NIM的微波－光学频率基准研究 ———复现米和秒定义

报道中国计量科学研究院（NIM）在微波－光学频率计量研究的新进展：用NIM４激光冷却－铯原子 喷泉钟复现国际单位制（SI）时间单位秒（s）,用飞秒（FS）光学频率梳间接复现长度单位米（m）并标定稳频 激光波长实际实施米定义。NIM４铯原子喷泉钟的不确定度达到５×１０－１５,飞秒（FS）光梳锁定到NIM４钟控制的 氢钟后,其频率不确定度为２畅２×１０－１４。在此基础上讨论铯原子喷泉钟、稳频激光、FS光梳的作用、意义和相互 关系。最后简要介绍NIM５铯原子喷泉钟的研究进展和２００６年起NIM立题研制锶原子存储     

SiGe-OI对称型Y分支光功率分配器的研究

在新材料SiGe-OI(绝缘层上锗硅)单模光波导的基础上,建立了符合单模光波导条件的SiGe-OI对称型Y分支光功率分配器结构,分析了对称型Y分支光功率分配器的模式,并通过BPM模拟软件对SiGe-OI对称型Y分支光功率分配器进行了模拟,分析了光场强度、分支角度、分支过渡区长度以及附加损耗等之间的关系,选择的Y 分支光功率分配器过渡区长度L为1200 μm,光束被平均分配到两个分支中,出口处每束光的强度大约是入口处强度的50%,符合Y分支器的3 dB特性.该设计可以获得具有均匀输出特性,当分支角小于1°的时候,附加损耗小于0.5 dB的低损耗SiGe-OI对称型Y 分支光功率分配器.     

LD双端面泵浦Nd:YAG激光器实验研究

【目的】对双端面泵浦的Nd:YAG激光器进行实验研究。【方法】设计了一种对激光晶体YAG进行双端面泵浦的结构方式,提出对激光晶体介质进行传导冷却与水冷冷却相结合的散热方法,并进一步分析在双端面泵浦下晶体内部的热功率分布,并对晶体内的温度场分布进行了数值模拟计算。【结果】采用U型平行平面腔结构,在注入总泵浦光为33.8W时,得到最高输出功率22.30 W,光-光转换斜效率为71.2%,出光阈值功率为6.68 W,输出光束为基模,M2为1.4。【结论】双端面泵浦YAG激光器比单端面泵浦具有更高的转换效率、更好的光束质量,具有很强的实用价值。     

基于脉冲注入调制的LD光功率-电流-电压特性测试系统

为精确测试半导体激光器(LD)的光功率-电流-电压(LIV)特性,提出一种基于脉冲注入调制的方法,并据此研制新型的LD脉冲测试系统.系统通过给被测LD注入脉冲宽度、周期及幅度连续可调的脉冲电流,采集恒功或恒流工作LD的工作电流、两端电压、背光电流和输出光功率等信息,绘制LD的LIV特性曲线,并以此推断LD的性能.采取低占空比的脉冲注入,有效抑制了LD有源区温度升高,保证了测试的可靠性和准确性.实验结果表明,脉冲电流的稳定度达到10-4,系统满足设计要求,其性能优于连续测试系统.     

一种改进的喷泉多选择序列峰均比降低算法

针对非连续正交频分复用(NC_OFDM)系统具有边带功率(Sidelobe power)大及峰均比(PAPR)高等问题,提出一种基于喷泉编码(Fountain code)的改进算法,同时考虑认知无线电环境下NC_OFDM系统旁瓣干扰及峰均联合优化.采用喷泉多选择序列算法,通过喷泉编码及序列映射的思想,降低边带功率及系统PAPR.仿真表明,喷泉编码改进算法能有效减少NC_OFDM系统中感知用户对于授权用户(licensed user)的干扰,通过喷泉编码设定目标PAPR将NC_OFDM系统PAPR控制在合理范围内,从而有效解决NC_OFDM信号放大失真问题,提升系统整体误比特率性能.     

高精度（10^-15）可搬运铷原子喷泉钟的研制

原子喷泉钟是目前世界上最准的运行原子钟,主要包括铯喷泉钟和铷喷泉钟两种.中国科学院上海光学精密机械研究所于2003年开始开展了可搬运小型喷泉铷钟样机的研制,它的主要特点是：以铷原子做工作介质、损耗低、信噪比高、冷原子碰撞频移低;通过折叠光路设计,其对激光的功率要求降低2/3,系统更加紧凑稳定,更加有利于喷泉钟的工程化.该原子钟已经获得了微波跃迁的Ramsey干涉条纹,其信噪比约100,并实现了闭环锁定,1s的稳定度为8×10？13,4×104s稳定度优于6×10？15.目前正在进行误差的评估工作及系统的改进,近期将进行项目验收,预期总的频率不确定度优于4×10？15.     

高功率半导体激光器阵列远场光束特性研究

为研究高功率半导体激光器阵列(HLDA)远场光束分布和传输特性,基于亥姆霍兹方程的远场解,提出HLDA的远场分布模型.实验表明:测试数据与理论模型吻合很好,在95%能量分布区域内,HLDA理论模型拟合测量数据的误差小于5%.基于该理论模型,仿真分析了HLDA光束截面光强分布、传输中心轴光强分布、光束束宽等特性.     

