1 三峡大学 电气与新能源学院，湖北 宜昌 443002
2 湖北省输电线路工程技术研究中心（三峡大学），湖北 宜昌 443002
3 国网宜昌供电公司，湖北 宜昌 443002
为实现全固态Marx发生器中多个SiC MOSFET开关的同步驱动，设计了一种基于脉冲变压器的驱动控制电路。多路驱动信号的同步性会影响到Marx发生器的输出波形参数，因此要求驱动信号具有快脉冲前沿、低抖动特点。根据SiC MOSFET驱动原理及要求，分析了SiC MOSFET驱动电路脉冲前沿的影响因素，分析计算其相关参数，进行仿真模拟验证。设计了共初级穿芯10级串联的脉冲变压器，初次级的匝数分别为1匝和9匝，次级经正负脉冲信号调理电路后驱动10级Marx电路。实测结果表明利用脉冲变压器原边漏感与谐振电容构成的谐振电路在断续模式下，驱动功率越大，脉冲前沿越快且同步性越好。该同步驱动电路的脉冲前沿为112 ns，脉宽1～10 μs可调，频率10～25 kHz可调，满足固态Marx发生器参数调整需求。
SiC MOSFET 同步驱动 脉冲变压器 谐振 驱动功率 SiC MOSFET synchronous drive pulse transformer resonance driving power 强激光与粒子束
2023, 35(8): 085002
1 电子科技大学 资源与环境学院，四川 成都 610054
2 上海空间推进研究所 上海空间发动机工程技术研究中心，上海 201112
目前，电弧激励器的仿真研究仅局限于得到激励器产生的等离子体的电势、压力、温度和速度等工作特性，而其有关的等离子体状态参数仅限于用光谱诊断其电子温度和电子密度等，二者是分立的，本文试图将其二者统一起来。本文设计了电弧射流等离子体激励器，采用有限元法求解非线性多物理场方程，对此电弧射流等离子体激励器的工作特性进行了数值模拟，得到了激励器内部的电势、压力、温度和速度分布，并在此基础上计算了电子密度，由激励器工况得到了激励器等离子体状态参数（电子温度和电子密度）的仿真计算模型。然后采用发射光谱诊断方法对射流等离子体进行了光谱诊断，利用分立谱线的强度比例法对等离子体电子密度进行计算。结果表明：电弧等离子体激励器诊断实验得到的最高电子温度为10505.8 K，最大电子密度为5.75×1022 m−3。对于不同工况下的等离子体电子温度和等离子体密度，实验和仿真结果数值均随入口气体流量增大及放电电流的增大而增大。表明对于所设计的小型化、高射流速度的电弧射流激励器等离子体状态参数的仿真计算模型是合理且适用的。说明将激励器工作特性仿真与光谱诊断的电子温度、密度统一考虑是基本成功的，同时还有值得进一步改进的地方。
发射光谱 光谱学 电子密度 电弧激励器 emission spectrum spectroscopy electron density arc actuator
1 电子科技大学 资源与环境学院，成都 611731
2 上海空间推进研究所上海空间发动机工程技术研究中心，上海 201112
为了在高超声速飞行器减阻中达到更好的减阻效果，设计了一种电弧射流等离子体激励器。采用有限元法求解非线性多物理方程，对此电弧射流等离子体激励器的工作特性进行了数值模拟，得到了激励器内部的电势、压力、温度和速度分布，综合分析了进气口气体速度、放电电流、激励器管道半径对电势、压力、温度和速度分布的影响。获得了全面的影响规律，通过仿真结果还得到：电弧射流等离子体激励器可产生最高温度为8638 K、最高速度为655 m/s的等离子体射流。当电流20 A，进气速度0.5 m/s，管道半径2.5 mm时，所需功率最小；当电流20 A，入口气体流速5 m/s，管道半径2.5 mm时，出口处平均温度最高；当电流20 A，进口气体速度10 m/s，管道半径2.5 mm时，出口处平均速度最大。并对仿真得到的放电电压进行了实验验证，在等离子体参数相似的情况下，实验结果与仿真结果吻合较好。
减阻激励器 等离子体 电弧放电 数值模拟 等离子体炬 drag reduction actuator plasma arc discharge numerical simulation plasma torch 强激光与粒子束
2022, 34(6): 065003
Author Affiliations
Abstract
1 School of Resources and Environment, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054, China
2 Shanghai Institute of Space Propulsion, Shanghai Engineering Research Center of Space Engine, Shanghai 201112, China
In this paper, a new optical analysis method for plasma characterization is proposed. Plasma characteristics are obtained directly by measuring the plasma luminous color, rather than the complex spectral diagnosis method, which is difficult to obtain at high speed. By using the light transmittance curve of the human cornea, the RGB coordinates are calculated from the measured plasma spectrum data. Plasma characteristics are diagnosed using the Boltzmann plot method and the Stark broadening method. The corresponding relationship of the electron temperature, electron density data points, and luminous color is established and analyzed. Our research results indicate that this optical analysis method is feasible and promising for fast plasma characterization.
