摘要：为了满足强激光系统对于合束光栅的宽带、高衍射效率及偏振无关的需求，本文提出了一种具有双层梯形结构的偏振无关合束光栅。首先，基于严格耦合波理论，建立了一种以粒子群优化算法为核心的偏振无关合束光栅设计模型，通过随机生成特征波长实现效率特性寻优。然后，详细分析了单层梯形和双层梯形结构光栅的槽深、占宽比、侧壁倾角等结构参数对光栅衍射效率及带宽的影响。最后，对两种结构光栅的电场增强特性进行分析讨论。结果表明，双层梯形结构偏振无关合束光栅在51 nm(1 038～1 089 nm)带宽范围内实现99%以上的理论衍射效率，相比传统单层梯形结构具有更大的工艺容差，容差范围内均满足30 nm带宽和98%的高衍射效率，同时具有更低的光栅近场增强，可以拥有更强的抗激光损伤能力。本文提出的宽带高衍射效率双层梯形结构光栅可以提高激光系统的输出功率，在激光合束领域具有重大的应用价值。

摘要：提出一种紧凑的基于多模干涉效应的氧化钽(Ta_(2)O_(5))波长双工器,用于实现980和1550 nm波长的复用和解复用.该器件采用对称干涉和配对干涉级联的混合多模干涉波导结构,在不利用亚波长光栅等复杂结构调控泵浦光和信号光拍长的基础上,将分段多模干涉波导的总长度缩短为普通配对型多模干涉波导结构的1/3.采用三维有限时域差分(3D-FDTD)工具对建立的模型进行分析和优化,结果表明所设计的MMI型双工器具有较低的插损和较高的工艺容差性,在980 nm处插损为0.4 dB,1550 nm处插损为0.8 dB,消光比均优于16 dB.该器件在1550 nm波长周围的1 dB带宽达150 nm,在980 nm波长周围的1 dB带宽达70 nm.文中设计的多级干涉结构极大地降低了MMI器件的设计难度并缩小了980/1550 nm波分复用/解复用器的整体尺寸,有望应用在片上集成的掺铒波导放大器和激光器领域.此外,不同多模干涉机制级联的设计思路为分离两个中心波长相隔较远的光信号提供了技术参考,在通信波段和中红外波段波分复用/解复用器件上具有潜在的应用价值.

摘要：针对星钟异常跳变引起的星上时间与整网星座时间偏离的问题,设计了一种针对星钟跳变的北斗三号卫星自主时间同步算法。通过引入抗差最小二乘估计,对分布式星座时间同步算法进行改进,使其具有快速检测钟差异常跳变并具有自主时间同步的能力。采用与北斗三号卫星一致的仿真环境,并引入实际在轨测试数据,对算法进行了准确评估。结果表明在60 d内,星座各星时间同步误差不超过3.68 ns,且当卫星产生跳变异常后,该算法可在1h内恢复时间同步,提高了算法在钟跳下的可靠性。

摘要：芯片衬底与微通道集成一体化是一项全球前沿的研究热点,与传统液冷微通道热沉相比,具有革命性的优势,已成功应用于绝缘栅双极型晶体管等芯片领域,展现出卓越的散热性能。随着大科学装置及工业领域对半导体激光芯片输出功率需求的增加,热管理成为一项关键技术问题。传统激光巴条冷却研究主要集中在优化液冷热沉结构,但其散热能力受到传热路径热阻的限制。为应对这一挑战,本研究基于芯片衬底与微通道集成一体化设计,提出了一种新型分布式流型结构,用于半导体激光芯片的高效散热。该设计显著缩短了传热路径,减少了热阻,从而有效降低芯片结温与冷却流量,为实现高集成度和高散热量的激光芯片提供了重要技术支撑。研究结果表明,本文提出的分布式流型结构突破了半导体激光巴条衬底微通道设计的瓶颈,在0.35 L/min@20℃的液冷条件下,实现了芯片温升≤40℃的目标,并在1000 W/cm^(2)的高热流密度条件下获得了最佳填充因子为0.25,芯片温升为30.52℃的模拟结果。

摘要：针对国内外空间运动机构热真空加速寿命试验主要集中在组件上，未能全面反映整机的长寿命性能。本文对空间环境下的巡天光学望远镜的长寿命滤光片转轮机构，设计了一种关于空间环境的热真空寿命试验方案，充分考虑了滤光片转轮在空间运行时面临的工况和严酷空间环境，开展了滤光片转轮机构的真空加速寿命试验，以验证固体润滑轴承组件、传动副固体润滑设计和整机性能是否满足在轨寿命要求。针对该滤光轮在轨转动8×104次的寿命要求，本文设计了详细的试验方案，并搭建了热真空环境试验系统。试验结果显示：寿命试验运行正常，累积转动1.6×105次。试验后对轴承进行了摩擦力矩和启动力矩复测，并对轴承组件进行了解剖分析。复测结果显示：轴承摩擦力矩和启动力矩与试验前一致，轴承润滑状态良好。试验后对蜗轮蜗杆副固体润滑进行高倍显微镜分析，结果显示，蜗轮蜗杆副润滑膜层均完好覆盖基底，润滑状态良好。试验后开展滤光片转轮整机性能测试，测试结果满足性能指标。加速热真空寿命试验结果验证了滤光片转轮寿命满足在轨长寿命任务要求，同时为其他空间运动机构的长寿命设计提供了依据，并为其他机构的寿命试验提供了参考思路。

