抑制光束抖动的快速反射镜复合控制

提出了改进的抑制光束抖动的快速反射镜控制算法,用于提高卫星平台捕获跟瞄(ATP)系统的瞄准精度。根据自适应前馈控制和经典PID控制算法的特点,分析了两种算法复合控制的优势。探讨了现有直接复合控制算法中自适应算法不收敛的原因,并依据解耦理论引入了解耦的复合控制算法,解决了现有直接复合算法不收敛的问题。最后,对经典PID控制,自适应前馈控制和解耦复合控制算法进行了实验比较。实验结果表明,在给定实验条件下,解耦复合控制算法的控制精度相对于经典PID反馈算法提高了近10倍;相对于自适应前馈算法提高了约3倍。结果显示,提出的解耦复合控制的算法结合了两种算法的优点,对抑制光束抖动更有效。

抑制光束抖动的压电倾斜镜高带宽控制

提出了一种抑制光束平台抖动和压电倾斜镜机械谐振的方法从而提高系统校正带宽和跟瞄精度.通过分析双二阶滤波器参数对频率特性的影响,提出了一种双二阶滤波器的设计方法,并把这种设计方法结合比例积分(PI)控制算法用于抑制光束平台抖动和压电倾斜镜机械谐振.最后,对经典PI控制算法和增加了双二阶滤波器的PI控制算法进行了实验比较,在相同的条件下,增加了双二阶滤波器的PI控制带宽比经典PI控制带宽提高了近1倍,对平台抖动控制精度提高了5倍以上.实验结果表明:增加了双二阶滤波器的PI控制算法对抑制光束平台抖动和压电倾斜镜机械谐振简单有效,可以提高系统校正带宽和跟瞄精度.

一维激光阵列相干合束远场特性的研究

利用傅里叶光学方法,获得了相干合束远场光强的解析表达式,数值模拟和实验研究了一维锁相二极管激光阵列的相干合束远场特性。研究表明:随着参与合束的发光单元数目的增加,尖峰变锐;同相模的光能集中在更小的立体角内,使得相干合束的亮度增加;异相模的光束能量较为分散,其峰值光强有所降低。系统抖动引起远场峰值光强的降低,破坏了远场的对称性和光束质量。相干合束发光单元数目越多,系统抖动对远场的影响便可以忽略。

实测中激光测距方程的完善

考虑望远镜存在跟踪随机抖动及大气湍流引起的光斑抖动等因素,推导出新的激光测距方程。采用数值模拟的计算方法,研究分析激光发散角、望远镜跟踪随机抖动和大气湍流引起的光斑抖动对回波强度的影响,得出望远镜跟踪抖动及激光发散角是影响测距系统性能的重要因素。

用远场法研究自由旋气动窗口的光学特性

采用Ｈｅ－Ｎｅ激光，对穿过自由族气动窗口的远场聚焦光斑进行图像采集和数 据处理，研究气动窗口对透过其输出通道的激光束所带来的偏转和随机抖动现象，计算分析气 动窗口对激光束发散特性的影响，定义和实验研究气动窗口的光束质量β因子。同时，分析讨 论气动窗口对激光束远场聚焦光斑光强分布的影响，并提出气动窗口光束质量和气动窗口设 计的进一步研究思路。

激光大气传输热晕与光束抖动综合效应的数值模拟

研究了激光大气传输中热晕与光束抖动综合效应的数值模拟方法。一般情况下采用统计方法模拟光束抖动,当光束抖动频率远小于或远大于热晕特征频率时,用卷积的方法计算热晕与光束抖动综合作用下的光束远场光斑的光强分布。为了检验数值模拟方法的正确性,针对聚焦Gauss光束,计算了热晕与光束抖动综合作用下,焦平面上的光强分布。计算结果与经验公式的计算结果符合得很好,验证了数值模拟方法的正确性。

BEPCⅡ直线加速器的误差和抖动效应(英文)

为达到BEPCⅡ直线加速器的设计指标,系统地研究了误差和抖动(Jitter)效应对束流性能的影响。误差效应包括束流的初始偏轴和聚焦透镜偏轴导致的色差效应;束流的初始偏轴和加速结构偏轴导致的尾场效应等。主要的抖动效应包括相位漂移抖动和高频功率源中调制器电压的抖动影响等。确定了在BEPCⅡ直线加速器上对误差和抖动的限制,如来自电子枪的束流的初始偏轴应小于等于0.3 mm,加速结构和聚焦磁铁的安装误差应小于等于0.2 mm,相位漂移抖动误差应小于等于2°,调制器的电压抖动误差应小于等于0.1%。并进一步确认了必须采用相位控制系统和束流轨道校正系统,以抑制这些误差效应的影响,达到正、负电子束流能散度小于等于0.5% 和电子束束流发射度小于等于0.25 mm·mrad,正电子束束流发射度小于等于1.60 mm·mrad 的设计目标。

