用于SERF陀螺仪的半导体激光器自动稳频技术

半导体激光器自动稳频技术广泛应用于光纤传感、激光雷达和量子精密测量等领域,针对无自旋交换弛豫(Spin Exchange Relaxation Free, SERF)陀螺仪对激光频率长期稳定性的需求,采用了激光饱和吸收稳频技术,并提出了激光频率快速自动回锁方法,研制了用于分布式布拉格反射(Distributed Bragg Reflector, DBR)激光器频率稳定控制系统。实验结果表明：激光频率1h的漂移量为308kHz,平均采样时间128s时的Allan方差达到8.133×10^-11,激光频率失锁后可在0.5s内自动回锁,激光频率能够长期保持锁定状态,为SERF陀螺仪的长期稳定运行奠定了基础。     

双闭环兰姆凹陷激光稳频方法

兰姆凹陷稳频激光器环境适应能力较差、在环境温度变化时容易失锁的问题,主要是由于环境温度波动导致的激光器腔长变化超出了压电陶瓷的调整范围。本文提出将兰姆凹陷稳频技术与热稳频技术相结合的方法,利用附加的温度控制系统补偿环境变化造成的激光器管壁温度变化,使工作过程中激光器腔长基本保持稳定,从而保证激光器谐振腔长变化不超出压电陶瓷的补偿范围。试验表明,所用方法解决了兰姆凹陷稳频激光器容易失锁的问题,提高了激光器的环境温度适应性,为兰姆凹陷稳频技术在工业现场的应用创造了条件。     

飞秒激光频率梳测量光频用拍频装置的实验研究

飞秒激光频率梳测量光频实验中会遇到拍频信号信噪比低、高信噪比拍频信号维持时间短的问题。本文针对该问题在光路的准直、稳定维持方面采取了相应的光学、机械结构优化以及对拍频信号采取了先滤波后放大的措施;设计了一种拍频装置,并利用该装置进行了碘稳频633 nm激光器e峰频率的绝对测量实验。     

633nm波长副基准光频绝对测量实验

为了进行光频的绝对测量实验研究,本课题组研制了基于MgO:PPLN晶体的"单块"结构飞秒激光频率梳,在利用稳频电路将重复频率frep和载波包络相移频率fceo同时锁定到氢原子钟上后,其光频齿的频率稳定度同步于氢原子钟。利用该高稳定度"单块"结构钛宝石飞秒激光频率梳对编号为NO.02的633nm激光波长国家副基准装置进行了激光频率的绝对测量实验,得到了5个峰的测量结果,各光频测量结果相对偏差为10-11量级。     

飞秒激光器脉冲重复频率的锁定技术研究

介绍了光纤飞秒激光器脉冲重复频率锁定技术的应用背景及其原理,并设计了一套可快速实现重频锁定的实验装置,最终将激光器的脉冲重复频率锁定到铷原子钟上,使飞秒激光器的脉冲重复频率获得和原子钟同样的稳定度;通过计数器采集锁定后激光器的脉冲重复频率数据,使用Allan方差给出了稳定度评价,对激光器脉冲重复频率锁定前后的稳定度进行了对比。实验证明,自主设计的实验装置可以实现锁定功能,具有很好的实用价值。     

基于IPTA数据的毫秒脉冲星综合稳定度评估

利用脉冲星极其稳定的自转频率可以形成一种天文时间基准，部分毫秒级脉冲星的稳定度甚至超越了原子钟，但其观测稳定度易受多种噪声源的影响。一般来说，不同的脉冲星的噪声大部分是相互独立的，因此可以通过加权综合和滤波算法构建综合脉冲星时，有效去除计时残差中的噪声。针对此问题，采用10颗毫秒级脉冲星的国际脉冲星计时阵列（international pulsar timing array, IPTA）数据进行了稳定度评估分析，其中7颗脉冲星的观测数据长度在10年以上。综合考虑单颗脉冲星稳定度评估的结果和观测数据的长度后，筛选出了4颗脉冲星用于构建综合脉冲星时。同时对比了经典加权算法、小波分解算法和维纳滤波算法的综合脉冲星时稳定度结果。结果表明：脉冲星的长期稳定度优于短期稳定度，2颗脉冲星在1年处稳定度达10-15量级，8颗在1 000天处也达到了10-15量级，其中PSR J1600-3053在5年处稳定度达到了最佳，为7.023×10-16 。此外，三种算法中，维纳滤波建立的综合脉冲星时稳定度最佳，在5年处达到了1.502×10-15，优于参与构建的其他所有脉冲星的5年稳定度。     

