基于掺铒超荧光光纤光源的高精度光纤陀螺

针对高精度光纤陀螺的需求,采用一种在1?550?nm波段长波反射的截止型薄膜滤波器研制出高性能的掺铒超荧光光纤光源,通过仿真确定了滤波器的特征参数,在-40℃~+60℃的温度范围内,光源中心波长稳定性为2.58×10^-6℃,输出功率稳定性优于1％.研究了这种光源的强度噪声,并采用一种噪声相减技术对光纤陀螺的噪声进行抑制,光纤陀螺的随机游走系数减小约20％.在此基础上,研制出高精度闭环全保偏光纤陀螺样机.Allan方差分析显示,研制出的样机零漂为0.004?5(°)/h、随机游走系数为0.003?5(°)/h ^{1 2} 、标度因素误差小于11×10^-6,已能满足高精度陆用惯性系统的要求.     

光纤陀螺用超宽谱光源的铋/铅共掺光纤的制备与光谱特性

由于具有质量轻与成本低等优点,光纤陀螺正在被广泛应用,而光源光谱的特性在很多方面又影响着光纤陀螺的性能。利用新型光纤制备技术,制备铋/铅共掺石英光纤,测试分析其吸收光谱与发光特性。用980nm与830nm双泵浦光激发,超宽带荧光光谱范围可覆盖1000~1700 nm,相比单泵情况,光谱大大拓宽。10dB带宽的光谱达到了650nm,光谱比较平坦,可以满足超宽带平坦光源的需要,并可作为超宽谱光源的理想增益介质。对应用于惯性导航系统、光纤陀螺传感器(Fiber Optic Gyroscopic Sensor, FOG)、光学相干断层扫描系统(Optical Coherence Tomography, OCT)与医学成像的超宽谱光源进行研究,具有非常重要的实际应用与战略意义。     

抗辐射保偏光纤的制备及其特性研究

通过对保偏光纤进行光漂白与低温相结合处理的方式，来提高光纤的抗辐射性能。保偏光纤再经过1.0 kGy的高剂量预辐照处理后，其损耗会明显增大。随后采用980nm的激光对光纤进行光漂白处理,其损耗并没有发生明显变化。但是，处理后的样品在小剂量辐照条件下其光纤传输呈现先减小后增大的趋势。对于通过液氮进行冷处理的预辐照样品，其光纤传输损耗得到明显的降低，同时光纤经过小剂量辐照后的损耗同样也具有先减小后增大的现象。最后，将两种处理方式相结合，一方面可以有效地降低预辐照光纤的传输损耗，另一方面也使得保偏光纤在小剂量辐照的条件下，使其传输损耗具有减小的趋势，大大提高了保偏光纤在小剂量辐照条件下的抗辐照特性。     

可用于深空信息传输的光纤激光相控阵技术

提出采用面向动态连接的光纤激光相控阵的深空激光通信及全光组网技术,对4~35万千米深空探测链路功率进行了仿真,由于1.55μm掺铒光纤放大器的饱和输出限制,使其安全裕量大大低于1.064μm载波源的安全裕量。模拟了1.064μm的光纤激光相控阵在深空通信中的远场强度分布图,阵元数目为20×20时,阵元间距为20μm、纤芯半径为10μm,远场的扫描角度范围为±1.309°。结果表明,1.064μm光纤激光相控阵光源具有深空链路传输优势,该研究为面向动态连接的激光相控通信的实现提供理论依据。     

