波前功率谱密度函数评价方法探讨

波前功率谱密度 PSD( Power Spectral Density)能定量给出波前畸变的空间频率分布、限定波纹度和粗糙度指标 ,全面反映 ICF驱动器对高功率激光光学元件加工质量的特殊要求。给出了波前功率谱密度 PSD的定义及计算方法 ,并使用大口径相移干涉仪作为波前检测仪器 ,对光学磷酸盐钕玻璃透射波前进行了测试实验 ,获得波前一维 PSD分布 ,证实功率谱密度为高功率激光光学元件波前参数的一种有效表征方式。同时 ,还对 PSD与均方根 RMS之间的关系进行了初步的讨论。

浙江近海波浪能资源的初步研究

以2000年为例,采用SWAN波浪数值模型对浙江近海海域的波浪进行了全年模拟计算,并计算获得年、月平均波功率密度分布。研究表明,浙江近岸海域年平均波功率密度约为2～6kW.m-1,往外海逐渐增大;同时季节变化明显,秋、冬季节波功率密度较大,春、夏季节较小。另外,通过对浙北、浙中和浙南3个近海海区的波浪出现频率和波功率密度随波高和周期变化的分析可知,浙北海域波功率密度比较高的波高及周期范围和波浪出现频率较高范围较为接近,而其对应平均波功率密度相对较低;浙南海域波功率密度比较高的范围所对应的平均波功率密度较高,而与波浪出现频率较高的范围则略有差异;浙中海域居两者之间。总体而言,浙江近海波浪能资源丰富,且全年中可开发与利用的波浪能出现频率较高。

基于高分辨率数值模拟技术的近海波浪能资源评估

采用SWAN模型,对浙江中部近海海域进行了为期10 a的高分辨率波浪数值模拟,获得了年均波功率密度分布,同时讨论了波能在该海域的有效时长分布,通过对波功率密度的变异系数统计讨论了其稳定性,最后估算了该海域波浪能资源储量约为0.91×10～6kW。总体而言,在近海海域中,离岸较近的浅海海域波能资源较为贫乏,波功率密度大于2 kW/m的海域多分布于10 m等深线以外,其等值线与岸线趋于平行;离大陆较远的岛屿周边海域波能资源丰富,在初期波浪能开发利用阶段具有明显的优势;近岸海域波浪能有效时长约1 500 h,至鱼山列岛一线离岸较远海域约4 000 h;近海大部分海面波浪能变异系数约在2-3之间。

舟山海域波浪能资源评估

利用QN混合风场作为驱动风场,采用国际通用的MIKE 21 SW模型后报1999年8月~2009年7月舟山海域的波浪场,统计出舟山海域的波浪能资源多年平均波功率密度和空间分布特征,并计算了各个等深线上的波浪能资源理论蕴藏量,初步估算出舟山外围海域海图10、20 m和30 m等深线上的波浪能理论平均功率分别为537、953 MW和1 256 MW,对舟山海域波浪能开发利用具有一定的参考价值。

实测海浪谱在闽北近海波浪能分析中的应用

基于2012年在福建闽江口东部白犬列岛海域利用AWAC仪器观测的波浪数据,统计分析了该海域的波浪特征,并由能量谱积分计算了波功率密度(P_w).与深水条件下P_w和波高、周期的近似关系相比,其比例系数存在一定差异.以不同波高和不同周期两两组合与对应P_w进行比较,分别求其比例系数,结果表明:T_(1/10)和T_(m02)所对应的近似关系较为稳定,T_z和T_p对应的关系变化较大,稳定性最好的为Hs和T_(1/10)的组合,α值为0.46.

高功率激光器腔镜热变形对输出光束质量的影响

利用有限元分析法结合Fox-Li迭代法,考虑腔内本征模式与腔镜热形变的相互耦合作用,计算模拟了正支共焦非稳腔的本征模式分布,定量分析了高功率激光器腔镜热变形对输出光束质量的影响,重点讨论了腔镜热变形所引起的腔内本征模式相位特性的变化,并从波前功率谱密度、Zernike像差系数及光束质量β值等角度对腔镜发生热形变前后的激光器输出光束的光束特性进行比较分析。研究结果表明:高功率激光器腔镜热形变对输出光束的光束质量会产生一定的影响,且随着激光输出功率的增大,镜面热形变引起的输出光束波前相位高频比例及Zernike高阶像差均会有所增大,波前畸变程度也明显变大,光束质量逐渐变差。

