磁开关技术及其在高功率脉冲驱动源中的应用

磁开关具有高功率、高重频、高稳定、长寿命等特点,在脉冲功率领域得到了重要应用。首先,介绍了磁开关技术的发展现状。然后,建立了一种磁开关场路协同仿真模型,分析了不同脉冲宽度下磁开关的磁场扩散及饱和动态特性、层间绝缘特性和损耗特性等;研究了磁芯几何结构对磁开关动态特性的影响。最后,阐述了磁开关技术在固态化高功率脉冲驱动源的应用,以及两路脉冲源合成时磁开关的同步技术。

二氧化钒薄膜对红外脉冲功率激光的智能防护分析

VO2是一种固态热致变色材料，它的晶态结构可以在半导体一金属一绝缘体之间可逆转变。介绍了VO2的相变特性，研究了氧化钒的相变机理。根据激光对光电探测器的损伤机理，研究了氧化钒薄膜对红外脉冲功率激光的智能防护。当CO2脉冲激光照射到HgCdTe红外探测器上时，其热传导深度为0．32-3．2um，远小于其吸收深度100μm。依据此对VO2薄膜防护的HgCdTe红外探测器的温升进行了计算和分析。结果表明，当一束激光照射VO2薄膜防护的探测器时，VO2薄膜可以在激光对探测器造成损伤之前完成相变，从而可以保护探测器。VO2薄膜可以用于探测器针对强激光的智能防护、

紧凑小型脉冲功率源ARC-01/02及其应用

脉冲功率技术的重要发展方向是高功率密度、紧凑小型化和高稳定可靠。液体介质由于具有绝缘强度高、易流动、快恢复、散热性好等方面的特点,广泛应用于脉冲形成线型紧凑小型脉冲功率源的电容储能器件作为储能介质。主要围绕紧凑小型脉冲功率源ARC系列的技术难题,开展了关键技术、系统研发及其工程应用等方面的工作。首先,提出了基于液体介质和慢波结构的形成线,采用场均匀和绝缘配合技术,研制出紧凑小型脉冲功率源ARC-01和ARC-02,输出功率1~2 GW、脉冲宽度5~30 ns、重复频率1~100 Hz,紧凑化水平较国际先进同类装置最多提高了2倍。之后,以凑小型脉冲功率源为核心搭建液体介质击穿测试平台,针对变压器油、蓖麻油、甘油、碳酸丙烯酯等常见液体介质,开展了微秒脉冲击穿特性研究,采用统计分析方法建立了数据库,以“小成本”换取“高可靠性”;并采用超高速光学诊断方法,将击穿瞬间流注、冲击波、亚微观断裂面产生、传播、截止过程与张力理论结合,建立了液体介质击穿物理模型。最后,成功将紧凑小型脉冲功率源应用于驱动宽带/窄带微波产生、碳纤维阴极稳定性及寿命测试。

高效率高阻抗层叠Blumlein线固态脉冲发生器研究

为提高电压效率基于标准同轴电缆研制了1种高阻层叠Blumlein线固态脉冲发生器。首先,采用传输线理论和放电等效电路,分析了耦合传输线对层叠Blumlein线输出电压效率的影响,并利用数值仿真软件对外筒放电型和内筒放电型2种结构的层叠Blumlein线进行了模拟验证。理论与模拟结果表明:耦合传输线阻抗是造成电压效率损失和能量效率下降的主要因素,增大耦合阻抗可提高输出电压幅值和波形质量;内筒放电型结构能够减少耦合传输线的数量,从而提高电压叠加效率;同时,采取螺旋盘绕方式绕制及磁芯隔离的方法可增大耦合阻抗,进一步提高层叠Blumlein线的电压叠加效率。基于内筒放电型结构和磁芯隔离方法,研制了10级层叠Blumlein线脉冲发生器,并对其进行了实验测试。测试结果表明:充电电压为489 V时,输出脉冲电压幅值为4.56 kV,脉冲前沿约为21 ns,脉宽约为75 ns,输出电压效率为93.3%,测试结果有效检验了脉冲叠加效率提高方法的可行性。

