梯度折射率激光准直器的原理与设计

本文研究用单块抛理型梯度折射率棒透镜作激光准直器的原理、特性和设计。     

水下激光成像系统准直器的研究

本文利用高斯光束传输特性,在水下激光成像的特定条件下,提出了设计准直器的一种新方法和最优化设计方案,并给出了最优化的流程图。计算了高斯光束通过准直器的象差,并 同步扫描水下激光成像系统准直器的设计实例。     

超细激光束准直器的原理与设计

提出一种用衍射光学器件产生超细准直激光束的方法。该方法具有设计、制造和装配简便等特点。介绍了器件设计的原理，给出了一种实用的设计方案和模拟结果。     

单模无偏准直器的设计与制作

介绍了单模无偏准直器的原理与测试方法，并对一些制作工艺进行了讨论和比较。     

激光快速直接制造W/Ni合金太空望远镜准直器

激光直接制造技术(LDM)是基于快速成形和激光熔覆技术而发展起米的直接快速柔性制造先进技术，尤其适用于传统方法难以制造的特种材料或特殊形状金属零件。基于太空望远镜准直器特定的形状和材料要求，运用层叠激光熔覆直接制造方法．研究了W和W/Ni合金的多道熔覆特性、微观组织和激光直接制造过程的稳定性。研究表明，W和W90Ni10多层激光熔覆时后续熔覆层的宽度会越来越窄，最终形成三角形截面；而W60Ni40和W45Ni55合金具有良好的成形效果。采用激光功率2000W，光束直径3mm．扫描速度0．3m／min，送粉速度8g／min的优化工艺参数．直接制造出高度为307mm．直径为191mm，壁厚为3mm，平行度不低于2／1000的圆柱状W60Ni40准直器，未出现裂纹和明显的气孔。结果表明激光直接制造技术可以制造出高质量的传统方法难以制造的特殊材料和形状的金属零件。     

球透镜准直器耦合效率的研究

利用传输矩阵和高斯光束的有关理论,分析影响球透镜准直器耦合效率的因素,建立了耦合效率与角向位置失配和横向位置失配关系的理论数值解模型.数值计算表明:耦合效率对角向倾斜和横向偏离的变化非常敏感.实验结果很好地验证了理论模型的正确性.球透镜准直器耦合效率理论模型的建立进一步完善了有关准直器耦合效率的理论,将在无源器件的研究和开发中具有重要的指导意义.(OD12)     

准直器型扩束光纤连接器插入损耗的设计和控制

扩束光纤连接器是一种特殊的非接触式光纤连接器,具有抗污染能力强、机械寿命性能优越及抗振动冲击能力强的特点,但工程化设计及制造难度大。通过对准直器型扩束光纤连接器的工作原理和插入损耗影响因素的研究,提出了降低该类连接器插入损耗的设计和控制措施,并总结出了一套行之有效的装配调试方法,希望为准直器型扩束光纤连接器的设计和制造提供参考。     

基于光纤准直器的反射式盐度传感器

设计了一种新颖的光学盐度传感器,该传感器采用基于光纤准直器结合双通道反射原理而设计,特别适用于长距离的盐度值测量（盐度值在设计中用不同浓度的氯化钠溶液表示）。为了验证该传感器的性能,设计并实施了一个对比实验。实验系统是基于菲涅耳反射原理的双通道系统,一路通道接测量传感器,另外一路通道接普通的带保护层的光纤端子。主要创新点和先进性是:普通的光纤准直器可直接用作盐度值测量传感器,尤其是实验表明该传感器的信噪比至少比普通光纤头式传感器高6.11 dB,等价测量距离至少延长了30 km。实验同时表明温度的影响值为0.005 16 dB/℃,温度对测量值影响很小,而且该传感器系统还可以有效消除光源和外界环境带来的干扰。     

用于激光核聚变的装置CCD光路自动准直

叙述了用近远场光学系统和ＣＣＤ摄像机探测光束位置，微机图象处理技术计算光呸中心偏离误差并调整伺服反射镜，使光束自动恢复到原来位置。     

Derivation of General Formula for Coupling Loss of Single-mode Fiber Collimators with Gradient——index Rod Lenses

Gradient--index rod lens (GRIN--lens) whose pitch is ordinary value with bevel ferrule coupling system is analyzed, an equivalent method which can be used to analyze this system is put forward, and a general formula for determining the coupling loss with axes mismatch, radial mismatch, and angular mismatch is derived by use of the Gaussian field approximation and mode-field coupling theory. The experimental results are in good agreement with the theory prediction. It indicates that these formulas are suitable to analyze the gradient--index rod lens coupling system with pigtail fiber.     