应用于时分复用无源光网络上行信号的光功率均衡器

研究了利用光注入锁定法布里-珀罗激光器(FP-LD)进行时分复用无源光网络(TDM-PON)上行信号的光功率均衡.通过二次光注入锁定FP-LD实现上行信号功率均衡,由一外部单纵模激光注入锁定光网络单元(ONU)上行信号的输出波长,光谱稳定的上行光注入锁定位于光线路终端(OLT)的功率均衡器FP-LD.本功率均衡器可以使上行光功率由-10～-25dBm的功率变化量变为1.2dB最大功率变化量.并测试功率均衡器对上行光信号传输品质影响.     

LD双端面泵浦Nd:YAG激光器实验研究

【目的】对双端面泵浦的Nd:YAG激光器进行实验研究。【方法】设计了一种对激光晶体YAG进行双端面泵浦的结构方式,提出对激光晶体介质进行传导冷却与水冷冷却相结合的散热方法,并进一步分析在双端面泵浦下晶体内部的热功率分布,并对晶体内的温度场分布进行了数值模拟计算。【结果】采用U型平行平面腔结构,在注入总泵浦光为33.8W时,得到最高输出功率22.30 W,光-光转换斜效率为71.2%,出光阈值功率为6.68 W,输出光束为基模,M2为1.4。【结论】双端面泵浦YAG激光器比单端面泵浦具有更高的转换效率、更好的光束质量,具有很强的实用价值。
     

LD抽运Nd:YVO_4双波长激光器的输出特性

在满足双波长激光振荡阈值相等的条件下,分析和数值计算抽运光、双波长(1.34,1.06 μm)振荡激光光束半径的相对大小,以及其对两个子腔输出镜透过率关系的影响.研究发现,当抽运光、两种波长激光的光束半径之比达到一定值时,两个子腔输出镜透过率之间的最佳关系不随腔内光束半径的变化而变化在考虑Nd∶YVO4晶体的热透镜效应情况下,可合理地选择2个子腔腔长来实现双波长(1.34,1.06 μm)激光相同的振荡阈值.实验结果表明,抽运功率较小(小于11 W)时,输出的1.06 μm激光功率大于1.34 μm激光功率;抽运功率较大时(大于11 W),1.34 μm激光功率超过1.06 μm激光功率;当抽运功率等于11 W时,1.34 μm和1.06 μm激光功率均为0.675 W.     

单级和两级地热发电系统能量转换分析

 地热资源是一种重要的可再生能源,但是中国地质和地热资源复杂。为了更好地利用这种能源,基于热力学基本原理,采用数值计算和模拟,对包括单级闪蒸、双工质循环、两级闪蒸和闪蒸-双工质联合地热发电的单级和两级地热发电系统的主要性能指标进行了对比和分析。结果表明,采用直接冷却方式的单级和两级地热发电系统的各项性能指标均优于间接冷却;两级发电系统的净发电量高于单级闪蒸的净发电量,地热水温度较高时,尽量采用两级发电系统;闪蒸-双工质地热发电系统的最佳闪蒸温度较高,产汽率较低,既有利于减少设备体积,也可以使发电系统处于正压运行,可以提高系统的运行效率。     

Solar-driven high temperature radiant cooling

Solar energy is widely used as one of the most important renewable energy. In addition to the growing applications of solar PV and solar water heater, solar cooling is also considered very valuable and the related researches are developing fast because of the synchronism between solar irradiance and building cooling load. Current studies mainly focus on the high temperature solar collector technique and heat-driven cooling technique, while little concern has been paid to the transport process of cooling power. In this paper, the high temperature radiant cooling is studied as an alternative way for transporting cooling power, and the performance of the combination of radiant ceiling and solar cooling is also studied. From simulation and theoretical analysis results, high temperature radiant cooling terminal shows better cooling power transportation ability against conventional air-conditioning terminal, and its thermal comfort is improved. Experiment results indicate that radiant cooling can enhance the chiller’s COP (Coefficient of Performance) by 17% and cooling power regeneration by 50%. According to analysis in this paper, high temperature radiant cooling is proved to be suitable for solar cooling system, and out work can serve as a reference for later system design and promotion. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50876064)     

大功率半导体激光器恒温系统

采用半导体制冷和风冷混合制冷的方式对大功率半导体激光器进行恒温工作控制.通过实验研究半导体激光器的工作温度保持在45℃以内,控温精度在±0.1℃的状态下稳定工作,半导体激光器输出功率达到15.28W.     