抑制大型折叠腔结构光斑抖动技术的研究

针对光腔镜盒的真空变形和振动对精密光学系统的影响,分析了传统刚性连接的光学调整架平台以及球关节连接结构在减振降噪设计的不足,从支撑和柔性密封连接的角度,设计了隔离振动和光腔镜盒真空变形的精密光学调整架平台,对应用于大型折叠腔的双层光学调整架平台的动力学特性进行ANSYS仿真,并完成了光斑抖动验证实验。结果显示框架式双层光学调整架平台的第一阶弹性体频率可达到126.5,172.3Hz,很好地满足折叠腔光学调整架平台的使用要求;应用在大型折叠腔,抽真空试验前后He-Ne导引光输出光斑位置无变化,形状变化很小,出光过程中输出抖动角均方根值为3.73″,隔离振动传递效果明显。

斜程大气传输光束孔径平滑到达角与像点起伏

像面到达角起伏、波面抖动和像点抖动通常是研究大气干扰情况下高分辨成像系统波前特性的重要方法之一。采用Rytov近似、包含湍流内外尺度影响的修正von Karmam近似谱和接收光学系统孔径滤波函数和传输权重函数中的Airy函数的高斯函数近似,研究了斜程湍流大气中传输束状波的波面抖动、像面到达角起伏和像点抖动规律,导出了圆孔接收系统测量到的包含湍流内外尺度影响的束状波孔径平滑波面抖动、像点抖动和像面到达角方差理论模型。

电子束泵浦XeCl准分子激光器输出特性

为了确保窄脉宽XeCl准分子激光系统获得高峰值功率紫外激光脉冲,实验研究了紧凑型四向电子束泵浦XeCl准分子激光器的输出特性。通过调节激光腔室气体介质的总气压和气体摩尔比、激光器的充电电压、二极管阳极钛箔厚度等参数,发现了激光能量随以上条件的变化规律,分析得到了激光器运行的最佳条件。在最佳条件下XeCl准分子激光器的脉冲能量大于100 J、脉宽约200 ns,电光效率约为5.81‰。另外,通过改变激光器内部Marx发生器的开关气压,研究了紧凑型电子束泵浦XeCl准分子激光器输出激光脉冲的延迟抖动特性,发现激光脉冲的延迟抖动可优于20 ns。研究结果表明:紧凑型电子束泵浦XeCl准分子激光器可实现脉冲抖动小于20 ns、103 J的高能紫外激光输出,可满足窄脉宽XeCl准分子激光系统运行的需要。

慢正电子寿命谱仪电子学系统原型机研制

我们采用低能脉冲调制正电子束技术设计了一套慢正电子寿命谱仪装置。此装置要求其脉冲调制系统能够给出一路边沿<2ns、宽度≈7ns、幅度>5V的50MHz脉冲信号和两路频率分别为50MHz、200MHz的正弦信号,同时要求其时间测量系统能达20ns的量程和74ps的测量精度。本文介绍了脉冲调制和时间测量系统原型机设计及各项主要指标的测试。结果表明,电子学系统原型机已达到谱仪系统设计指标要求。

宽带阵列雷达发射波束形成方法

针对目前宽带阵列雷达普遍面临的由孔径渡越带来的波束指向漂移和主瓣宽度抖动的问题,以线性调频信号作为发射信号,从信号基础理论和阵列处理技术出发推导了波束指向漂移和波束宽度抖动的成因,并分析了它们在不同相对带宽下对雷达波束指向和波束宽度的影响程度。根据理论分析,提出了阵元载频微调和时域重采样法相结合的宽带波束形成方法。理论分析与仿真结果表明,宽带阵列雷达波束可以在一个脉冲持续时间内保持波束指向和主瓣宽度的稳定;同时,该方法具有结构简单、运算量小、速度快的特点,可应用于实时雷达系统并便于工程实现。

DBF合成中高速数据采样的抖动对波束形成的影响

主要讨论了采样抖动对中频信号信噪比的影响,提出了一种采样抖动对信噪比影响的数学分析方法。对由于采样抖动使得各路ADC的采样不同步对波束形成造成的影响进行了定量的仿真分析。

