点火位置仪

中国科学院上海光学精密机械研究所（下称上海光机所）已做了几十年的激光聚变技术研究有多重大？用“百年大业”来形容或许也不为过。疫情封控期间，上海光机所数百名员工持续作战，最近完成了多项科研技术突破，在我国激光聚变实验点火的进程中又迈出坚实的脚步。加快聚变实验进程上海光机所本次取得重大突破的国家重大专项任务包括：核心光学元器件N41钕玻璃用包边玻璃研制工作，实现米级光栅大口径离轴反射曝光技术突破性进展以及大尺寸DKDP长籽晶快速生长技术新进展。牵头上述攻关项目研究工作的上海光机所党委书记邵建达告诉记者，早在上世纪60年代，包括我国科学家王淦昌在内的物理学家们就论证了通过激光聚变产生能源的可行性，而且认定这是清洁的、可无限使用的终极能源。上世纪80年代末，中国开始完全独立自主研发聚变技术。“现在中美都走到了实验点火阶段，中国并没有落后。”独立自主研发背后是大量艰辛付出。上海疫情期间，上海光机所数百名教职员工、研究生选择了在单位封闭办公，他们夜以继日，连续不断地做实验，获取相关数据，及时调整、改进相关工艺，加上居家办公同事在后台提供数据分析与理论支撑，研发进展取得了快速突破。N41钕玻璃元件是国家重大专项高功率激光装置的“心脏”，包边玻璃是确保钕玻璃元件增益性能的重要核心材料。它的作用是让激光按照指定方向发射，从而减少激光损耗。本次技术突破后，实现了大口径磷酸盐玻璃生产线在最优工艺状态下稳定运行，超计划完成包边玻璃的生产任务。而米级光栅大口径离轴反射曝光技术是国际首创，解决了光栅平滑度的问题。这项技术加工极具挑战。疫情期间上海光机所科研小组们连续实验，顺利实现了工艺突破。该创新方案得到了科技部重点研发计划变革性技术项目的支持。另外，大尺寸DKDP长籽晶快速生长技术主要是生长速度取得突破。上海光机所利用长籽晶生长技术，在国际上首次获得600mm×600mm×800mm的大尺寸DKDP晶体，为高功率激光驱动器系统用混频DKDP晶体研制提供一种全新的技术方案。中科院微电子所研究员王宇表示，N41钕玻璃、光栅和晶体都是激光器的关键核心零部件。N41钕玻璃是产生激光的介质，光栅作用是压缩激光脉冲，晶体是产生激光波长变换的。上述科研进展的突破，都是非常关键的突破。邵建达透露，上述科研成果突破，有助于我国聚变实验点火的进程。不过，点火实验到聚变这种终极能源实现规模量产，预计还要三五十年的时间，这确实是百年大业。另据介绍，聚变相关科研工作我国还有一条技术路线在并行推进，即安徽合肥的磁约束聚变技术。中国光学技术领先光学在通信、电子、能源、医疗器械等方面有广泛的应用。中国光学光电子行业协会旗下设有七个专业分会：激光分会、红外分会、液晶分会、光学元件与光学仪器分会、光电器件分会、发光二极管显示应用分会、激光应用分会。每个分会均对应着一个细分产业。中国光学技术较为领先。王大珩是中国光学奠基人，其上世纪50年代末期首创国内第一个研究机构中科院长春光机所。上世纪60年代，长春光机所开枝散叶，成都光电所、上海技物所、西安光机所、上海光机所、安徽光机所等纷纷设立。其中，上海光机所专注于研究强激光和高功率激光，除了探索激光聚变技术，他们还在激光前沿物理研究方面较为领先。中国光学技术产业化已小有成就。中国工业激光器比肩国际先进水平，大族激光、锐科激光、长光华芯均已登陆资本市场，分别是激光设备、激光器和激光芯片龙头。长春光机所相关的长光集团是长光华芯前十大股东。长春光机所还持有奥普光电等。红外领域，高德红外、大立科技等已经上市。LED照明及显示技术，中国已领先于国际水平，相关上市公司数十家，代表性企业有三安光电、华灿、聚灿、乾照等。另外，京东方、华星光电则是全球两大LCD液晶显示龙头企业。中科院微电子所研究员王宇认为，与微电子技术相比，中国光学技术与国际先进水平差别较小。就应用而言，眼镜、显微镜和照相机是光学技术应用比较集中的产业。而光子与微电子组合，会派生出更为广泛的应用，但这要依赖下游产业发达，比如手机、智能汽车等。中国集成电路和精密仪器相对落后，一定程度上限制了中国光学光电子产业的发展。未来，随着相关研究和产业进一步深入发展，中国光电技术还有很大扩展空间。

