11.4μm外腔宽调谐量子级联激光器研究

光谱法是目前最主要的痕量气体检测手段之一。外腔量子级联激光器因其宽调谐、窄线宽、中红外波段输出等特点成为痕量检测系统中的重要激光光源。针对有毒有害大气污染物检测需求,采用新型Littrow外腔技术,实现中心波长11.4μm中红外波段827.7cm?1～928.7cm?1(波长10.7μm～12.08μm)宽调谐激光输出,线宽小于1cm?1。该波段的宽调谐激光输出是国内首次报道,解决了三氯乙烯、光气、萘等痕量有毒有害气体同时在线检测的难题。     

宽调谐外腔式1.53μm近红外半导体激光器研究

采用闪耀光栅作为模式选择元件研制1.53μm外腔式半导体激光器,研究光栅衍射角、温度、电流对激光器输出特性的影响和P-I特性。利用单角度面SAF(Single-Angle-Facet)型芯片、改进型Littrow外腔结构实现了激光器宽调谐、单纵模激光输出,连续运转模式下最大调谐范围132nm(479cm~(–1)),最高输出功率60m W;脉冲运转模式下(占空比50%)最大调谐范围126nm(533cm~(–1)),最高输出功率26.8m W;连续模式下获得最窄线宽25pm。     

193 nm紫外激光对单晶硅的损伤特性研究

主要开展了193 nm紫外激光对单晶硅的损伤实验,观察分析了材料表面的损伤形貌,建立了193 nm紫外激光损伤单晶硅的理论模型,计算分析了材料的温度场及应力场分布,讨论了损伤形貌及损伤机理。研究结果表明：193 nm紫外激光对单晶硅的损伤机理主要为热力耦合效应,硅材料表面产生严重的熔融烧蚀和裂纹状的应力损伤,计算得到193 nm紫外激光对单晶硅的熔融损伤阈值为0.71 J/cm²、热应力损伤阈值为0.42 J/cm²。     

陆地生态系统碳监测卫星日光诱导叶绿素荧光超光谱探测仪设计与验证

日光诱导叶绿素荧光超光谱探测仪(简称超光谱探测仪)是陆地生态系统碳监测卫星“句(gōu)芒号”四个有效载荷之一。超光谱探测仪是国际上首台专门设计探测太阳诱导植被荧光载荷,光谱范围670nm～780nm,光谱分辨率0.3nm,对地观测幅宽34km。为了保证探测精度,探测仪要求在10mW·m^–2·sr^–1·nm^–1输入光谱辐亮度下信噪比大于200。针对高精度定量化探测需求,国内首次采用高稳定双焦距望远光学系统设计,实现了光学系统的公差比传统设计低4倍,采用高性能AD量化器件和电路抑制设计实现513.1高信噪比,采用高稳定漫反射板(Quasi Volume Diffuser,QVD),实现在轨高稳定性能监测,采用间接控温实现0.08℃精密控温。文章给出了探测仪设计与实验室验证情况,并给出了外场试验结果和在轨初步反演结果。     

GaN基高电子迁移率晶体管的质子辐照效应研究

文章研究了A1GaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）的质子辐照效应。在3MeV质子辐照下,采用三种不同辐照剂量6×10¹⁴,4×10¹⁴和1×10¹⁵protons/cm²。在最高辐照剂量下,漏极饱和电流下降了20%,最大跨导降低了5%。随着剂量增加,阈值电压向正向漂移,栅泄露电流增加。AlGaN/GaN HEMT电学特性的退化主要是由辐照引入的位移损伤引起的。从SRIM软件计算出空位密度,将Ga空位对应的能级引入Silvaco器件仿真软件中,仿真结果与实验结果相匹配。Hall测试结果显示二维电子气（2DEG）浓度和迁移率在辐照后有所降低。     