关于评价淬硬能力的Segerberg公式的讨论

用IVF冷速测量仪测定了10种不同淬火油的冷却曲线和试样淬火后的硬度数值,通过比较发现,由Segerberg公式计算的淬火介质硬化能力和实际硬度的对应关系较从沸腾向泡沸腾转变的温度和最大冷速的对应关系为好,而且对碳钢的符合性比对合金钢的好。基于“保证淬硬的关键是在特定区间的冷速要足够快”这一思想,分别针对碳钢和合金钢,提出了Sereberg的修正公式。试验结果表明,修正公式的符合性优于原公式。     

换热面裕量对再生式换热器热工特性的影响分析

再生式换热器由再生段和冷却段共同构成,凭借再生段的加入,再生式换热器有助于减小换热器承受的热应力以及回收部分热量,而广泛应用于研究型反应堆的各试验回路中。在再生式换热器设计中,通常会对换热面积保留一定的裕量以应对换热管破损、阻塞以及工况波动等情况发生。结合再生式换热器的结构特点,在不利因素未发生时,将设计裕量效果计入实际的换热中,分析不同的设计裕量对再生式换热器理论运行功率、流质流量以及出口温度等的影响。分析结果表明,再生式换热器的理论运行功率随着冷却段设计裕量的增加而逐渐增加,而随着再生段设计裕量的增加而逐渐减小。再生段及冷却段设计裕量对再生式换热器的功率调节跨度影响不大,但再生式换热器的理论功率调节区间在再生段设计裕量增加时会逐渐下移,而在冷却段设计裕量增加时会逐渐上移。要克服再生段裕量对运行功率带来的不利影响,可以选择增加相应的冷却端设计裕量以及加大二次水流量。再生式换热器运行于功率调节下边界以下时,再生段保持一定设计裕量有利于一次水的流量更为接近设计流量。鉴于分析的结果,对于处于稳态试验回路中的再生式换热器,建议再生段裕量小于10%以满足设计功率,而对需要具备降功率运行的再生式换热器,建议可以取较大的再生段裕量以减小一次水流量的波动。     

基于试验数据反馈的稳态考验回路换热系统传热性能再评价

准确衡量稳态考验回路换热系统的换热能力以及评估该能力与燃料组件辐照参数的匹配性,是保障稳态辐照考验安全有效实施的前提。本文主要针对燃料组件稳态辐照考验,结合高温高压辐照试验回路历史运行数据,建立一种面向再生式换热器传热性能的再评价方法,以准确预测试验回路应用于不同辐照考验参数的有效性。研究表明,消除运行换热器试验数据中的散热影响以及在计算中将再生段以及冷却段的换热面积裕量计算接近于0是有效开展稳态考验回路换热系统传热特性再评价的前置条件。采用同时对再生式换热器的再生段及冷却段的传热系数进行修正并开展换热能力再评价对换热器的换热功率预测准确有效,通过再评价方法在整体上获得的再评价功率相较于试验功率的平均偏差约为1.8%,远优于传统方法计算中20.7%~26.0%的偏差。传统计算功率普遍高于再评价功率,且高出的幅度与一次水流量密切相关,而受一次水的入口温度影响较弱。     

激光功率与扫描速度对45钢薄板焊接温度场的影响

采用SYSWELD有限元模拟和激光焊接红外测温方法,研究了激光功率与扫描速度对45钢薄板焊接温度场的影响。结果表明,焊接温度随着激光功率的增大而升高,随着扫描速度的增大而降低,且在激光功率较大和扫描速度较低时,其变化对焊接温度影响较大。在激光快速加热/冷却条件下,不同参数下的焊接初始温度与终了温度存在差异,通过调整合适的激光参数可获得相对稳定的焊接温度分布。在热影响区作用下,各焊接节点温度下降相对缓慢,且这一过程随着激光功率和扫描速度的增加而逐渐延长。为了提高焊接效率而同时增大激光功率和扫描速度不利于热变形的控制。     

高功率双包层光纤激光器温度分布的数值分析

对高功率光纤激光器热效应问题进行了理论研究,在分析热效应产生原因的基础上,建立了一套双包层光纤激光器稳态温度分布模型,数值模拟了光纤轴向和径向的温度分布,得出了不同的光纤长度、截面半径和制冷条件下光纤端面中心温度随激光输出功率的变化关系.结果表明,单根光纤在输出千瓦级激光情况下对光纤端面附近区域沿轴向制冷将显著降低热效应的影响.     

LD脉冲泵浦对Nd：YVO4激光器输出特性的影响

采用LD脉冲泵浦Nd：YVO4晶体,实验得到了相同占空比、不同脉冲宽度时的平均输入输出功率特性,并比较了相同泵浦峰值功率下的转换效率．从理论分析了影响晶体散热的因素,得到了晶体的散热效率与晶体内积聚的热量的值成正比的结论,并进行了数值计算．总结了采用LD脉冲式泵浦对Nd：YVO4激光器输出特性的影响,从而分析了提高脉冲泵浦转换效率的途径．     

Diode pumped Nd: YVO4 laser at 671 nm with a type-II noncritical phase-matched LBO

A diode pumped intracavity frequency-doubled Nd: YVO₄ laser emitting at 671 nm with a type-II noncritical phase-matched LBO crystal is reported. A maximum output power at 671 nm of 404 mW was obtained under an incident pump power of 5.16 W, with an optical-to-optical conversion efficiency up to 7.8%. The output power fluctuates less than 5% while the temperature change of the LBO crystal is maintained at ± 0.5 °C at the phase-matched temperature.