1 中国科学院 近代物理研究所，兰州 730000
2 中国科学院大学，北京 100049
对锦屏深地核天体物理实验JUNA（Jinping Underground laboratory for Nuclear Astro-physics）离子源控制系统进行了研究，采用分布式系统模型构建。硬件采用PLC、串口服务器、伺服电机及工控机等部件实现了离子源设备的远程监测及控制。软件通过建立EPICS IOC运行时数据库，实现了对所有被控设备的集成。用户操作界面采用CSS（Control System Studio）开发，实现了操作人员对所有被控设备的透明访问。基于安全连锁规则设计了机器保护系统，实现了运行异常下的连锁保护。该控制系统应用于国内首套深地实验强流ECR离子源，运行稳定可靠，完全满足JUNA运行及物理实验的需求。
JUNA离子源 控制系统 安全连锁 JUNA ion source control system safety interlock 强激光与粒子束
2023, 35(10): 104001
1 中国科学院上海技术物理研究所，红外物理国家重点实验室，上海 200083
2 上海空间电源研究所，空间电源技术国家重点实验室，上海 200245
3 中国科学院大学，北京 100049
现有1.0 eV/0.75 eV InGaAsP/InGaAs双结太阳电池的开路电压小于各子电池的开路电压之和，鲜有研究探索开路电压损耗的来源以及如何抑制。通过研究发现，InGaAs底电池背场/基区界面处的少数载流子输运的主要机制是热离子发射，而不是缺陷诱导复合。SIMS测试表明，采用InP或InAlAs背场均不能有效抑制Zn掺杂剂的扩散。此外，由于生长过程中持续的高温热处理，III-V族主元素在界面处发生了热扩散。为了抑制上述现象，提出了一种新型InP/InAlAs超晶格背场，并应用到InGaAs底电池中。制备得到的双结太阳电池在维持短路电流密度不变的情况下，开路电压提升到997.5 mV，与传统采用InP背场的双结太阳电池相比，开路电压损耗降低了30 mV。该研究成果对提升四结太阳电池的整体开路电压有重要意义。
背场 InGaAsP/InGaAs双结电池 开路电压 超晶格 Back-surface field InGaAsP/InGaAs dual-junction open-circuit voltage superlattice
相对于外腔半导体激光器，分布式反馈(Distributed Feedback Laser，DFB)激光器的温调率较高，为实现饱和吸收稳频，需要对激光器温度进行精密控制。分析了饱和吸收稳频系统的控温需求，基于MAX1978芯片设计了精密温控系统；利用恒流源对测温电桥电路进行了线性优化，利用遗传算法对模拟PID电路参数进行快速整定，系统最终实现0.2mK的控温稳定度，比同类设计的稳定度高1~2个数量级，解决了饱和吸收谱线明显晃动的问题，具有广阔的应用前景。
分布式反馈激光器 精密控温 遗传算法 饱和吸收稳频 DFB laser precise temperature control genetic algorithm MAX1978 MAX1978 saturated absorption frequency stabilization
1 中国科学院 上海技术物理研究所, 上海 200048
2 上海空间电源研究所, 上海 200245
3 中国科学院大学, 北京 100049
Ⅲ-Ⅴ族太阳电池效率的持续提升要求对能量转换材料的带隙宽度进行更细致划分, 以实现对全光谱的高效利用。在短波红外波段, 四元InGaAsP混晶材料因在带隙宽度和晶格常数的调节上具有很好的可操作性, 是一种极具潜力的短波红外光电转换材料。本文对InGaAsP材料生长及子电池器件制备进行了研究, 通过时间分辨荧光光谱、高分辨X射线衍射等表征手段对室温下晶格失配的InGaAsP材料进行了测试分析。实验结果表明, 在一定程度负失配生长条件下, InGaAsP材料质量随着负失配程度逐渐提高。在后续电池制备过程中, 一定程度负失配同样有助于电池器件性能提升, 制备的单结电池开路电压由晶格匹配时的633 mV提高到负失配条件下的684 mV, 从而为高效多结太阳电池的应用提供了新的技术路线。
晶格失配 太阳电池 lattice-mismatch InGaAsP InGaAsP MOCVD MOCVD solar cell
1 中国科学院 近代物理研究所, 兰州 730000
2 中国科学院大学 核科学与技术学院, 北京 100049
为测量兰州重离子加速器冷却储存环主环(CSRm)束流累积阶段的闭轨畸变并进行闭轨校正, 开发了闭轨校正系统, 该系统由轨道测量系统、闭轨控制系统和校正磁铁系统构成。轨道测量系统实现对束流轨道的实时监测; 闭轨控制系统读取束流轨道信息, 然后进行闭轨校正计算, 并将计算后的校正值传输给校正磁铁系统; 校正磁铁系统通过改变校正电源的值, 改变校正磁铁的强度, 实现对束流轨道的调整, 完成闭轨校正。模拟测试结果表明, 束流轨道水平方向的最大畸变由校正前的3.37 mm减小为校正后的0.39 mm, 垂直方向的最大畸变由校正前的4.21 mm减小为校正后的0.31 mm。该系统能够实现响应矩阵的自动测量和束流轨道的自动校正, 满足设计要求。