摘要：海上溢油会对环境造成极大破坏,及时准确探测及识别对溢油的治理具有至关重要的作用。日盲紫外溢油监测受太阳背景辐射影响更小,可以提高溢油监测的准确率。研究设计并搭建水面油膜在日盲紫外、中波紫外和长波紫外波段反射光谱测试光路,对海洋溢油的四种模拟目标(95#汽油、35#柴油、20#柴油、轻质原油)展开反射光谱测试,分析了反射率随油膜厚度的变化趋势。采用单层膜特征矩阵模拟计算不同厚度油膜在不同波长下的反射率。实验与仿真结果表明,成品油和原油在日盲紫外波段的反射率均比海水更高,反射率随油膜厚度的改变近似周期性震荡最后趋近于纯油的反射率,周期大小和反射率峰值主要由油的复折射率和油膜厚度决定,实验与数值模拟结果相符。研究结果表明,水面油膜与水体背景在日盲紫外波段的反射光有较高的可区分度、反射率震荡变化的油膜厚度范围更小,采用主动式日盲紫外反射光谱探测海面溢油可以提高检测准确度,为全天时全天候溢油监测提供可能。

摘要：【目的】现有文献对柔性铰链的分析大多基于Euler-Bernoulli梁模型,忽略了剪切挠度的影响。为进行更精确的柔度计算,基于Timshenko梁模型和旋量变换理论,针对由直梁柔性单元组成的一般柔性机构建立了其柔度分析模型。【方法】以S型柔性结构为例进行柔度分析,研究了柔性结构的尺寸参数对柔度的影响;然后,利用有限元分析和实验测试平台对样件的平动柔度进行了测量。【结果】结果表明,解析值、仿真值和实验测量数据的符合性较好,最大相对误差为7.16%。以Timshenko梁模型和旋量变换理论为设计依据,设计者可根据柔性结构的柔度等要求确定几何参数。该柔性结构的研究对其他铰链的结构设计提供了新思路。性机构的柔度模型,并以实例分析了柔性结构关键尺寸参数对柔度的影响。通过有限元仿真与实物实验,验证了该柔度建模方法的准确性。

摘要：为了满足高灵敏度光学探测模块(简称探测模块)正常工作时的温度要求,解决其散热困难的问题,本文使用灵敏度分析方法,对影响探测模块热学特性的参数进行了相应分析。首先建立了探测模块在宇宙空间的热平衡方程,针对探测模块热学特性的设计参数,提取出了7个影响探测模块温度的相关参数。然后使用蒙特卡罗法对设计参数进行抽样,并通过有限元分析获取了200组样本。通过对样本的BP神经网络分析,获得探测模块温度分布与7个热设计参数之间的神经网络模型。最后基于建立的神经网络模型,对探测模块进行了BP-Sobol'全局灵敏度分析。分析结果表明,设计参数X_(1)、X_(2)的一阶Sobol'灵敏度值较大,对探测模块的影响最大,参数X_(1)、X_(5)和X_(6)的一阶灵敏度和总灵敏度相差较大,与其他参数交互效应对探测器温度输出产生了较大的影响,灵敏度分析为后续的热设计和热试验提供较强的指导作用。

摘要：为了满足我国高海拔地区大视场天文望远镜进行微光探测的需求,基于长光辰芯公司的高性能sCMOS(Scientific CMOS)探测器GSENSE1516BSI,以Xilinx公司的Kintex-7 FPGA为主控芯片,设计了低噪声、高灵敏度、热电制冷器(Thermo Electric Cooler,TEC)主动制冷的成像系统,硬件部分包括sCMOS探测器外围电路、FPGA的读出电路和TEC主动制冷模块;软件部分包括时序控制模块、数据对齐接收训练模块和DDR3高速缓存模块。设计开发了大面阵像素数据的DDR3读写验证模块,可以在设计阶段预验证大面阵像素数据在DDR3子模块中缓存的可靠性,提前发现潜在的数据传输问题,优化了系统测试方案。最终经过整机测试,实验结果表明:设计的sCMOS成像系统工作稳定,读出噪声为4.33 e^(-),制冷温度可达-30℃,-30℃下暗电流为0.15e^(-)/pixel/s,可稳定进行4 k×4 k大面阵像素数据的读出,满足大视场天文观测需求。

摘要：为实现红外光谱仪器的小型化，通过分析现有小型光谱仪，提出了一种基于平板波导的小型红外光栅光谱仪的设计方法。平板波导光谱仪的小型化原理与一般的微小型光谱仪不同。在平板波导光谱仪中，光束被限制在一层薄薄的平板波导介质中传播，看起来像是整个光学系统被压扁了。在垂直于平板波导的方向上光学元件的尺寸可以做到很小，从而显著减小光学系统的尺寸。该系统的设计可分为 Czerny-Turner结构设计、波导结构设计。先根据像差理论设计 Czerny-Turner 结构，目标是保证光谱分辨率及校正像差；然后根据几何光学理论设计波导结构，包括平板波导和两个柱面透镜，目标是压缩光束并校正像散；最后将它们输入 Zemax 软件中进行综合优化，以获得最优的光学系统。据此方法设计了一个平板波导红外光栅光谱仪，工作波段为8～12μm，数值孔径为0．22，采用线阵探测器。通过 Zemax 软件对结果进行分析和评价，表明仪器光学系统的尺寸为130 mm×125 mm×20 mm，工作波段内光谱分辨率达到80 nm，满足设计指标要求。证明了该优化设计方法是可行的，所得系统尺寸小、性能高。