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冷原子微波频标的原理与发展

中国激光 2024年第11期51卷 325-341页

作者：魏荣李耀汪凌珂吕德胜中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室上海201800 中国科学院大学材料科学与光电子学技术学院北京100049 中国科学院上海光学精密机械研究所空天激光技术与系统部上海201800

以原子喷泉为代表的冷原子微波频标近年来取得了飞速发展。基于激光冷却技术的喷泉钟通过原子的抛体运动实现Ramsey干涉,其鉴频谱线约1 Hz的窄线宽和优异的信噪比使得喷泉频标的长期稳定度和不确定度达到了10^(-16),其优异的稳定度指标... 详细信息

以原子喷泉为代表的冷原子微波频标近年来取得了飞速发展。基于激光冷却技术的喷泉钟通过原子的抛体运动实现Ramsey干涉,其鉴频谱线约1 Hz的窄线宽和优异的信噪比使得喷泉频标的长期稳定度和不确定度达到了10^(-16),其优异的稳定度指标也对振荡器提出了更高要求。基于光频标技术发展的光生微波可以实现10^(-15)的秒稳定度,从而使喷泉钟的稳定度达到了量子投影噪声极限。通过将性能优异的喷泉钟引入守时钟组,世界原子时的频率精度达到了约2×10^(-16)。除了地面应用外,冷原子频标还进入空间,获得了优异的性能指标,并将在导航定位和科学研究等领域发挥重要作用。中国科学院上海光学精密机械研究所在喷泉频标、光生微波等冷原子微波频标领域开展了系统研究,技术指标达到了国际先进水平,并实现了国际首台空间冷原子钟在轨运行。

关键词：时间频率喷泉频标稳定度 B类不确定度空间冷原子钟光生微波

振镜加工中的激光开关光延时轨迹补偿方法研究

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机械科学与技术 2024年

作者：侯尧华王晶中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室

受限于激光扫描振镜装置中反射镜片的机械运动性能，光束的偏转动态无法与激光的开启或关闭状态达到完全同步，影响了加工轨迹起始与终止位置的烧蚀均匀性，而现有基于大量工程经验设置的开光与关光延时参数并无法适应激光加工过程的精... 详细信息

受限于激光扫描振镜装置中反射镜片的机械运动性能，光束的偏转动态无法与激光的开启或关闭状态达到完全同步，影响了加工轨迹起始与终止位置的烧蚀均匀性，而现有基于大量工程经验设置的开光与关光延时参数并无法适应激光加工过程的精确调控需求。本文围绕扫描光束的加减速变化特性，提出了基于开关光延时距离的轨迹长度补偿方法。通过建立振镜起始与终止轨迹处的加减速运动学模型，拟合开关光延时参数与实际加工轨迹长度之间的函数关系，给出开关光延时参数设置及轨迹长度补偿计算方法。实验结果表明，该轨迹补偿方法的误差小于3 μm，满足起始与终止位置的烧蚀需求，且解决了拐角位置的轮廓偏差与烧蚀一致性问题，具有良好的实际应用价值。

关键词：激光扫描振镜延时控制轨迹补偿

4Cr5MoSiV1热作模具钢循环渗氮及热疲劳行为研究

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热加工工艺 2024年第2期53卷 24-29页

作者：刘海建韩笑陈杰上海航天精密机械研究所上海201108 上海航天控制技术研究所上海201108

针对4Cr5MoSiV1热作模具钢在使用过程中经受熔融铝液及冷却液的循环冲击,在热应力作用下容易产生热疲劳失效的问题。采用可控循环气体渗氮的方法分别在回火态和热疲劳态模具钢表面制备无铁氮化合物和有化合物的渗层,进行热疲劳性能测试... 详细信息