KTiOPO_(4)晶体和光参量振荡技术产生900 nm波段激光

利用KTiOPO_(4)(简称KTP)晶体和光参量振荡技术(Optical Parametric Oscillator,OPO),产生900 nm波段激光。利用成熟的1064 nm激光,通过LiB_(3)O_(5)(LBO)晶体倍频产生532 nm激光,再用532 nm激光泵浦KTP OPO产生调谐范围为898~911 nm,调谐分辨率优于1 nm,输出能量达1.85 mJ,重频1~10 Hz的近红外激光。利用该方案产生的900 nm波段激光,具有全固化、小型化、宽调谐、高调谐分辨率、高光束质量等优势,在光电对抗领域有着广泛的应用前景。

重频脉冲CO_2激光损伤K9玻璃的实验

对脉冲CO2激光在不同重频模式下损伤K9玻璃进行了实验研究。采用输出能量为10 J,脉宽为90 ns,重复频率在100 Hz至300 Hz之间连续可调的脉冲CO2激光器,对K9玻璃样品进行了激光损伤实验,观察到两次不同重频条件下样品的损伤形貌。实验结果表明,重频越高,对样品的损伤程度就越严重;应力损伤成为K9玻璃激光损伤的最主要的原因,在重频强激光的辐照下,K9玻璃表面出现强烈的等离子体闪光,伴随明显的熔融气化破坏,并形成等离子体爆轰波。爆轰波对玻璃材料产生了严重的力学冲击作用,这种应力作用足以对K9玻璃造成毁灭性破坏。运用有限元分析对激光辐照K9玻璃的温度与应力分布进行仿真,其计算结果与实验基本吻合。

双层等离子体对6 GHz高功率微波防护实验

针对高功率微波对电子设备的安全威胁,设计了一种双层柱状等离子体阵列对高功率微波进行防护。其中单根等离子体柱的直径为25.4 mm,长度为600 mm,等离子体频率与碰撞频率可进行控制。利用搭建的实验测量系统,研究了微波极化方向、等离子体电子密度、放电单元层数等因素对高功率微波透射衰减的影响。实验结果表明:当高功率微波未激发等离子体产生非线性效应时,TM极化时的防护效果优于TE极化时的防护效果,且能量衰减分别可达20.9 d B和14.7 d B;随等离子体电子密度增大,微波透射功率减小,防护效果增强;由于层间反射作用,双层等离子体对高功率微波的透射衰减远大于单层等离子体衰减值的两倍。

声光偏转快调谐脉冲CO_2激光器实验研究

采用双声光调制器光路快速偏转技术与自准直光栅法实现CO_2激光全波段快调谐同光路输出。首先对声光调制器特性进行实验研究,结果显示:声光调制器偏转角度约为4. 4°,与运用布拉格方程计算结果相符;且激光单次通过声光调制器移频量为40. 68 MHz,与声光驱动器射频频率一致,将激光往返多次经声光调制器的移频量叠加。进而,开展基于声光调制器的CO_2激光快调谐实验研究,运用两个对称布置的同驱动频率声光调制器补偿声光移频,实现偏转光路振荡输出,运用光栅法在直线光路中实现激光全波段可调谐输出。最终,在声光调制器时序控制下,实现双波长激光快调谐同光路输出,选定激光波长的切换时间约为1 ms,脉宽小于300 ns,且双波长切换速度不受CO_2激光跃迁谱带的限制。

脉冲电光调Q 1.319μm Nd:YAG激光技术

Nd:YAG激光器输出的1.319μm激光在众多领域有重要应用,但目前研究重点集中在连续或准连续输出。采取对腔镜镀高选择性膜及使用色散棱镜等措施抑制1.064μm波长振荡、输出1.319μm激光,分别在自由运转及电光调Q两种情况下作了Nd:YAG激光器输出1.319μm波长的实验,得到调Q输出脉冲最大能量56mJ,脉宽36ns,斜效率0.2%,激光发散角2.5mrad,输出能量不稳定度约4%,使用KTP倍频晶体得到660nm红光输出。结果表明,用此方法实现电光调Q1.319μm脉冲激光及其倍频光输出切实可行,具有重要应用潜力。

电磁脉冲防护技术研究现状

随着电子战装备的广泛应用以及电磁脉冲武器、高功率微波武器的出现,战场空间的电磁环境日趋恶劣,使装备面临着巨大的电磁威胁,其对电子设备的破坏已经引起各国的广泛关注,因此对电子设备进行电磁脉冲保护迫在眉睫。首先分析了电磁脉冲对电子设备的危害;然后对防护效果较好的两种新型吸波材料(纳米材料、石墨烯)以及能量选择表面进行了介绍,分析了各自的优缺点及发展趋势;最后重点围绕等离子体电磁脉冲防护,介绍了其防护原理,并对国内外发展现状进行了总结与展望。