闭轨畸变 闭轨校正 响应矩阵 CSRm CSRm closed orbit distortion closed orbit correction response matrix 强激光与粒子束
2019, 31(3): 035101
1 中国科学院 近代物理研究所, 兰州 730000
2 中国科学院大学 核科学与技术学院, 北京 100049
电源监测系统为兰州重离子加速器装置(HIRFL)机器研究、自动调束、深度学习提供重要的实时数据, 在对HIRFL进行EPICS升级过程中, 重新设计电源监测系统, 采用分布式的设计布局, 形成一种由上层、中间件、底层构成的拓展架构, 实现上层数据的中间件处理、下层参数的中间件统一下发, 避免上层非法参数对下层设备的不利影响, 简化下层异常的处理; 为了调束方便, 整合显示界面, 优化不同功能界面上大数据量显示的难题, 提高显示的流畅度; 为了完成数据的后台分析, 搭建非关系型数据库集群, 实现重要数据多副本、实时数据分片多节点存储, 提高数据安全性及数据库读写速度, 避免复杂的数据库表结构设置, 拓展数据库集群优化及节点增加。
电源监测 数据采集 数据库 Cassandra数据库 power supply monitoring data acquisition database EPICS EPICS Cassandra 强激光与粒子束
2019, 31(2): 025102
1 中国科学院 近代物理研究所, 兰州 730000
2 中国科学院大学 计算机与控制学院, 北京 101407
3 中国工程物理研究院 核物理与化学研究所, 四川 绵阳 621900
运用数字化处理、计算机网络等先进技术，实现对磁质谱仪的远程控制。简要介绍磁质谱仪工作原理。根据该磁质谱仪系统所包含的设备种类，设计了基于以太网的二级控制结构。实现了各种运行参数的远程调节、状态回读的基本功能，并设置了真空-高压/分析磁铁电源、门禁-高压/分析磁铁电源的安全联锁保护。针对触发控制延时时间在0～20 μs连续可调的极高要求，设计了一套触发束采系统。通过测试，系统获得了满足物理实验需求的谱图。经过数十小时的实验，系统运行稳定、操作性强，很好地满足了用户的实验需求。
磁质谱仪 控制 连锁保护 magnetic mass spectrometer control chain protection TCP/IP TCP/IP 强激光与粒子束
2018, 30(5): 054002
1 中北大学机电工程学院，太原 030051
2 海军装备研究院，北京 100073
3 三一重型能源装备有限公司，北京 102206
多无人机任务分配是复杂的多约束多目标非线性优化问题，针对常用智能算法的各自缺陷，结合烟花算法特点，提出使用改进的自适应烟花算法处理该问题。首先建立了该问题的数学模型，使用层次分析法结合灰色关联法求得各指标权重，并用外罚函数法将该模型转化为无约束单目标极值问题；然后使用自适应烟花算法求解该模型。为验证自适应烟花算法处理该问题的优越性，分别用几种不同优化算法做仿真计算。结果表明，自适应烟花算法能快速收敛于全局最优解，其结果直观地表述了该复杂情景下合理任务分配方案。
协同任务分配 外罚函数法 烟花算法 多约束多目标优化 cooperative task assignment external penalty function method fireworks algorithm multi-constrained multi-objective optimization
1 中南大学物理与电子学院 超微结构与超快过程湖南省重点实验室, 湖南 长沙 410083
2 东南大学 先进光子学中心, 江苏 南京 210096
基于飞秒激发Z扫描实验技术, 研究了氮化镓薄膜和不同铝掺杂含量的掺铝氮化镓(以下简称铝镓氮)薄膜的超快非线性光学响应特性。在开孔Z-scan测试中, 纯GaN晶体薄膜表现出典型的双光子吸收特性, 双光子吸收系数为3.5 cm/GW, 且随着激发光强的增大而逐渐减小。随后测试了不同铝掺杂含量的AlxGa1-xN薄膜的非线性吸收系数。结果表明, 随着铝掺杂摩尔分数的提高(0, 19%, 32%, 42%), 非线性吸收系数逐渐减小(18, 10, 6, 5.6 cm/GW)。结合半导体非线性吸收理论分析, AlxGa1-xN薄膜材料的非线性过程主要是双光子吸收主导非线性响应物理过程。实验结果与半导体双光子吸收过程Sheik-Bahae理论符合得很好。
铝镓氮薄膜 双光子吸收 能带调控 AlxGa1-xN films two-photon absorption band-gap engineering
北京理工大学 光电学院 光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
研制了滤光轮分光的近红外彩色成像系统。针对一款光谱响应延伸至近红外波段的CMOS大面阵黑白摄像机, 设计加工了大小适合的滤光轮和与光谱匹配的滤光片。根据滤光轮载荷选择了微型电机, 并采用由时间同步装置产生的脉冲信号触发滤光轮的转停; 采用基于灰度世界理论的RGB融合算法形成彩色图像。室内外的成像实验表明: 该系统实现了近红外波段的彩色成像, 尤其是夜天光中的近红外辐射, 使夜间拍摄的图像亮度得到了明显的提升。
滤光轮 近红外 彩色成像 白平衡 filter wheel near-infrared color imaging white balancing
