护和二次谐波制动,采用J-A改进模型分析变压器磁滞过程并提取二次谐波。对比分析不同制动保护方法的实验结果,进一步探索J-A改进模型在不同温度下保护动作的有效性和可靠性。研究表明,二次谐波与基波的比值与温度呈正相关,温度越高,二者比值越低;而在二次谐波比方面,25℃、50℃时随时间增加而下降,75℃时随时间增加而上升。引入J-A改进模型能够自行调整二次谐波制动系数,有效防止励磁涌流误动,准确反应实际应用中的温度影响。该研究提高了电网系统的继电保护水平,有效避免了电网故障甚至系统崩溃等严重事故。