全场观测技术概念,进程与展望

简要综述理想的流体力学观测手术的概念，近代全球观测技术（包括激光空间流动显示，定量化流动显示，全场测量技术等）及其应用发展的踪迹和趋向，同时介绍作者在此领域的若干研究工作。     

脉冲射流强化喷流混合流动显示实验

采用激光诱导荧光的流动显示方法研究了在一对反对称模式工作的脉冲射流激励下,雷诺数约为33 000的圆形湍流射流的流场。捕捉了剪切层中大尺度展向涡结构的演化发展过程,研究了激励频率和振幅对涡结构以及强化混合效果的影响。结果表明:受激励后的主喷流剪切层中产生了交错的展向涡结构,引起了喷流的振荡,增强了卷吸能力。激励频率主要影响相邻涡环间的距离。存在最佳激励频率使喷流在受激励平面远场分叉、剪切层扩展最宽。激励振幅对涡结构也存在较大影响,振幅较大时产生的涡结构尺度更大、相干性更强、强化混合效果更好。      

鸭翼/边条对融合体型机身大攻角气动特性影响

通过对融合体型机身进行表面测压和PIV(Particle Image Velocimetry)流动显示实验,研究了大攻角下鸭翼/边条对机身气动特性的影响规律.结果表明:加装鸭翼后攻角小于50°时机头区流动变化不大,超过50°攻角后,机头区法向力显著下降,并且随着攻角增加受影响区域向头部方向扩大;加装鸭翼致使鸭翼区截面法向力大幅增加.加装边条改善了边条区流动,边条涡对机头涡产生有利诱导,增大了边条区法向力.加装边条/鸭翼时,对机头区及鸭翼区流场的影响由鸭翼起主控作用,对边条区流场的影响由边条起主控作用.     

开缝圆柱缝隙倾斜角对脱落涡的影响

开缝圆柱绕流作为钝体绕流研究的分支,具备很强的应用前景,但是对其复杂的流动现象的物理本质的理解仍不完善。本文采用流动显示技术和粒子成像测速技术(PIV),探究缝隙对开缝圆柱流场结构的影响,在数据处理方面采用本征正交分解(POD)方法对开缝圆柱流场信息进行了重建。实验研究表明:在一定雷诺数范围内,开缝圆柱缝隙的存在从根本上改变了圆柱绕流近区尾流的结构;开缝圆柱脱落涡的脱落频率对开缝圆柱缝隙倾斜角具有一定的敏感性,随着缝隙倾斜角的增大其斯特劳哈尔数逐渐变大,对比发现开缝圆柱狭缝比(缝隙/直径)为0.15时较0.10的斯特劳哈尔数具有更强的稳定性。     

深空探测中的激光诱导击穿光谱探测仪

物质成分探测是深空探测领域非常重要的技术领域,激光诱导击穿光谱技术是一种可以非接触式快速获得物质元素成分信息的手段,论文针对2020年我国首次火星探测任务提出的火星表面成分探测仪,阐述了激光诱导击穿光谱技术基本原理,国内外的技术发展现状和趋势,重点围绕火星环境、有效载荷生存性进行了分析,最后论文详细探讨了激光诱导击穿光谱技术中的数据反演和定量化技术。     

小卫星也能激光通信

<正>激光通信是卫星通信界一直在研究的重要课题。早期的激光通信功能是大型卫星的专利,耗资巨大。最早的星间激光通信是由欧洲的"艾迪米斯"卫星和日本的"闪光"卫星实现的。美国也曾经考虑过用激光来实现军用星地高速通信,但是因为预算问题被砍掉了。如今,商业器件和小卫星技术的发展让卫星激光通信的门槛大为降低了。美国航宇局(NASA)为此启动了一个称为"光学通信和传感演示验证项目"的计划,由商业企业用两颗"立方星"来尝试星间、星地激光     

前缘吹气控制舵面流动分离

针对各种飞行器大舵偏下出现的流动分离问题,在北航D4风洞对旨在消除舵面流动分离的舵面前缘吹气技术进行了研究,为了降低控制分离所用的吹气量,吹气点设置在舵面前缘气流分离点处.应用粒子图像测速(PIV,Particle Image Velocimetry)技术,分析了舵面绕流在吹气量由小变大过程中所经历的3个不同演化阶段;由测压得到的舵面压力分布则显示,前缘吹气造成的引射作用使前缘吸力峰随吹气量增大而增大,这是前缘吹气能够使舵面升力增大的主要机理.实验结果还表明,前缘吹气可明显提高舵面升力,同时也可以显著降低舵面阻力.     