位置选择是常被忽视的导致误差或问题的来源之一利用声学多普勒流速剖面系统测量河流流速和流量时，或许可以在仪器操作、安装等方面准备得很全面，但如果选择的位置违背了 ADCP 河道测量的基本假设，将无法获得精确的数据。选择测量位置时，目标是测量出能代表河道的平均流速。理想情况下，应有一段适当长度的平直河道，以避免因河道弯曲、水中障碍物、流入量、流出量等引起的流动干扰。一般我们建议测量或安装位置应位于任何流动干扰源的上游和下游至少5-10个河道宽度处，这样可保持充分的线性距离，从而使任何湍流、涡流、上升流、回水效应等均能形成均匀而稳定的水流。河道的植物生长及水底地形会影响流动条件，同时在水面之下可能存在某些不可见的流动干扰源。下面列出了使用多波束声学多普勒流速系统时的相关考虑。01均匀条件多波束声学多普勒流速测量系统的一个基本假设是各波束的测量条件是相似的，因此通过各波束的流速均值将提供准确的平均流速。02空间平均使用诸如 RiverSurveyor S5/M9、SonTek-SL 和 SonTek-IQ 等多波束声学多普勒水流测量系统时，测试记录的速度是各个声学波束测量的速度的平均值，这些波束非常狭窄。所记录的流速近似于由 2、3 或 4 束波束测得的流速计算出的空间平均值，并且平均面积随距系统距离的增加而增加。SonTek 系统的离轴波束角为25度*，因此在距系统任何特定距离（即范围）处，光束之间的距离为（0.93 x 范围）。例如，使用2波束 SonTek-SL 系统时，在10m的范围内，波束之间的距离为9.3m。2 波束系统的空间平均处理示例。*注意：IQ 偏斜光束偏离轴 60 度SonTek-SL 系统在河道上的任何位置均可实现高精度的测量在测量河道中的不同条件时，如果一切均保持平静且无任何障碍物，则是非常理想的情况。但事实并非总是如此....03湍流/涡流当河道中存在明显的湍流或涡流时，各个波束可能会在截然不同的条件下进行测量（因此违背了均匀条件的假设），从而导致其平均流速明显不同于实际平均流速。例如，可能存在这样的情况：即较大的涡流造成波束沿相反方向测量流速，从而导致平均流速为零。在河道（尤其是天然河道）中，通常存在一定程度的湍流或涡流，但在适当的较长时间内对流速数据求平均值可以帮助改善测量结果。诸如“流速误差”和“相关性”之类的参数可指示测量的均质性。04电磁影响位置选择的另一个考虑因素是局部磁场，它会影响包括罗盘在内的系统，例如 RiverSurveyor S5/M9 系统。电磁干扰源可能包括钢桥、混凝土桥梁或结构中使用的钢筋以及电力线等。电磁干扰源可能包括钢桥、混凝土桥梁或结构中使用的钢筋以及电力线等。根据可用的测量位置，上述建议和考量可能并非始终可行。理想的位置是不存在的，但是在选择位置时请务必谨记基本假设。

中国科学院国家空间中心明安图野外科学观测研究站研究员颜毅华带领的研究团队，探索出一种新的可用于明安图射电频谱日像(MUSER)图像位置校准的方法。近日，相关研究成果发表在Research in Astronomy and Astrophysics上。 　　MUSER采用综合孔径成像的方法，在厘米、分米段获得高时间、空间和频率分辨率的太阳射电图像，其建成被认为是现有射电日像仪设备的跨越式进步。作为先进的新一代太阳专用射电干涉设备，MUSER将扩展太阳射电探测能力，为耀斑和日冕物质抛射研究打开新的观测窗口。综合孔径成像技术广泛应用于天文射电望远镜成像，即将众多小口径望远镜系统综合在一起，等效成一个大口径射电望远镜观测效果，从而获取较高空间角分辨的图像。把射电阵列中任意两个望远镜的信号进行复相关运算得到可见度函数，其对应观测天区内亮度分布的傅里叶成分，综合这些观测结果，做傅里叶反变换可获得观测天区的射电图像。由于仪器误差以及信号传播效应的影响，校准特别是相位校准(即图像位置校准)在综合孔径成像技术中至关重要。 　　除了利用目前国际常见的射电日像仪位置校准方法，研究团队在数年来的MUSER太阳射电图像处理过程中，发展了新的综合孔径望远镜阵列相位定标校准方法，在定标点源偏离原点的一般情况下，第一次获得了该偏差对综合孔径成像结果影响的通用理论公式。该公式表明最终图像是原图像因定标源偏离而产生偏移后的图像与一个模糊调制函数卷积的结果。这个新引入的模糊调制函数具有模等于1、且在偏差等于0时退化为δ函数，也就可以得到正确图像的性质。因此，它不改变原图像的强度最大值和原图像信号的总能量。 　　基于这个新公式，科研人员可对MUSER观测图像进行校准从而得到准确的太阳射电图像。仿真实验和MUSER实测数据处理表明，这一新方法正确有效。研究通过位置校准后不同频率的MUSER图像和太阳动力学卫星(SDO)大气成像装置(AIA)在远紫外波段观测的太阳像以及野边山日像仪(NoRH)在17GHz的太阳像的位置对比，发现MUSER的射电源和紫外波段图像以及NoRH射电源位置基本一致，表明校准结果合理可信。 　　本研究优化了当前MUSER成像的校准方法，并丰富了综合孔径成像的一般理论。同时，该工作提出的新理论推进了射电综合孔径校准的研究进展：闭合自校准理论可以修正系统误差得到视场内正确图像，但不能解决绝对位置定标问题，需要已知外定标源来确定绝对位置。这一新公式使得综合孔径方法成为一个封闭的完备理论，即根据综合孔径理论本身就可以完成绝对定位。基于这一新方法，科研人员可以利用一个未知位置的校准点源来对射电望远镜的图像进行校准，并可以通过迭代计算出校准源的具体位置，从而获取真实的射电图像。