对甲苯基三苯乙炔基硅烷的合成及其固化动力学研究

为进一步提高对甲苯基三苯乙炔基硅烷(p-TTPES)耐热稳定性,通过对甲苯基三氯硅烷与苯乙炔进行Grignard反应合成p-TTPES,利用核磁共振波谱(NMR)和红外光谱(FT-IR)对其分子结构进行表征,采用差示扫描量热法(DSC)对单体的固化行为进行分析,并利用多重线性回归的计算方式,获得p-TTPES固化动力学模型。实验结果表明,等温DSC分析求得p-TTPES的反应活化能E_a为153.89 kJ/mol,指前因子A为5.25×10¹² s^-1,固化反应级数m+n约为2.0,反应与自催化模型相符;由非等温DSC曲线,借助Kissinger、Ozawa和Flynn-Wall-Ozawa动力学分析方法,求得p-TTPES的反应活化能分别为165.70、167.54、165.94 kJ/mol,指前因子A为2.76×10¹³ s^-1;树脂氮气中5%热失重温度(T_d5)超过460℃,800℃下树脂的残炭率为74%;结合DSC分析和TG分析表明,芳炔单体取代...     

分级歧管微通道阵列散热器流动与散热特性研究

针对航天器通信、激光、雷达等高功率载荷关键部件面临的高热流密度散热难题,开展分级歧管微通道阵列散热器研究。通过歧管结构引入射流效应并缩短散热通道长度,在保证高效散热的同时降低流动阻力。在10 mm×10 mm的硅芯片上使用微机电系统(MEMS)工艺加工3×3阵列的微通道散热器,散热器中微通道宽度为40μm,深度分别为40μm,150μm,300μm。搭建试验装置并研究散热器的流动与散热特性,通过改变入口流率、通道深度及工质种类获得不同参数对歧管微通道散热器内单相流动和散热性能(即压降、温度分布及换热系数)的影响,并在压降小于40 kPa的条件下实现了超过平均450 W/m~2的散热能力。文章的研究成果可用于航天器高功率载荷的高效散热。     

分析型光压模型在北斗导航卫星精密定轨中的应用

太阳辐射压摄动是导航卫星受到的最大非保守力,是精密定轨的主要误差源,目前一般使用扩展经验光压模型(ECOM)等经验模型应用于卫星的精密定轨,分析型光压模型物理背景清晰,更加适合在轨初期的精密定轨。文章分析了分析型光压模型在我国北斗高轨导航卫星中的应用。选取了约1个月的北斗地球静止轨道-6(GEO-6)和倾斜地球同步轨道-5(IGSO-5)卫星数据进行分析,其太阳辐射压摄动加速度在轨道的径向(R)、横向(T)和法向(N)3个方向分别约为10^-7、10^-7和10^-8 m/s²量级,将分析型光压模型和精密定轨输出的太阳辐射压加速度进行比较,GEO-6卫星径向和横向的差异在10^-8 m/s²量级,法向方向在10^-9 m/s²量级,相对误差在10%左右,对IGSO-5卫星,差异要小1/2左右,约为5%。以多模GNSS系统试验网络(MGEX)的轨道作为参考,直接使用分析型光压模型,GEO-6位置误差约为2.5 m, IGSO...     

Au@rGO-PEI复合材料的制备及光热性能研究

太阳能作为一种可直接利用且可持续利用的清洁能源,有着巨大的开发应用潜力。利用太阳能的有效方法之一是光热转化,因此,高效的光热转换材料成为太阳能有效利用的关键。本研究通过在石墨烯表面引入供电子基团并原位复合金纳米片,双重增强了材料的光热性能。最优条件下制备的Au@rGO-PEI(Au与rGO-PEI的质量比为1:1.25,负载量1 mg/cm²),材料表面温度达到最高(76℃)。     