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。     

微弱激光功率能量校准技术发展与现状

功率和能量是微弱激光的两个基本参数,激光功率和能量测量一直是微弱激光参数计量中最基础的研究工作。文章总结了美国标准技术研究院(NIST)、英国国家物理实验室(NPL)以及中国国家计量院(NIM)在微弱激光功率能量计量方面的技术现状,重点介绍了国防科技工业光学计量一级站在微弱激光功率能量计量方面已具备的条件,详细说明了所采用的测量原理以及所达到的测量范围和测量不确定度等技术指标。提出了微弱激光功率和能量计量的发展趋势和发展方向。     

微弱激光功率能量校准技术发展与现状CSCD

功率和能量是微弱激光的两个基本参数,激光功率和能量测量一直是微弱激光参数计量中最基础的研究工作。文章总结了美国标准技术研究院(NIST)、英国国家物理实验室(NPL)以及中国国家计量院(NIM)在微弱激光功率能量计量方面的技术现状,重点介绍了国防科技工业光学计量一级站在微弱激光功率能量计量方面已具备的条件,详细说明了所采用的测量原理以及所达到的测量范围和测量不确定度等技术指标。提出了微弱激光功率和能量计量的发展趋势和发展方向。     

蜻蜓翼三维流动结构的演变

为了与蜻蜓前后翼流动干扰的流动结构作比较,首先研究了悬停飞行状态下单个蜻蜓翼周围的三维流动结构,利用一套机电拍动翼运动模拟机构模拟了一个蜻蜓翼的拍动,使用数字体视粒子图像测速技术(DSPIV,Digital Stereo Particle Image Velocimetry)和多切面锁相技术分别测量了两个下拍拍动相位时刻(t=0.25T,0.375T)和两个上拍拍动相位时刻(t=0.75T,0.875T)蜻蜓翼周围的瞬时空间三维流场,运用局部涡识别准则中的λci准则来识别和显示了流场中的三维涡结构,还展示了蜻蜓翼各个展向测量截面中的|ωz|等值线、蜻蜓翼前缘涡的涡核线相对于蜻蜓翼上翼面的空间位置以及前缘涡在各个展向测量截面中的截面环量等.实验结果揭示了蜻蜓翼周围的三维流动结构在蜻蜓翼拍动时的演变历程.     

GaAlAs单模半导体激光器的光谱特性

单模半导体激光器与单模气体激光器相比较,具有自由振荡噪声的特性而显示出(1/f)~(1/2)的相关性。自由振荡激光二极管发射复盖的频率范围为几兆赫,并具有明显的频率不稳定性。当观测到的谱线窄到大约100千赫而使频率稳定度有显著提高时,10~(-7)到10~(-5)量级的弱反馈可提高激光的发射。较强的反馈会引起发射特性的迅速恶化。     

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。     

高温湍流场对激光测量的影响

在应用机器视觉技术与激光技术实现高温环境玻璃板厚度检测的过程中,分析了高温气体湍流条件下激光传输光线起伏效应以及光线起伏对激光测量系统性能的影响.利用FLUENT软件,应用流体动力学理论和方法模拟高温环境中激光传输路径内气流的流动,对各种气流组织形式下激光传输过程中的流场、温度场的数值模拟结果进行分析比较,优化仪器设计.     

激光测高卫星的发展与展望

正一直以来,国内有些学者对卫星激光测高(SLA)、卫星雷达测高(SRA)、卫星激光测距(SLR)3种不同的技术产生混淆,而后两者技术发展相对较快,导致对卫星激光测高的关注度不高,客观上制约了国产激光测高卫星的发展。文章从3种技术对比入手,对国内外激光测高卫星的发展现状进行了较为详细的梳理,对美国未来几年对地观测激光测高领域的前端部署进行了介绍,以期引起国内对卫星激光测高技术更多的关注,能够     

水介质环形激光流量计通过部级技术鉴定

一院计量站研制的 HJL-1型水质次环形激光流量计技术鉴定会于一九八五年五月廿八日至廿九日在京召开,参加会议的有来自全国的24个单位的34位代表,其中研究激光技术的教授、付教授、高级工程师等共七位。水介质环形激光流量计是利用流体在光字谐振腔内流动产生的频率差进行工作的,它可以作为高精度标准流量计使用,可以用来考核和对比流量标准装置的稳定性及其系统误差,