低强度超声波改善微生物燃料电池产电效能

微生物燃料电池(MFCs,Microbial Fuel Cells)可在处理有机废水的同时获得电能,但生物体系缓慢的电子传递速率是其发展的瓶颈.为了寻求提高MFCs工作效率的途径,建立了2个有效容积为1.5L,电极面积160cm2的单室MFCs,设置为超声波强化反应器和对照反应器,进行对比试验.结果表明,采用强度为0.2W/cm2、频率33kHz、超声间隔为83h的超声波对反应器辐照10min,在反应后期(运行2880h后)MFCs与对照反应器相比最大功率密度提高了6%,一个运行周期产生的总电量增加了46.5%;设置超声的反应器库仑效率(CE,Coulombic Efficiency)比对照反应器提高了25.7%.超声波强化反应器中水的pH值最小值比对照pH值最小值低0.2,超声波辐照的反应器氧化还原电位(ORP,Oxidation Reduction Potential) 最小值低于对照反应器ORP最小值34.8mV. 2个反应器3000min对化学需氧量(COD,Chemical Oxygen Demand)的净化效率都达到72.9%,超声波对COD去除贡献不明显,并从低强度超声波对微生物作用的过程方面分析了上述现象.      

基于低相干光的光子晶体光纤熔点背向反射测量

光子晶体光纤(PCF)与传统单模光纤熔接时斜切熔接可以大大减小熔点处反射,但是仍然存在微弱的残余背向反射,为了精确测量该残余背向反射大小,本文基于低相干光干涉测量原理提出了一种Mach-Zehnder与Michelson混合型干涉仪。基于该干涉仪,对包层直径125μm实芯光子晶体光纤与传统单模光纤斜8°熔点,以及包层直径100μm实芯光子晶体光纤与传统单模光纤斜8°熔点处的背向反射进行了测量,得到背向反射率分别为-52.12 d B和-49.35 d B,并获得了熔点的位置信息。该干涉仪为光子晶体光纤斜切熔点残余背向反射的精确定位和测量提供了工具和手段,为熔点质量的改善奠定了基础。     

乳液冷冻干燥法制备壳聚糖/聚乳酸复合材料

亲水性细胞外基质聚糖和疏水性脂肪族聚酯材料之间的复合是生物材料研究面临的巨大挑战。本研究以亲水性壳聚糖(CS)的醋酸溶液为水相,疏水性聚乳酸(PLA)的CHCl3溶液为油相,Tween80为表面活性剂,采用乳液冷冻干燥法制备了CS/PLA复合材料。FTIR分析发现,复合材料中CS和PLA组分间存在强烈的氢键相互作用。SEM观察表明,控制PLA的体积分数不高于50%,则复合材料的孔隙结构相互贯通,CS和PLA分布均匀。CS/PLA复合材料的孔隙率介于85%~90%,并且随PLA用量的增加,孔隙率略有下降。当PLA用量体积分数由25%增加到75%时,复合材料的力学性能介于CS和PLA的力学性能之间,其压缩强度由0.20 MPa增加到0.33 MPa,压缩模量由2.84 MPa增加到4.83 MPa。这种CS/PLA两亲复合体系为新型生物材料的设计和构建提供了新方法。     

基于XFEM-CZM耦合法的胶接接头裂纹扩展分析及强度预测

采用扩展有限元法（XFEM）和内聚力模型（CZM）相耦合的方法,分析胶接接头胶层内部裂纹扩展、界面脱粘分层现象。采用内聚力单元和内聚力接触描述胶层/板材界面,建立单/双搭接接头有限元模型。预测拉伸载荷下接头的强度性能并与已有试验数据对比分析,验证XFEM-CZM耦合法的可行性及内聚力单元和内聚力接触2种界面建模方法的有效性。模拟裂纹从胶层内部扩展至胶层/板材界面并引起界面脱粘分层的过程,分析其损伤失效机理。讨论初始裂纹长度和界面刚度、强度及应变能释放率对胶接接头强度性能的影响。结果表明:胶接接头强度随初始裂纹长度增加而降低,且在双搭接接头模型中表现更为明显;界面刚度、强度对胶接接头强度影响较大而应变能释放率的影响较小。      

电离辐照诱发面阵电荷耦合器暗信号增大试验

针对电荷耦合器件(CCD)在空间轨道环境中应用时易受到辐射损伤的影响,对面阵CCD的电离辐照损伤效应问题进行了试验研究.首先,通过开展面阵CCD60 Co γ射线电离辐照效应试验,在暗场条件下测试了面阵CCD辐照后输出信号随积分时间的变化,并拟合计算出暗信号斜率.然后,对比分析了不同偏置条件下辐照后暗信号退化的试验规律;分析了不同偏置条件下辐照后暗信号的退火恢复情况;分析了不同积分时间、不同总剂量下的暗信号不均匀性的变化规律.最后,阐述了电离辐照损伤诱发面阵CCD暗信号增大的物理机制.结果表明:面阵CCD对电离辐照损伤很敏感,在进行航天器成像系统设计时,要充分考虑CCD受电离辐照损伤带来的影响.     