外激作用下自激热声系统的非线性动力学响应

在高温高压燃烧实验台上,以频率ff为78~716Hz,幅值A为0.026~0.629的外激信号激励有自激响应的同心分层旋流部分预混预蒸发火焰热声系统,研究其非线性动力学响应。结果表明:系统的自激频率fn为366.85Hz;当外激频率和自激频率的比值为1.022, 幅值A为0.629时,火焰主要被外激频率其谐波控制,其状态轨迹密集在很窄的封闭带中;当外激频率和自激频率的比值与A在其他的范围时,火焰不仅在ff和fn处响应,还在谐频、结合频和分频处响应。说明当外激幅值足够大并且外激频率靠近自激频率时,火焰发生锁相;当火焰未锁相时,出现了谐频、结合频以及分频的非线性响应,火焰准周期振荡。受迫范德波尔振荡器模型能够预测锁相、奇数谐频以及结合频2fn±ff。      

同轴非稳腔凸镜的涡流管冷却及稳定性

横向激励大气压(Transversely excited atmospheric,TEA)CO2同轴非稳腔激光器凸镜因热积累发生变形,对输出光束质量影响显著。为了改善TEA CO2同轴非稳腔激光器输出光束质量,采用涡流管低温气流冷却凸镜。应用有限元方法模拟计算了涡流管低温气流冷却对凸镜镜面热变形的影响,计算结果表明,随着激光器工作时间的延续,涡流管冷却对TEACO2同轴非稳腔激光器凸镜热积累导致的变形有较为显著的改善。实验实时监测了单脉冲平均能量18.3 J,激光器工作频率3 Hz,连续运行300 s,的光束模式。没有涡流管冷却时衍付极限信数因子β值由3.52变化到6.94,采用涡流管冷却后,β值仅由3.50变化到3.88。结果表明,涡流管冷却对提高光束质量稳定性有明显效果。     

稳定的X波段微波集成电路耿氏振荡器

本文叙述了一种稳定的X波段微波集成电路耿氏振荡器,其频率稳定度是采用一种改进的磅氏(Pound)稳定器获得的,在室温下平均的短期频率稳定度为2×10~(-7),热稳定度从-15℃到30℃之间为9×10~(-7)/℃。     

基于被动相位噪声补偿的自由空间光学频率传递

针对自由空间光信号传输更易受到环境影响的特点，提出了一种被动相位噪声补偿技术。该方法利用探测往返传输的光信号与发射端参考信号拍频获得链路引入的相位噪声，在发射端通过声光移频器（acousto-optic modulator, AOM）对待传递信号移频取共轭即可在接收端获得相位稳定的光学频率信号。该方法避免了使用复杂的鉴相和伺服控制电路，使系统具有更快的补偿速度且没有鉴相范围的限制。实验结果表明，150 m的室外自由空间链路的平均时间1 s的附加频率不稳定度约为1.9×10-16，平均时间1 000 s的附加频率不稳定度约为4.6×10-19。该相位噪声补偿技术为高精度的自由空间光学频率传递提供了一个简单可靠的方案。     

基于光纤的高精度频率相干传输技术研究

基于航天测控等领域对高精度相干传输及高精度时延测量的需求,设计了一种基于光纤不同端站间的频率相干传输系统,阐述了其基本原理并进行初步试验验证。试验结果表明,不同端站间的同步精度可以达到皮秒量级,频率的短稳达到2.8*10-14/s,长期稳定性可以达到6*10-17/10000 s,实现了不同端站间频标的高精度相干稳相传输。     

马赫-曾德尔光纤干涉仪的研制及应用

介绍了作者在测量单纵模激光器线宽参数的过程中,研制的马赫-曾德尔光纤干涉仪,并给出了实验结果.     

基于改进等周期法的振梁加速度计测频方法

振梁加速度计的输出量频率需要被连续、准确地测量,而现有应用于小型化电路板上的测频方法相比于频率计存在较大的原理性误差,针对运用等周期法的测频方法精度不高的问题,提出了一种改进等周期法来测量加速度计输出的频率值。本实验采用Altera max10型的FPGA芯片来实现测频和数据处理及运算,实验中使用测频电路和标准频率计53220A分别测量标准信号源、振梁加速度计的频率输出。实验结果显示,对比改进前后的算法,输入信号为标准信号源时,测频电路的输出精度有效提升,数值由原来的3.513μg变为1.078μg;输入信号为振梁加速度计的输出时,经过指数平滑滤波之后的输出精度由原来的22μg变为9.2464μg。对比频率计对振梁加速度计输出的测频结果,分析了影响加速度计测频精度的主要影响因素。经过测量后的结果表明,所提的基于改进算法的测频电路相比于等周期法可以有效地提升精度,并且拥有小型化、精度高的特点,在未来具有很好的应用价值。     

