采用铯束管荧光稳频技术的小型光抽运铯原子频率标准

对于小型光抽运铯原子频率标准来说，激光稳频参考源的稳定性决定了激光系统的频率稳定性，进而决定了整机的频率稳定度指标。激光稳频可以采用饱和吸收稳频和铯束管荧光稳频两种方案。经对比了采用这两种激光稳频方式的整机指标，取得了初步的结果：与采用饱和吸收稳频相比，采用铯束管荧光稳频后，整机的短期稳定度指标没有明显恶化，长期稳定度指标有了明显提升，3.21E-14/100 000s，1.13E-14/400 000s，未出现闪变平台，仍在继续测试中。结果显示，铯束管荧光稳频技术应用光抽运小型铯原子频率标准，具有提高整机长期稳定度指标和增强环境适应性的潜力。     

主动光频标的研究进展

传统被动光钟激光锁频系统的频率稳定度最终受限于由布朗运动导致的腔长热噪声,是目前光频标发展面临的主要技术瓶颈之一。主动式新型光频标利用光学谐振腔的弱反馈在原子跃迁能级间形成多原子相干受激辐射,该受激辐射输出信号可直接作为钟跃迁信号使用,相比于被动光钟,主动光中原理上可实现更窄的量子极限线宽,并具有腔牵引抑制优势。分别介绍了国内外在主动光频标研究现状,主要介绍北京大学在该研究方向取得的理论及实验研究进展。为了实现窄线宽连续型主动光频标,提出双波长好坏腔方案减小剩余腔牵引效应对四能级主动光钟的影响,其中Nd:YAG 1 064nm好腔激光和铯原子1 470nm坏腔激光共腔输出,分别工作在好、坏腔区域,好腔激光通过Pound-Drever-Hall(PDH)稳频技术锁定主动光钟谐振腔的腔长,由于坏腔激光相比于好腔激光具有腔牵引抑制优势,因此坏腔激光线宽有望在腔长锁定之后的好腔激光的基础上进一步压窄。目前两套双波长系统的1 470nm钟激光拍频线宽受限于两个谐振腔腔长的相对抖动,为了抑制共模噪声对钟激光拍频信号的影响,并验证采用PDH稳频技术实现腔长锁定的可行性,本文利用相位锁定技术同步两套双波长好坏腔系统的谐振腔腔长,从而消除腔长共模噪声对钟激光拍频线宽的影响,进而分析除剩余腔牵引效应以外的其他因素对1470nm主动光频标的影响。     

主动光频标的研究进展

传统被动光钟激光锁频系统的频率稳定度最终受限于由布朗运动导致的腔长热噪声，是目前光频标发展面临的主要技术瓶颈之一。主动式新型光频标利用光学谐振腔的弱反馈在原子跃迁能级间形成多原子相干受激辐射，该受激辐射输出信号可直接作为钟跃迁信号使用，相比于被动光钟，主动光中原理上可实现更窄的量子极限线宽，并具有腔牵引抑制优势。分别介绍了国内外在主动光频标研究现状，主要介绍北京大学在该研究方向取得的理论及实验研究进展。为了实现窄线宽连续型主动光频标，提出双波长好坏腔方案减小剩余腔牵引效应对四能级主动光钟的影响，其中Nd:YAG 1 064nm好腔激光和铯原子1 470nm坏腔激光共腔输出，分别工作在好、坏腔区域，好腔激光通过Pound-Drever-Hall(PDH)稳频技术锁定主动光钟谐振腔的腔长，由于坏腔激光相比于好腔激光具有腔牵引抑制优势，因此坏腔激光线宽有望在腔长锁定之后的好腔激光的基础上进一步压窄。目前两套双波长系统的1 470nm钟激光拍频线宽受限于两个谐振腔腔长的相对抖动，为了抑制共模噪声对钟激光拍频信号的影响，并验证采用PDH稳频技术实现腔长锁定的可行性，本文利用相位锁定技术同步两套双波长好坏腔系统的谐振腔腔长，从而消除腔长共模噪声对钟激光拍频线宽的影响，进而分析除剩余腔牵引效应以外的其他因素对1 470nm主动光频标的影响。     

PLZT陶瓷双晶片的能量传输特性分析

研究了掺镧锆钛酸铅(PLZT)具有的光致伸缩效应的机理,理论分析得出光致伸缩是反常光生伏打效应和逆压电效应的叠加.从材料力学角度推导出双晶片执行器在紫外光照射下产生的最大偏移量和最大驱动力.无机械负载时双晶片在光照下产生最大变形,此时双晶片执行器不对外做功,入射光能一部分损失掉,其余转化成电能和机械能,并存储在双晶片执行器中.双晶片执行器做功的大小与外加机械负载有关,当负载为最大驱动力的一半时,输出的机械能最大.以上分析可应用于光执行器的结构设计,使系统获得最大能量输出.      