optical analysis method plasma characteristics spectral diagnosis high-speed miniaturized actuator Chinese Optics Letters
2022, 20(7): 073001
1 四川欧瑞特光电科技有限公司，四川 眉山 620564
2 北京北方光电有限公司，北京 100195
3 电子科技大学资源与环境学院，四川 成都 611731
针对微纳器件三维形貌快速检测及重构中的高精度和高速度难以兼得的技术难题，本文提出一种基于时域相移技术的结构光检测方法，通过空间光调制器对测量光进行调制，结合时域相移技术实现微纳器件三维形貌检测和重构。相比传统的结构光检测方法，本技术在样片轴向扫描的同时，利用空间光调制器进行相移测量，保证测量精度的同时提高测量的效率。通过对测量数据进行分析，该方法可快速实现三维形貌检测和重构，测量精度可优于10 nm。
形貌检测 微纳检测 相移技术 结构光 profile measurement micro/nano measurement phase-shift structured illumination
1 苏州科技大学土木工程学院, 江苏 苏州, 215011
2 苏州南智传感科技有限公司, 江苏 苏州 215123
3 中国铁路设计集团有限公司, 天津 300000
京雄城际铁路机场隧道DK46+092~DK53+300区间位于区域性地面沉降明显地段,为了更加迅速、直观地了解隧道在施工和后期运营过程中的安全情况,掌握隧道结构的健康状态,需要对其进行安全监测。基于光纤光栅感测原理,在京雄高铁的在建隧道中进行了隧道衬砌环向应变感测、隧道衬砌变形缝相对位移感测和隧道周边分层沉降监测;详细介绍了传感元件的布设安装工艺,实现了大断面隧道结构健康监测的自动化、远程化控制。初期监测结果显示了隧道在混凝土浇筑养护期以及回填期内断面上应变、轴力与弯矩的变化规律。光纤光栅自动化、长期监测的实时性和精确性有利于实现对隧道结构的实时监控和早期预警。
光纤光学 京雄高铁 光纤光栅 布设工艺 大断面 隧道变形 激光与光电子学进展
2020, 57(21): 210603
电子科技大学物理电子学院, 四川 成都 610054
表面增强拉曼(SERS)作为一种分析手段, 具有高灵敏度、 高选择性、 高重复性、 非破坏性等优点, 在过去的几十年中, 被广泛应用在成分检测、 环境科学、 生物医药及传感器等领域。 其中以金、 银等贵金属纳米颗粒薄膜在表面增强拉曼(SERS)活性基底方面得到了更为广泛的应用。 SERS技术一个关键的因素是如何制设计并备具有大面积、 高增强能力及高重复性、 可循环使用的SERS基底。 通常, 贵金属纳米颗粒规则阵列结构的单元颗粒电磁增强特性及其颗粒间的电磁耦合增强特性的综合作用可大力提升SERS基底的探测性能。 然而, 利用传统微纳米加工方法如光刻、 电子束光刻等方法制备得到的贵金属纳米阵列结构的表面粗糙度不够理想。 结合光刻与化学置换方法制备金纳米颗粒四方点阵列孔洞结构, 并研究其作为SERS基底的电磁增强特性。 具体研究利用光刻法在硅衬底上制备了规则排列的四方点阵列孔洞结构, 用磁控溅射在其表面镀上金属铁膜; 接着在衬底上旋涂浓度为1.893 8 mol·L-1的氯金酸液膜, 在孔洞内铁和氯金酸发生置换反应, 进而孔洞生成金纳米颗粒, 最终得到金纳米颗粒四方点阵SERS活性基底。 采用罗丹明6G(R6G)分子作为探测分子测试不同金纳米颗粒阵列结构基底的SERS谱。 实验结果表明, 随着化学置换反应时间的延长, 金纳米颗粒排列更加紧凑有序, SERS谱增强性能更好。