超声速状态下正癸烷和RP3的稳焰特性研究

通过直连蓄热式试验台,研究了正癸烷和RP3航空煤油两种碳氢燃料在超燃燃烧室中的稳焰特性。燃烧室采用双凹腔构型作为稳焰结构,进口总温1000~1150K,进口马赫数2.03,分别采用纯液态喷嘴和气泡雾化喷嘴进行燃料喷射。研究结果表明:在所有试验的总温范围内,正癸烷的稳焰性能比RP3略强,另外,两种燃料在纯液态喷射条件下不易实现稳焰,使用气泡雾化喷嘴能有效提高燃料的稳焰性能。文章建立了一个简单的理论模型,以"驻留时间≥反应延迟时间"作为实现稳焰的判据,计算出各试验工况下的驻留时间与反应延迟时间,发现二者均在1ms量级,计算结果与试验结果吻合较好。最后,根据两种燃料的热物性参数,计算了相同工况下二者的液滴平均直径SMD和蒸发常数,发现SMD在10μm量级,正癸烷的雾化和蒸发特性均略优于RP3,因此从燃料热物性角度说明了正癸烷的超燃稳焰性能略优于RP3的原因。     

300A标准恒流源的设计

介绍了一种采用高稳定度数模转换器作为电流输出控制,应用高准确度零磁通直流电流检测技术实现电流反馈的300 A标准恒流源设计方案。该恒流源具有10-300 A直流电流输出能力,最大输出功率为2400W,输出电流的最大允许误差为±（5×10-4设定值＋1个字）,稳定度为5×10-5/30m in。     

双柱振动诱导定常整流旋涡流动的实验研究

本文用流动显示实验研究圆形静止不可压缩粘性流体域内以圆心对称布置的双柱作同频同相小振幅振动时诱导的Ｓｔｏｋｅｓ层外的定常整流旋涡流动。实验表明,串列双柱当柱间距足够大时整流流谱呈八涡结构。当间距很小或为零时上涡结构。双柱的斜置有利于整流旋的合并,并柱间距接近至一定范围时,整流流动呈三维特征。振幅的减小和频率的降低使流动易出现三维现象。     

光抽运小铯钟及其在PNT应用

对比分析了大小铯原子钟及其在PNT中的应用,在此基础上介绍了基于光抽运技术方案实现的国际上第一台商用小铯钟。在研制原理样机和工程样机的过程中,解决了激光稳频、铯束准直等关键技术和工作温度、振动、EMC等环境难题,技术状态满足小批量生产要求,频率稳定度可达10-15,频率准确度优于10-12,技术指标达到国际同类小铯钟5071A水平。分析了光抽运小铯钟作为守时原子钟如何应用于时间频率基准实验室、数字通信同步网、卫星导航地面站、长波导航路基站等PNT体系。     

局部凸起对可压缩平板边界层稳定性的影响

在采用直接数值模拟(DNS)方法计算得到来流马赫数为4.5的带局部凸起的可压缩平板边界层基本流的基础上,基于线性稳定性理论(LST) 进行稳定性分析,通过求解扰动方程研究了不同频率的扰动波与不同高度的局部凸起的相互作用,定义了穿透系数来研究局部凸起对流动稳定性的影响.研究结果表明:当局部凸起高度小于0.2个边界层厚度时局部凸起对来流的影响是局部的;局部凸起使频率小于最不稳定波频率的扰动波更不稳定,对频率大于最不稳定波频率的扰动波有稳定作用,其中最不稳定波频率是指局部凸起中心位置处平板边界层中第2模态最不稳定波的频率;穿透系数定量刻画了局部凸起对稳定性的影响,高度为0.2个边界层厚度的局部凸起引起e-N方法中N值的修正量达到0.8,接近转捩位置处N值的10%,在转捩预测中必须考虑.      

渐变曲率Inconel718厚板热弯曲成形精度与表面质量控制

以具有渐变曲率Inconel718厚板弯曲件为背景,采用成形实验与数值模拟方法,分析了带压料热弯曲时,凸凹模间隙与摩擦系数对成形件尺寸精度及表面质量的影响规律。结果表明:当凸凹模间隙与摩擦条件不变时,从曲率半径小的一端至大的一端,试件弯曲段尺寸偏差逐渐增大。在实验范围内,凸凹模间隙对尺寸偏差的影响大于摩擦系数的影响。为提高成形精度提出了渐变凸凹模间隙并辅以渐变摩擦系数的方法。根据数值模拟结果可知,采用该方法可显著提高成形精度。通过热弯曲实验验证了该方法的有效性,Inconel718厚板弯曲件尺寸偏差在±0.5mm以内,表面质量良好。     

惯导平台加速度计静态多位置模标定方法

为克服传统的惯性平台多位置自标定法的局限性,引入了一种新的标定加速度计误差参数的方法。该方法基于变换后的加速度计输出模型,以输入加速度计的当地重力矢量为观测。仿真实验表明,当平台无转位误差时,零次项标定精度量级达到,比例因子标定精度达到1ppm以内;该方法对平台转位误差不敏感,当平台转位误差白噪声标准差为0.1°,均值小于30°时,误差参数标定结果不受转位精度的影响,降低了对平台稳定回路的控制精度要求。仿真实验还验证了方位失准角对模观测标定结果无影响。