利用静电双探针对辉光放电等离子体诊断分析

阐述了利用Langmuir双探针诊断等离子体参数的基本原理,对圆柱腔中的空气辉光放电等离子体进行了双探针诊断,通过实验测得伏安特性曲线,计算得出等离子体密度和电子温度。分析了密度参数变化与放电电流大小之间的关系。最后将诊断结果与准光腔系统进行比较,二者虽略有差别,但差别不大,且变化趋势一致。验证了采用本双探针系统诊断辉光放电等离子体密度的可靠性。     

测定应力强度因子的守恒积分┐光弹性法

提出了测定断裂力学中应力强度因子的守恒积分－光测弹性力学方法,推导了守恒积分中位移梯度的应力分量表达式,从而可由应力光图所提供的信息计算守恒积分,并确定应力强度因子．本方法克服了单参数法与双参数法固有缺点．由此所得结果与由边界配置法所得结果非常一致．     

测定应力强度因子的守恒积分光弹性法

提出了测定断裂力学中应力强度因子的守恒积分 光测弹性力学方法,推导了守恒积分中位移梯度的应力分量表达式,从而可由应力光图所提供的信息计算守恒积分,并确定应力强度因子.本方法克服了单参数法与双参数法固有缺点.由此所得结果与由边界配置法所得结果非常一致.     

一种用于CPT原子频标的高性能解调电路

介绍了同步积分器和相敏检波器级联的解调电路及该电路在相干布居囚禁（CPT）原子频标中的应用。通过理论计算和先进设计系统软件进行的仿真表明,该解调电路具有很高的Q值和很好的抑制噪声能力,是一种可应用于CPT原子频标的解调电路。对电路的测试结果证实,该电路能够从光检测信号中解调出高性能的用于激光频率稳频的多普勒吸收谱线的微分曲线和用于微波频率稳频的CPT谱线的微分曲线。     

等离子体中稳恒流形成电双层的机制

在考虑稳恒流产生磁场的基础上,通过求解双时标,双流体方程组,从理论上对电双层形成的机制进行了研究,解释了实验室中产生电双层现象所必须引入的条件──必须有带电粒子流的注入．     

一种用于中功率标准的稳幅器设计与实现

在中功率计量标准中,常采用信号稳幅器以减小失配误差。介绍了一种用于中功率稳幅系统的新型稳幅器,给出了稳幅器的组成和电路原理图,对稳幅器各部分电路的功能进行了分析。测试结果表明,该稳幅器具有较好的稳幅和控制性能,目前已得到很好的应用。     

无碰撞激波上游低频波的激发及其对激波耗散机制的影响

由于很大一部分来自激波上游的粒子被激波面所反射,因此在准平行无碰撞激波的上游存在着等离子体束流．通过一维混合模拟方法,计算了束流密度较小(nb／n0=0．02)和较大(nb／n0=0．2)两种不同情形下的等离子体束流不稳定性．结果表明,在束流密度较小时,束流激发的主要是平行于背景磁场方向传播的右旋波,此波动只能对束流粒子产生影响,包括减速和加热．在束流密度较大时,束流可同时激发平行和反平行于背景磁场方向传播的右旋波,除能对束流粒子产生影响外,还可通过非共振作用加速和加热背景粒子．文中对准平行无碰撞激波耗散机制的影响也进行了讨论。     

MW 级太空发电站微波能量波束指向控制精度分析

MW 级太空发电站是太空发电站事业发展规划的重要步骤,其微波能量传输系统的波束指向控制精度影响着波束收集效率。本文面向百米级能量发射天线,提出合理的微波能量波束指向控制精度要求。针对能量波束的渐变特性,以微波能量收发口径、传输距离和工作频率为约束,以系统对波束收集效率下降的容限为考察目标,建立了微波能量传输系统的波束指向控制精度分析模型,并提出了分析方法。应用提出的方法进行了数值仿真分析,根据仿真结果指出MW 级太空发电站微波能量传输系统的波束指向控制精度应为0.0023°,此时因微波能量波束指向偏离导致的波束收集效率下降不超过1%。这一指标可作为MW 级太空发电站微波能量传输系统重要设计参考。     

基于波束分离技术的空间时延补偿方法研究

针对深空测控通信任务中,空间时延和地球自转使大型地面天线窄波束不能覆盖对应的轨道区域导致的通信链路质量恶化甚至中断的问题,提出了在波束波导馈电的多反射面天线中,通过改变收发馈源位置使上下行波束峰值分离并指向不同的位置实时改善通信链路质量的方法,给出了波束波导馈电系统中馈源位置与波束分离以及增益损失的关系。该方法可以准确地预计并通过改变上行发射馈源的相对位置,使上下行波束按照要求指向不同的位置以减小天线上行链路增益损失。以35 m深空测控通信天线为例进行仿真,在Ka波段34 GHz频率,当上下行链路波束分离达0.032 72°时,增益损失小于4.25 dB。该方法也可用于确定馈源的位移量来修正由于反射面天线结构变形或复杂的多反射面系统镜面位置误差等造成的天线波束误差。     