80～345K连续调温腔型黑体

介绍一种工作在低压低温环境下(低压1.1×10~(-7)Pa,低温77K)的黑体标准辐射源装置。该装置采用先进的圆柱内锥加锥口的几何腔型,采用辐射式温控的恒温方式,具有80～345K连续可调的温度范围,温控稳定性优于土0.02K/30min,在腔体内锥底部(系统有效利用面),温度均匀性优于±0.02K,积分发射率达到0.9999±0.0001。该黑体已经成功地用于卫星多光谱扫描仪地面辐射定标。     

钣金件快速精确加工中的激光切割工艺分析

针对δ0．5mm～δ6mm钣金件的结构特点,通过比较常用加工工艺和激光切割过程工艺．选出适合实际的优化方案。验证了不同切割参数对切割质量的影响。在工艺参数为：脉冲功率2．4kW、脉冲宽度约10ms、功率密度10^7W/cm^2的情况下,激光切割δ0．5mm～δ6mm钣金件获得了良好的切割质量,尺寸精度控制在误差（±100μm）范围内。工艺方案合理,生产率高。     

中频比较辐射计的设计和实验

叙述了 3mm中频比较辐射计的工作原理、电路结构、特性分析及实验结果 ,研究表明 ,这种辐射计不需 3mm开关 ,其稳定性优于全功率辐射计 ,而成本和尺寸均与全功率辐射计相差不大 ,完全可以满足小型化、实用化的需要。     

火箭弹初始扰动实验研究

利用"光学杠杆"原理研制了火箭弹初始扰动激光测量系统。介绍了该系统的基本原理和构成,系统中所用半导体激光发射器激光波长650 nm,位置灵敏探测器(PSD)的分辨率为10-6m,角度测量误差小于2×10-5rad。利用该系统对54 mm火箭弹进行了实际测试,对实验结果与理论计算结果进行了对比,证明实验结果合理可信。最后对测量系统进行了误差分析。     

重复频率脉冲激光辐照下光学薄膜元件 温升的有限元分析

文章采用有限元ANSYS程序分析了在重复频率脉冲激光辐照下光学薄膜元件表面的温度变化。结果表明激光脉宽相同时,重复频率越高,相同辐照时间薄膜元件表面温度累积就越大;占空比一样时,脉宽越大,相同辐照时间元件温升越高。重复频率表现出来的只是温度的累积效果,脉宽的影响效果远大于重复频率引起的温度累积。     

星用微波功率放大器研制

文章提出了采用S参数获得功率场效应管的输入输出阻抗的方法。在对PA绝对稳定性分析的基础上,采用基于有限元思想的MOMENTUM法设计匹配网络,在设计中将高频寄生和耦合效应加以考虑,提高了设计的准确性。对PA进行了热分析与设计,提出了加入铜载体来改善大功率器件结温的方法,来满足温度设计的要求。成功研制出电路尺寸为96．4mm×23mm的小型化三级PA。试验测试结果为：1dB带宽为125MHz（1647MHz～1772MHz）、P-1,为38．75dBm、增益为51dB、PAE为37．2％。     

用于无运动部件变焦的球面变曲率镜设计及试验

将无运动部件变焦技术引入空间光学相机的设计中,能够在不干扰卫星平台工况的情况下使空间相机在通过目标区域上空时获取蕴含有目标不同层次信息的图像,从而为后续的识别、判读甚至超分辨率重建提供依据。无运动部件变焦的关键在于：基于光学杠杆效应的光学设计和可以产生较大尺度曲率变化的变曲率反射镜。目前已设计出一种无运动部件变焦原型光学系统,其中变曲率反射镜的有效口径不超过100mm,初始曲率半径为1740mm,且具备曲率增减双向变形能力。文章针对上述指标,设计了变曲率反射镜,并进行了有限元分析,利用具有高韧性、高抗拉断性以及高极限许用应力的碳纤维复合材料研制了反射镜,通过与13点高精度压电驱动器的集成,最终实现了变曲率镜的研制。试验结果表明,该球面变曲率镜可以实现1705~1760mm的曲率半径变化,对应的中心形变量接近23μm,优于国外同等规模器件所能达到的水平。     