基于改进极限学习机的光谱定量建模方法

依据近红外光谱(NIR)产生原理,提出了粒子群优化极限学习机(PSO-ELM)算法,运用于小样本氨水浓度定量分析。通过优化极限学习机(ELM)隐藏节点参数,解决了极限学习机由于输入权值和隐含层偏差随机产生的建模结果具有随机性的问题,提高了预测模型的稳定性、精确度和泛化性能。经实验验证,优化后的PSO-ELM相比ELM,模型预测集均方根误差由0.01166减小至0.00322,预测集相关系数由0.9951提高至0.9979。将优化后的模型预测结果与支持向量机(SVM)、BP神经网络算法等传统方法的建模结果进行对比,优化后的PSO-ELM算法具有较高的精确度和良好的泛化性能,模型预测效果优于传统的定量回归分析算法。     

光纤陀螺中保偏光纤60 Co辐照效应及光褪色特性

从光纤陀螺空间应用的角度出发,利用60Co辐照源模拟空间辐照,对光纤陀螺中的主要部件保偏光纤环进行了不同剂量率的辐照实验,得到了保偏光纤的辐照效应.并且利用大功率半导体激光器对保偏光纤环进行了光褪色实验.实验证明,辐照条件下,保偏光纤损耗增加;剂量率越大,损耗增加越快;总剂量越大,损耗越大;采用大功率半导体激光器对保偏光纤环进行光褪色,可以减缓辐照环境下光纤的损耗增加量,而且激光器功率越大,光褪色效果越明显,可将其用到光纤陀螺中作为其空间应用的抗辐射加固措施.      

反射型保偏光纤温度传感器

基于保偏光纤中偏振模式干涉理论,提出了一种反射型保偏光纤温度传感技术并推导出传感方程,理论分析表明这种温度传感器精度高,可通过改变保偏光纤传感头长度的方法方便地调整测量范围.针对大型电力变压器绕组线圈的温度监测需要,利用特制的耐高温保偏光纤,在传感头和封装形式上进行了特殊设计,研制出实用的光纤温度传感器,其传感头满足了热油和高电压绝缘的要求.利用这种传感器进行了实际测试研究,基于模型线性化技术,在常温~180℃的温度范围内实现了线性输出.在冰水混合形成的绝对0℃环境下的稳定性测试表明其测量精度和稳定性均优于0.15℃.      

Korean space food development: Ready-to-eat Kimchi, a traditional Korean fermented vegetable,sterilized with high-dose gamma irradiation

Addition of calcium lactate and vitamin C, a mild heating, deep-freezing, and gamma irradiation at 25 kGy were conducted to prepare Kimchi as a ready-to-eat space food. It was confirmed that the space food was sterilized by an irradiation at 25 kGy through incubation at 37 °C for 30 days. The hardness of the Space Kimchi (SK) was lower than the untreated Kimchi (CON), but higher than the irradiated Kimchi (IR). Also, this result was supported by the scanning electron microscopic observation. Sensory attributes of the SK were similar to CON, and maintained during preservation at 35 °C for 30 days. According to the Ames test, Kimchi sterilized with a high-dose irradiation exerted no mutagenic activity in the bacterial strains of Salmonella typhimurium. And, the SK was certificated for use in space flight conditions during 30 days by the Russian Institute of Biomedical Problems.     