KrF激光和脉冲CO_2激光损伤K9玻璃的实验对比与分析

对KrF准分子激光辐照K9玻璃进行了损伤实验,并与脉冲CO_2激光损伤K9玻璃进行了对比分析,研究了紫外和远红外两种激光系统对同种光学材料的损伤特性。实验结果结果表明,KrF准分子激光和脉冲CO_2激光对K9玻璃的损伤形貌基本相同,损伤主要是热力耦合损伤机制,但是两者在损伤阈值和损伤时间等方面仍有很大差别。与脉冲CO_2激光相比,K9玻璃的KrF准分子激光损伤阈值更低,并且损伤持续时间更短。通过两类激光在波长和光子能量上的巨大差异可以很好地解释这一现象。该研究结果对准分子激光在空间工程应用上有着非常重要的参考价值。

KTP OPO产生2.7μm波段高峰值功率激光实验研究

通过1 064 nm激光泵浦KTP晶体光参量振荡(OPO)技术获得了高峰值功率2.7μm波段激光输出,对实验结果开展了详细的分析。泵浦源为电光调Q Nd:YAG激光器,光参量振荡器谐振腔采用单谐振结构,将两块相同的KTP晶体光轴相向放置以补偿走离效应,KTP晶体按?=0°,θ=62°切割以获得波长2.7μm波段激光输出,采用Ⅱ(B)类相位匹配(o→o+e)以利用较大的非线性系数。在泵浦能量为89 m J,脉宽10 ns的条件下,获得脉冲能量7.5 m J,波长2.67μm,脉宽8.5 ns的激光输出。

针对脉冲信号聚类分选的卫星电子侦察干扰技术

通过构造并引入干扰信号,改变电子侦察卫星侦察接收电磁信号特征分布状态,破坏电子侦察对真实雷达脉冲的有效分选,实现保护真实雷达的电磁参数特征不被侦察到的目的。针对聚类脉冲分选,设计构造了干扰信号,仿真实验表明,设计的干扰信号能够起到较好的干扰效果。

高功率全光纤1.6微米类噪声方形脉冲激光器

报道了一种工作波长在1.6μm的哑铃形结构高功率铒镱共掺全光纤锁模激光器.无隔离器结构设计以及大模面积双包层铒镱共掺光纤的使用,使振荡器可稳定高效地工作于较高泵浦功率下.证明了不同带内吸收系数的铒镱共掺光纤对输出波长有极其重要的影响,带内吸收调控可作为一种有效的波长控制方法.实验中,利用高带内吸收光纤获得了稳定的1.6μm高功率、大能量纳秒类噪声方形脉冲输出,最大平均输出功率和单脉冲能量分别为1.16 W和1.26μJ.同时研究了附加插入损耗对所设计激光器输出特性的影响,当总附加插入损耗为10 dB时,激光器仍然可以稳定发射1.6μm类噪声方形脉冲,说明利用高带内吸收系数的铒镱共掺光纤设计的激光器对1.6μm输出波长具备极强的鲁棒性.对于过大的附加插入损耗,1.6μm输出波长会被完全抑制.

低温等离子体用于高功率微波防护研究

等离子体对于高功率微波的攻击具有独特的防护效果。基于等离子体流体近似方法,利用COMSOL软件研究了高功率微波与柱状等离子体阵列相互作用过程中入射电场随时间的演变过程,分析了等离子体防护高功率微波的物理过程和作用机理。研究结果表明,入射的高功率微波会使等离子体参数发生剧烈变化,特别是其电子密度将急剧增加,从而使等离子体对入射的高功率微波表现出类似金属的电磁特性,最终实现对入射高功率微波的有效防护。此外,利用高频辉光放电产生柱状等离子体阵列,通过实验验证了等离子体对高功率微波的防护作用。最后,总结了基于等离子体的高功率微波防护技术需解决的主要问题。