大型激光装置光学元件管理思路

光学元件是高功率大能量强激光系统的基石，光学元件管理也就成为一个重要环节。由于高功率激光系统涉及的光学元件种类多。数量大且参数各异，并且要管理光学元器件的进、出库、各类文字性记录及各种检测数据资料．特别是为了适应今后的光学元件的动态跟踪及全寿命管理的需要，建立一套有效的光学元件管理系统势在必行。为了实现管理的自动化，本文介绍了大型激光装置中光学元件的管理流程，并对相关工作的实现提出了相应的要求。     

真空气淬炉安全性设计与分析

介绍了真空气淬炉的主要结构部件,分析了影响设备安全性的炉壳、炉门及齿圈的结构组成。由于真空气淬炉在正压和负压反复交替使用的特殊性,为了保证设备使用的安全性同时实现设备的经济性,对炉壳和齿圈通过计算法、查图法进行理论计算,并采用有限元分析法对结构进行安全性分析。通过力学模型对设计结构中的薄弱环节进行结构优化,达到结构安全性的要求。     

高功率激光装置电磁兼容设计

高功率激光装置在试验运行过程中会产生强烈的电磁脉冲辐射,对试验中的仪器设备以及周围的环境带来辐射影响。针对高功率激光装置进行了双法拉第笼、环形接地盘等系统级电磁兼容设计,有效降低了试验中电磁脉冲对外界的干扰。通过计算、实验,掌握电磁脉冲在各类设备内的场强分布,进行了有针对性的电磁加固,并对设备内部的重要单元器件进行设计优化,降低电磁脉冲对于试验测量的干扰,确保了设备的运行安全。     

强激光设施能源系统电路的容差设计与分析

系统可靠性设计使用电路容差分析技术来保证电路特性获得稳定而可靠的输出，对于稳定性和可靠性要求高的系统进行容差分析尤其必要。能源系统作为惯性约束聚变(ICF)激光装置的重要组成部分，其可靠性直接关系到激光装置的稳定运行。能源系统电路的容差设计与分析，是激光装置可靠性设计分析必不可少的工作项目之一，对提高能源系统的可靠性进而保证整个激光装置的稳定运行具有重要意义。给出了能源系统电路设计图及其规定功能，然后在对容差设计模型进行一般性描述的基础上，利用随机优化设计方法，建立了能源系统电路容差设计随机优化模型，并对模型的设计变量、随机参数、设计准则、约束条件等进行了详细说明，最后给出了计算机仿真方法求解模型的流程及模型的可行解集。     

MEMS低量程微加速度计的设计

在传统双边四梁微加速度计结构的基础上,设计了一种新型MEMS低量程微加速度计,量程为±10 g。用ANSYS有限元软件对加速度计的结构建立仿真模型,进行应力、模态及抗冲击能力分析。加速度计供电电压为5 V时,灵敏度理论值达到1.029 mV/g,与传统结构相比,极大地提高了低量程微加速度计的灵敏度。     

高功率激光装置靶场光学系统的误差分析

基于高功率激光装置主激光束精确打靶的需要,应用误差分析方法为装置的工程实施和单元技术的改进提供理论指导.针对装置在每发打靶前多应用自动准直技术来消除存在的误差,而传统的误差分析方法即随机误差和传统误差又未能进行全面系统的分析,提出了新的激光瞄准误差分析方法:静态误差和动态误差的划分.通过对靶场光学系统全面的误差分析,获得激光瞄准精度的普适性公式,并验证了该误差分析方法的正确性和可行性.     

铜互连应力模拟分析

建立了三维有限元模型,采用ABAQUS有限元分析软件,模拟计算了Cu互连系统中的热应力分布;通过改变通孔直径、铜线余量、层间介质等,对比分析了互连结构对热应力分布的影响。结果表明,互连应力在金属线中通孔正下方铜线顶端处存在极小值,应力和应力梯度在下层铜线互连顶端通孔两侧处存在极大值。应力和应力梯度随着通孔直径或层间介质材料介电常数的减小而下降,应力随铜线余量长度的减小而增大。双通孔结构相对于单通孔结构而言,靠近下层金属线末端的通孔附近应力较大,但应力梯度较小。     

Design and FE analysis of integrated sensing using gas compressibility for microdroplet generation

As trends in biology, chemistry, medicine and manufacturing have pushed macroscopic processes onto the microscale, robust technologies have become necessary to encapsulate liquids into microdroplets for further manipulation and use. In order to most effectively utilize these microdroplets, real-time sensing is needed during the generation process to monitor the size of the droplet generated, or if generation failed to occur. Current droplet generating technologies operate either in open-loop, with no direct feedback available to the control system to monitor the process, or in closed loop with external sensing, using photography or droplet weight measurement to measure droplet size. By utilizing internal system-based sensing to close the loop, corrections in the dispensing process could be made in real-time in response to malfunctions as they occur. Furthermore, the generator’s operator could be more quickly alerted when a systemic error, such as a clog, continues to occur. One candidate solution to provide system-based sensing is to monitor the pressure of a reservoir of compressible gas kept adjacent to the reservoir of droplet liquid, both within a constant volume fluid chamber. The gas reservoir pressure during the actuation sequence can be related both analytically and empirically to the volume of the droplet ejected from the device, including instances where generation fails and a droplet is not ejected. This paper describes the designs of potential systems to realize this design concept, and the development of a finite element simulation for one of the concepts capable of generating droplets while simultaneously monitoring the pressure of the gas reservoir. A linear relationship between this calculated pressure and the volume of the dispensed droplet is found, validating the sensible property as workable for implementation in a physical system.     

ANGULAR SPECTRUM PROPERTY OF SPONTANEOUS EMISSION IN A TWO-DIMENSIONAL UNDULATOR FREE-ELECTRON LASER

The angular spectrum of spontaneous emission in a two-dimensional undulator free-electron laser is analyzed theoretically. Numerical calculation shows that the 3-th harmonic spontaneous emission power density can be greatly enhanced by using a two-dimensional undulator, for which l=s, so the harmonic number can be selected by selecting l. Therefore, the higher harmonic operation of a free-electron laser can be realized selectively.