平潭岛东部海域波浪特征及波浪能分析

根据2011—2012年在平潭东部海坛湾海域“浪龙”(AWAC)的实测波浪数据,统计分析得到该海域的波浪特征。海坛湾海域全年的波向主要集中在NE-E-SE向,常浪向为ENE向,频率为67.56%。强浪向为E向,H 1/10波高最大值为5.73 m。全年波高以3级浪为主,年出现频率为41.97%。H 1/10波高主要集中在0.40~2.20 m之间,所占频率为68.70%,周期主要集中在2.0~7.0 s,所占频率为98.20%。利用实测资料通过能量谱积分计算分析该海域的波浪能情况,波浪能的大小以波功率密度(P w)表示。P w具有明显的季节性变化特征,秋冬强,春夏弱,秋冬季P w平均值可达8.50~10.00 kW/m。P w年平均值在5.50 kW/m左右,表明该海域为波浪能较丰富区。将实测波浪数据应用于波浪能经验公式计算式时,不同波要素组合下的P w近似公式其比例系数(α)不同,计算结果表明,H s-T 1/10和H s-T z波要素组合计算P w为优选,其对应的α值分别为0.34和0.45。

基于SWAN模式的舟山海域波浪能资源的评估研究

利用ECMWF的ERA-Interim风场数据与GEBCO_2014系列的水深数据,基于近海海浪模式SWAN,对2007年1月—2017年12月舟山近海的海浪开展水平分辨率为0.01°×0.01°的精细化模拟。通过对波功率密度、能级频率、变异系数的计算,并结合有效波高及风场的变化特征,综合分析了舟山海域的波能分布特征、富集程度及稳定状况,从而为舟山海域波浪能资源的开发和利用提供科学依据。结果表明:(1)舟山海域的波浪能分布具有显著的地域和季节性变化特征,其中朱家尖东南方向海域的波浪能在夏季最为丰富,而东极岛东北方向海域的波浪能则在冬季最为丰富,这两个海域的年平均波功率分别为1.97 kW/m和1.73 kW/m;(2)舟山海域波浪能稳定性存在差异,东极岛东北方向的海域在冬季波浪能的稳定性较好,朱家尖东南方向的海域以及象山、岱山等地区的北侧海域在夏季波浪能稳定性最差;(3)东极岛东北方向海域的波浪能丰富程度以及稳定性均为最佳,该海域具有较好的波浪能开发前景。

大口径光学元件波前功率谱密度检测

波前功率谱密度 (PSD)被用于评价惯性约束聚变激光驱动器光学元件在中频区域的波前误差。高功率固体激光装置对大口径光学元件波前质量的要求有别于传统光学系统 ,要求对波前误差进行较高空间频率的测量。探讨了大口径光学元件波前的高空间分辨率检测技术 ,采用大口径相移干涉仪作为波前检测仪器 ,通过傅里叶变换获得波前一维功率谱密度分布。

大口径干涉仪系统传递函数校准

波前功率谱密度 ( PSD)被用于评价 ICF激光驱动器光学元件在中频区域的波前误差。目前主要采用大口径相移干涉仪检测 ICF光学元件的波前畸变 ,通过傅里叶变换获得波前的 PSD分布。相移干涉仪在较高空间频率分量的测量上存在失真效应 ,因此需对干涉仪的空间频率传递函数进行校准 ,采用位相比较法测量大口径相移干涉仪的系统传递函数。为此 ,利用衍射光学元件的制造工艺 ,设计、制作了标准的透射和反射位相元件 ,比较理论计算值与实测 PSD值 ,分别获得了大口径相移干涉仪透射。

激光应用 激光化学

TL632．1 2005064142 强激光系统波前功率谱密度的数值计算研究=Study on numerical computation of wavefront power spectrum densi-

干涉仪系统传递函数测量及影响因素的分析

波前功率谱密度(PSD)被用于评价惯性约束聚变(ICF)激光驱动器光学元件中频段的波前误差。干涉仪对PSD较高空间频率分量的测量存在失真效应,可通过干涉仪系统传递函数(STF)的检测标定来获得真实的波前PSD分布。采用台阶板位相比较法测得大口径菲索相移干涉仪检测系统在透射和反射检测情形下的传递函数。对传递函数测试算法进行了比较分析,明确了干涉仪系统zoom倍率的改变等因素对传递函数测量的影响,为波前PSD的准确检测奠定了基础。