New aspects of whistler waves driven by an electron beam studied by a 3-D electromagnetic code

We have restudied electron beam driven whistler waves with a 3-D electromagnetic particle code. In the initialisation of the beam-plasma system, “quiet start” conditions were approached by including the poloidal magnetic field due to the current carried by beam electrons streaming along a background magnetic field. The simulation results show electromagnetic whistler wave emissions and electrostatic beam modes like those observed in the Spacelab 2 electron beam experiment. It has been suggested in the past that the spatial bunching of beam electrons associated with the beam mode may directly generate whistler waves. However, the simulation results indicate several inconsistencies with this picture: (1) the parallel (to the background magnetic field) wavelength of the whistler wave is longer than that of the beam instability, (2) the parallel phase velocity of the whistler wave is smaller than that of the beam mode, and (3) whistler waves continue to be generated even after the beam mode space charge modulation looses its coherence. The complex structure of the whistler waves in the vicinity of the beam suggest that the transverse motion (gyration) of the beam and background electrons is involved in the generation of the whistler waves.     

空间光通信激光相干组束技术研究

介绍多种在输出功率得以提高的同时保持好的光束质量的激光相干组束技术原理.综合分析并评述激光相干组束技术研究状况,对主动相位控制和被动相位控制两种技术方案进行比较,基于主振荡放大的主动相位控制方案可以获得接近衍射极限、稳定、远场高亮度的光束,可为构建高效、可靠的长距离、高速率空间光通信系统提供技术支撑,对认识激光相干组束技术的发展趋势,研究空间激光通信系统具有一定的参考价值.     

一种低能量远焦距电子枪技术

针对可移动非接触式月球表面电位探测器的电位无扰动测量单元对低能远焦电子束的需求，设计了低能远焦电子枪。以平板二极管电子枪为电子源，匹配两个静电聚焦透镜，将电子源引出的发散电子束聚焦为需要的形状，并加速至所需能量。优化电子枪的几何参数以及施加在电极上的电位，电子枪引出的电子束能量在5～500 eV内，并且具有良好的电子光路特性。电子束能量为5 eV时，初始半径r为5 mm，束腰至电子枪出口的距离p约为133 mm。随着能量增加，r逐渐减小至500 eV时的3 mm左右，p逐渐减小至105 mm。电子束经月球表面电场反射被电子收集平极接收，仿真数据和理论分析结果均表明，电子枪的工作距离为400～600 mm，平板接收的电子占发射电子比例在96%以上。电子枪结构质量仅408 g，满足探测器对电子枪的质量需求。     

磁选态单束铯束管铯原子速率分布的模拟计算

对铯炉准直器出口铯原子束的速率分布和角分布进行抽样,用蒙特卡罗方法模拟计算磁选态单束铯束管中五个关键位置的铯原子不同能级态的速率分布。结果是检测器处的铯原子速率分布不再符合麦克斯韦分布,分布密度最大值对应速率不随铯炉温度改变,只和束光学设计的参数有关。此模拟计算对指导磁选态铯束管束光学的设计有较大帮助。     

Oblique sounding of the ionosphere by powerful wave beams

The article is devoted to modeling the impact on the ionosphere powerful obliquely incident wave beam. The basis of this analysis will be orbital variational principle for the intense wave beams-generalization of Fermat’s principle to the case of a nonlinear medium (, ,  and ). Under the influence of a powerful wave beam appears manageable the additional stratification of the ionospheric layer F2. Explicit expressions show how the properties of the test beam, with a shifted frequency, released in the same direction as the beam depend on the intensity of a powerful beam and the frequency shift.     

复杂边界条件下的多跨梁的振动模型

对Timoshenko梁的横向自由振动方程进行推导,进而运用传递矩阵法给出了复杂边界条件下的多跨梁的自由振动模型.在不考虑梁的剪切变形和绕中性轴的转动惯量的影响的情况下,模型简化成了Bernoulli-Euler梁的格式.通过分析,给出了3个具有工程意义的简化模型,分别是双跨梁、悬臂梁带有集中质量模型及带有任意拉压弹簧和集中质量的自由振动模型.简化模型的分析结果与已有文献的分析结果相比具有很好的一致性,表明本文建立的模型是合理可用的.      

调制电子束弛豫长度对哨声波辐射的影响

在发射调制电子束的主动空间试验中,电子束与背景等离子体的线性和非线性相互作用将产生哨声波辐射.影响辐射特性的因素很多,调制电子束的弛豫长度是其中一个重要因素.本文研究了呈指数衰减的调制电子束弛豫长度对电子束产生的哨声波辐射特性的影响.结果表明,当电子束弛豫长度与背景等离子体非均匀特征尺度相当时,有利于提高调制电子束产生的波辐射强度.