金纳米颗粒阵列 化学置换 表面增强拉曼散射 Gold nanoparticles array Chemical Replacement Surface-enhanced Raman scattering 光谱学与光谱分析
2017, 37(12): 3725
1 电子科技大学物理电子学院， 四川 成都610054
2 中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室， 四川 成都 610209
传统透镜由于其体积大、性能差等因素的制约，使其在微纳光学系统中的应用遇到挑战。金属纳米结构能够耦合自由光波产生表面等离子体激元，通过控制表面等离子体激元来实现对入射光波的调控。V形等离子体纳米天线凭借其双共振效应以及 0~2π的全相位调谐范围，使其在可以实现光束调控的金属纳米结构中脱颖而出。首先基于V形纳米天线设计了可以在34 μm处高效聚焦的超透镜；接着利用聚焦电子束和光刻工艺制备样品；最后对样品进行表征分析与光学检测。这些工作将促进V形纳米天线在激光直写、光学集成方面的应用。
表面光学 表面等离子体 V形纳米天线 光束调控 电子束
半导体激光器在生物技术、信息存储、光子医学诊疗等方面得到了广泛应用。随着纳米技术和纳米光子学的发展，紧凑微型化激光器应用前景引人关注。当激光器谐振腔尺寸减小到发射波长时，电磁谐振腔中将产生更为有趣的物理效应。因此，在发展低维、低泵浦阈值的超快相干光源，以及纳米光电集成和等离激元光路时，减小半导体激光器的三维尺寸至关重要。在本综述中，首先介绍了纳米等离子体激光器中的谐振腔模式增益和限制因子的总体理论，并综述了金属-绝缘材料-半导体纳米(MIS)结构或其它相关金属覆盖半导体结构的纳米等离子体激光器各方面的总体研究进展。特别地，对基于MIS结构的等离子体谐振腔实现纳米等离子体激光器三维衍射极限的突破，进行了详细的介绍。本文也介绍并展望了纳米等离子体激光器的技术挑战和发展趋势，为纳米激光器进一步研究提供参考。
等离子体激光器 表面等离子体激元 微纳加工 plasmonic nanolaser surface plasmon micro/nanofabrication
1 中国科学院 西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了了解经过消光黑漆(Z306)喷涂处理后航天相机遮光罩表面对杂散光的散射特性, 对喷涂了Z306的铝板样品进行了双向反射分布函数(BRDF)测量和建模分析。通过测量获得了黑漆样片在0.65 μm波段的BRDF值。结合Z306黑漆测量数据的散射特征, 选择了适合粗糙黑漆表面的Microfacet-based模型, 并对模型进行了修正。使用修正的Microfacet-based模型对测量数据处理并建模, 得到了样片整个半球空间的BRDF数据, 弥补了测量数据量少和测量误差带来的缺陷。将黑漆的BRDF数据代入软件, 分析并进行了光学系统杂散光测试验证。结果表明: 采用修正的Microfacet-based模型处理黑漆的BRDF后, 分析光学系统杂散光(点扩散函数, PST)得到的结果与实际测量的杂散光(PST)的一致性很高, 实测值与分析值比值的对数精度优于0.5。得到的结果证明了BRDF建模的必要性和数据处理的准确性, 为光学系统的杂散光抑制提供了重要的保障。
航天相机 消光黑漆 双向反射分布函数 光学系统 杂散光 建模 误差分析 space camera matte coating Bidirectional Reflectance Distribution Function(BR optical system stray light modeling error analysis 光学 精密工程
2016, 24(11): 2627