核辐射对透波材料介电性能影响

用加速老化试验的方法,在有氧存在的条件下,研究了TDE-85环氧树脂/E玻璃纤维体系、4501A双马来酰亚胺树脂/D3W玻璃纤维体系2种透波材料介电性能受核辐射影响的规律.用60Co辐射源在辐射量为50~800kGy范围内对样件进行辐射,用波导法测试样件的介电常数和介电损耗,测试频率为10GHz.结果发现2种体系透波材料介电性能受核辐射的影响较小,且后者比前者具有更好的抗辐射稳定性.同时利用IR,TGA等手段研究了材料介电性能变化的原因.      

Laboratory simulation of space weathering: Changes of optical properties and TEM/ESR confirmation of nanophase metallic iron

Reflectance spectra of S-type asteroids are different from those of ordinary chondrites. This spectral mismatch is explained by space weathering processes, where high-velocity dust particle impacts change the optical properties of the uppermost regolith surface of asteroids. S-type asteroids exhibit more overall depletion and reddening of spectra, and more weakening of absorption bands relative to ordinary chondrites. Nanophase metallic iron particles, which are formed through vapor deposition from dust impact heating, are considered as the most essential cause of space weathering. In this study, we describe the spectral changes of olivine and pyroxene using nanosecond pulse laser irradiation and the presence of nanophase metallic iron particles in laser-irradiated materials by transmission electron microscopy (TEM) and electron spin resonance (ESR).

The irradiated spectra of the samples show a reduction of the overall spectra (250–2600 nm) and a reddening with weakened absorption bands. Nanophase metallic iron particles were found not only in laser-irradiated olivine samples, but also in laser-irradiated pyroxene samples by TEM. Strong ESR signals, which derive from nanophase iron particles, are observed in the irradiated olivine samples. Moreover, ESR intensities increase with the space weathering degree simulated as laser irradiation time. One possible application of space weathering is the estimation of the relative age of asteroids using the relation between optical effects and quantities of produced nanophase iron particles.     

Effect of gamma irradiation on hyperthermal composting microorganisms for feasible application in space

The composting system is the most efficient method for processing organic waste in space; however, the composting activity of microorganisms can be altered by cosmic rays. In this study, the effect of ionizing irradiation on composting bacteria was investigated. Sequence analyses of amplified 16S rRNA, 18S rRNA, and amoA genes were used to identify hyperthermal composting microorganisms. The viability of microorganisms in compost soil after gamma irradiation was directly determined using LIVE/DEAD BacLight viability kit. The dominant bacterial genera were Weissella cibaria and Leuconostoc sp., and the fungal genera were Metschnikowia bicuspidata and Pichia guilliermondii. Gamma irradiation up to a dose of 10 kGy did not significantly alter the microbial population. Furthermore, amylase and cellulase activities were maintained after high-dose gamma irradiation. Our results show that hyperthermal microorganisms can be used to recycle agricultural and fermented material in space stations and other human-inhabiting facilities on the Moon, Mars, and other planets.     

基于Sagnac干涉仪的保偏光纤拍长测试技术

分析了一种由单模光纤耦合器和保偏光纤组成的混合光纤Sagnac干涉仪的反射谱和透射谱,揭示了这种干涉仪的光谱调制特性.基于其透射光谱的极值点特征,提出了一种简单、高精度的保偏光纤拍长测试技术并进行了精度分析,确定了待测保偏光纤长度的优化参数;搭建实验系统进行了实际测试.实验结果和理论估计一致.研究表明:该技术操作方便、测量可靠,拍长测量精度可优于0.01 mm.     

电化学技术在复合材料腐蚀研究中的应用

用循环伏安曲线和交流阻抗谱测试技术研究了不同溶液浸泡对复合材料性能的影响,探讨了电化学表征参数与复合材料腐蚀程度之间的相关性.实验结果显示,随着浸泡时间的延长,试样的反应电阻逐渐减小,双电层电容逐渐增大,并且浸泡于酸性探针和碱性探针溶液中的试样的电化学参数比浸泡于中性探针溶液中的试样的电化学参数变化幅度更大.实验结果表明利用电化学参数的变化可以反映碳纤维增强环氧树脂基复合材料的腐蚀程度,即可以用阻抗值和电流值的大小变化表征复合材料的耐蚀性.