120MeV电子直线加速器束流准直研究

120 MeV电子直线加速器对于束流发射度有较高的要求,传统的光学准直难以满足需求。本文研究采用基于在线束流准直方法(Beam Based Alignment,BBA)以实现精度更高的准直,获得更好的束流性能。根据加速器结构配置情况,使用消色散校正法(Dispersion-free Steering Algorithm,DFS),对加速器束流匹配传输段在不同束流抖动情况下进行模拟计算。计算结果表明,DFS算法对于120 MeV电子直线加速器装置的束流准直应用效果良好。

数字束流位置探测器系统的信噪比需求分析

以高能同步辐射光源(HEPS)对BPM提出的位置测量分辨率要求为出发点,介绍了BPM系统的整体架构并推导出BPM系统的信号链路中各级信号所需达到的信噪比;并根据ADC采样数据的信噪比需求,计算出ADC采样时钟的抖动需求;最后介绍了能够测量BPM信号信噪比和采样时钟抖动的BPM测试平台。各项结论可以作为判断BPM系统各部分能否达到HEPS工程要求的标准。

无抖动机械式光开关结构设计

针对机械式光开关的抖动问题,利用一般等截面悬臂梁模型和端部有附加质量的悬臂梁模型,采用模态叠加法求解悬臂梁在冲击力作用下的动态响应,得出了机械式光开关抖动的原因和降低光开关抖动的结构设计方法。利用该方法对一种有抖动的移动棱镜式机械光开关的结构进行改进,实验结果表明,改进后的光开关基本无抖动。

NSRL逐圈束流位置监测系统

本文介绍了合肥同步辐射实验室逐圈束流位置测量系统的设计思想和实现方法。该系统用于判定二期工程升级后的注入系统的注入效率和衰减率,研究Beta振荡和轨迹瞬时变化以及其它束流动力学问题如工作点变化等方面的研究。文中介绍了使用宽带对数比电路对电极感应信号进行处理从而获得束流瞬时位置信息的信号处理方法。分析了监测系统对数据获取和定时系统的要求并详细地介绍了它们各自的实现方案。

基于直方图的数字化束流位置处理器检测方法

数字化束流位置处理器(DBPM)是基于北京正负电子对撞机(BEPCⅡ)和高能同步辐射光源(HEPS)等工程需求研发的束流位置测量核心设备之一。针对DBPM模拟数字转换(ADC)模块的批量测试需求,提出了用直方图检验ADC性能的方法。直方图的形状可确定ADC的锁相功能和输入信号幅值。使用分离算法获取直方图中每个峰对应的数据,并计算统计量。建立每个峰的统计量与时钟抖动和信噪比(SNR)的映射关系。分别用仿真和实验的方式验证该方法的有效性。直方图法是一种简单、快速且准确的测量DBPM-ADC性能的方法,该方法已植入DBPM自动测试平台,成功应用于DBPM产品的批量检测。

Beam transport design for a 1 MeV prototype dielectric wall accelerator

The beam transport design of a novel proton dielectric wall accelerator is introduced in this paper. The protons will be accelerated from 40 keV to nearly 1 MeV under an accelerating gradient that is as high as 20 MV/m. A consideration of the beam line as well as the transport simulation is presented. The influences of the injection timing jitter and the accelerating pulse timing jitter are also discussed.

海洋湍流信道中因斯-高斯光束及信号传输特性实验研究

因斯-高斯(IG)光束在复杂信道传输中具有较好的抗干扰能力。为此设计并搭建了基于模拟海洋湍流信道的激光通信实验平台,详细研究IG光束在海洋湍流信道下光束信号的传输及通信特性。首先实验对比研究了不同海洋湍流强度条件下,IG光束和高斯光束传输后的光强闪烁指数、质心漂移和探测器接收功率情况;其次通过调制0.5~3 MHz频率的方波信号,进一步研究两种光束传输后调制信号波形失真特性;最后进行IG光束和高斯光束的7.5 Mbit/s通信性能对比实验。实验结果表明:IG光束的闪烁指数、质心漂移、功率抖动均优于高斯光束,且随着海洋湍流强度增加,IG光束闪烁指数和质心漂移改善能力增强,功率抖动改善能力降低。在不同模拟海洋湍流中,相同频率的IG光束调制方波波形失真度整体低于高斯光束。在误码率为3.8?10-3(前向纠错阈值)时,IG光束在不同注水高度信道、不同温度信道和不同盐度信道中的通信性能比高斯光束分别提高了0.8 dB、4 dB和2.5 dB。该实验结果可以为IG光束应用于水下激光通信提供参考。