月壤含水特性原位快速预判传感器设计与验证

基于月壤和水冰对不同谱段近红外激光存在吸收/反射差异性的特点,提出了采用多模近红外激光光强差异反演月壤含水特性的水冰原位快速预判方法。通过发射/接收光路同轴设计及多模激光光路分时复用设计,实现了多模激光光学系统轻小型化设计,研制出基于多模近红外激光的月壤水冰原位快速预判传感器工程样机,并开展了针对低含水率极区模拟月壤的含水特性原位预判试验。试验结果表明：该传感器水冰检测限可达0.39%,单次预判时间可优于1 s,光斑直径@检测距离为5 cm@500 mm,传感器具备对地面模拟月壤含水特性进行原位快速预判的能力。     

一体式石英振梁加速度计工程化研究进展

一体式石英振梁加速度计是一种高精度谐振式MEMS惯性传感器。针对现有石英振梁加速度计存在的体积大、全温及力学环境适应性不足等问题,提出一种基于三层石英结构的一体式石英振梁加速度计的设计方案。通过突破高精度薄梁腐蚀及晶圆级键合两项关键技术,成功研制出加速度计样机。经测试,产品全温稳定性优于0.5mg,振动整流误差优于200μg/g^2(@15.68g rms),可以满足中高精度惯性导航应用需求。后续期望通过原位温度补偿及直接键合等技术进一步提升一体式石英振梁加速度计的全温精度及长期稳定性。     

北斗在轨卫星广播星历精度分析

为分析北斗广播星历的精度,采用激光测距资料和精密星历作为参考进行分析。由于没有提供BDS-3试验卫星精密星历,本文设计了3天弧段的DBS-3试验卫星精密定轨试验,解算的轨道精度约为50 cm,钟差精度约为2 ns。之后联合国际GNSS监测评估系统iGMAS发布的事后BDS-2精密星历,对BDS-3/BDS-2广播星历轨道、钟差精度进行分析。为准确评估广播星历轨道精度,还采用SLR观测数据作为外部检核手段分析北斗在轨卫星广播星历轨道精度。统计了广播星历轨道误差的1D RMS和钟差误差的STD,结果表明：多数钟差精度优于 10 ns ,轨道精度优于5 m。另外为分析广播星历卫星钟的时频性能,计算了在轨卫星钟差的频率稳定度、漂移率和准确度,试验结果表明：BDS-3试验卫星各项性能指标普遍优于BDS-2,频率准确度、频率漂移率和频率稳定性指标计算结果显示BDS-3卫星相对于BDS-2卫星分别提升了42.8%,22.5%,9.5%。     

带轴对称台阶的圆锥高超声速边界层转捩试验

在Ma 6风洞内,通过高频脉动压力测试技术和基于纳米粒子示踪的平面激光散射(NPLS)技术,分别对带前向、后向轴对称台阶的圆锥高超声速边界层转捩进行了试验研究。采用功率谱密度分析和互相关计算等方法对脉动压力数据进行分析,得到了边界层中扰动波的发展规律,定量分析了第二模态波的相关参数。结果显示：两种模型中第二模态波在沿流向向下游发展的过程中,其幅值均先增大再衰减、特征频率均逐渐减小;特征频率和传播速度整体上均随雷诺数的增大而增加(后台阶模型中特征频率由100 kHz增至196 kHz,前台阶中则由 97 kHz 增至174 kHz)、波长变化规律则与之相反(后台阶中由6.35 mm降至4.54 mm,前台阶由7.35 mm降至 4.66 mm );后台阶模型中第二模态波初次出现位置比前台阶中更靠近上游,边界层转捩位置较前台阶前移。将NPLS结果与高频脉动压力测试结果进行对比,两者吻合较好。