HEART-50重复频率高功率脉冲驱动源研究

通过理论计算、数值仿真和实验验证的方法,研究了一台峰值功率数十GW、重复频率5 Hz的重复频率高功率脉冲驱动源,命名为“HEART-50”。该脉冲驱动源由充电电源、初级开关、脉冲形成线、主开关、阻抗变换线,以及假负载构成。首先介绍了HEART-50重复频率高功率脉冲驱动源整体设计思路;其次,对基于混合液体介质的高功率脉冲形成线和气体介质主开关进行了数值分析,并对其全电路工作能力进行了仿真分析;最后,对研制的HEART-50重复频率高功率脉冲驱动源进行了实验验证。结果表明,脉冲驱动源能够输出峰值电压520 kV,脉冲宽度约90 ns,脉冲上升沿小于25 ns,重复频率5 Hz的准方波电脉冲,峰值电功率约为25.3 GW,且具有较好的运行稳定性。

VO_2薄膜受脉冲激光辐照实验及理论计算

为了探究在脉冲激光辐照VO_2薄膜过程中,影响薄膜相变响应时间的因素,基于COMSOL对辐照过程进行仿真计算.建立辐照VO_2薄膜的物理模型,并设置模型的边界条件,利用红外脉冲激光辐照三组通过分子束外延法制备的VO_2薄膜,间接得到了薄膜平均吸收率,并将吸收率实验数据带入计算模型中.在仿真计算中,考虑了激光的功率密度.薄膜基底厚度和薄膜初始温度等因素对仿真结果的影响.实验结果表明:增大激光功率密度和初始温度.减小基底厚度均可缩短薄膜辐照中心相变时间,并且相变时间和激光功率密度呈指数衰减趋势.5 000 W/mm^2的激光辐照基底厚度分别为0.15mm、0.3mm、0.5mm的三组VO_2薄膜,达到相变的时间分别为157ns、250ns、455ns,相变时间随薄膜初始温度升高线性减小.在入射激光功率不明确时,可以通过给VO_2薄膜施加一个接近相变点的偏置温度,适当控制薄膜基底厚度等来缩短相变时间,这对VO_2薄膜防护激光干扰中相变响应时间的相关研究具有一定的借鉴意义.

激光成像处理技术研究现状及展望(特邀)

激光成像在多个领域中应用广泛,其成像时包含一系列的信号和信息处理过程,会对成像质量造成关键性的影响,并在成像信息运用的过程中起着关键性作用。文中主要针对典型激光成像处理技术进行综述性研究。首先,讨论了典型成像体制的激光成像处理技术特征,按照信号处理和信息处理两个阶段归纳了主要的共性处理方法和内容。其次,分析了激光信号去噪、辐射与几何校正和激光点云处理技术,激光测距、图像重建、目标检测的信息处理技术的发展现状,研究了典型处理技术特别是基于深度学习的激光成像智能处理技术的实现过程。最后,分析了激光成像处理技术的发展需求和未来发展方向,希望能对激光成像的相关研究带来一定的参考作用。

光电成像系统激光防护技术研究进展(特邀)

随着激光技术的迅速发展,激光武器装备日益增多,广泛应用各个领域的光电成像系统被激光致盲或致眩的概率骤增,信息获取能力急剧下降,因此,光电成像系统激光防护技术研究变得越来越重要。简要介绍了基于线性材料和非线性材料的光电成像系统激光致盲防护技术的机理及局限,重点阐述了以二氧化钒为代表的基于相变材料的激光致盲防护技术的机理、制备方法和应用进展,详细分析了基于计算成像的激光致盲防护技术的机理和初步应用探索,结合激光致盲与致眩的关系补充说明了研究光电成像系统激光致眩防护技术的必要性和可行性,最后总结了光电成像系统各种激光防护技术的优缺点以及未来发展方向。

微秒脉冲下两电极开关的低真空击穿特性研究

针对巴申曲线在低真空范围击穿特性尚无详细研究,且只适用于均匀电场的情况,本文研究了10-3~10 Pa低真空范围微秒脉冲下两电极开关击穿特性,在真空击穿试件内进行不同球电极间隙距离的真空击穿实验,探索并总结了其击穿规律。首先,对不同电极间距下放电腔场强分布进行了仿真,结果显示场分布为稍不均匀场,场强最大值集中在电极球面顶点之间。然后采用光学显微镜观察实验后电极表面状态,分析了击穿场强以及离散度随真空度和电极间隙的变化规律。结果表明:阴极烧蚀比阳极更为明显,小间隙下真空击穿主要为阴极引发;击穿场强随气压不断降低而迅速增大,上升斜率先增后减,击穿场强趋于稳定,该现象与真空击穿规律相符合;真空击穿场强离散度也随真空度变大,证明真空击穿的随机性和分散性较大。