针对4Cr5MoSiV1热作模具钢在使用过程中经受熔融铝液及冷却液的循环冲击,在热应力作用下容易产生热疲劳失效的问题。采用可控循环气体渗氮的方法分别在回火态和热疲劳态模具钢表面制备无铁氮化合物和有化合物的渗层,进行热疲劳性能测试。结果表明:循环渗氮制备的无化合物的渗层可以有效延缓热疲劳裂纹的萌生,抗热疲劳性能优于有化合物的渗层。同时,在裂纹产生前进行二次渗氮可以补充氮原子,重置压应力并增加硬度,进一步提升热疲劳抗性。

关键词：热作模具钢可控循环气体渗氮铁氮化合物热疲劳性能

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搅拌摩擦沉积增材2219铝合金组织及性能

航空材料学报 2024年第1期44卷 152-162页

作者：王瑞林杨新岐唐文珅罗庭赵耀邦窦恩惠天津大学材料科学与工程学院天津300354 上海航天精密机械研究所上海201600

在主轴转速250~350 r/min、横向移动速度50~150 mm/min工艺参数下进行2219-T87铝合金搅拌摩擦沉积增材(additive friction stir deposition,AFSD)实验,探究工艺参数与多层热循环对沉积层宏观成形、微观组织和力学性能的影响。结果表明:... 详细信息

在主轴转速250~350 r/min、横向移动速度50~150 mm/min工艺参数下进行2219-T87铝合金搅拌摩擦沉积增材(additive friction stir deposition,AFSD)实验,探究工艺参数与多层热循环对沉积层宏观成形、微观组织和力学性能的影响。结果表明:在主轴转速250 r/min,移动速度100 mm/min工艺参数下可获得成形良好的单道16层增材试样。增材区晶粒尺寸发生显著细化,在4~6μm之间,细小等轴晶组织取代沉积棒料粗大的无规则晶粒组织。增材试样发生剧烈的动态再结晶,整体再结晶晶粒在80%以上,试样底部(第1层)受到多次热循环影响,再结晶晶粒达到91.8%。增材区域织构基本由Cube、Copper、P和RtB四种再结晶织构以及S、T和Brass织构构成。增材试样的硬度和抗拉强度相比于沉积棒料都明显降低,其中,第16层沉积层硬度最大为80HV,约为沉积棒料母材的55.6%;第1~8层沉积层硬度均匀在60HV。增材区水平(longitudinal direction,LD)方向第9~16层和1~8层的平均抗拉强度分别为243.0 MPa和219.3 MPa,约为母材的60.0%和52.9%;平均伸长率为19.4%和24.5%,分别约为母材的181.1%和229.0%。增材试样LD方向断裂模式均为韧性断裂。

关键词：搅拌摩擦沉积增材 2219-T87铝合金微观组织力学性能

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空间冷原子钟技术

中国激光 2024年第11期51卷 201-222页

作者：项静峰任伟邓思敏达刘亮吕德胜中国科学院上海光学精密机械研究所空天激光技术与系统部上海201800 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室上海201800 中国科学院大学材料科学与光电子学技术学院北京100049

空间冷原子钟作为在空间环境运行的高精度原子钟,在导航定位、深空探测和基础物理研究等领域展现出巨大的应用潜力。20世纪90年代以来,随着中性原子激光冷却技术的发展,喷泉冷原子钟得以实现并将频率稳定度和准确度从以往铯束原子钟的10... 详细信息

空间冷原子钟作为在空间环境运行的高精度原子钟,在导航定位、深空探测和基础物理研究等领域展现出巨大的应用潜力。20世纪90年代以来,随着中性原子激光冷却技术的发展,喷泉冷原子钟得以实现并将频率稳定度和准确度从以往铯束原子钟的10^(-14)量级提高到10^(-16)量级。法国、美国和中国均提出了在微重力环境下运行高精度冷原子钟的计划。在中国载人航天工程的支持下,2016年上海光学精密机械研究所研制的天宫二号空间冷原子钟在国际上首次实现了在轨运行。欧盟的空间光钟项目于2007年获得欧洲航天局资助,目前实验室中的冷原子光钟的频率不确定度与稳定度都达到了10-18量级。随着空间光钟技术的不断发展,美国、欧盟和中国分别提出了基于空间光钟的不同实验项目建议。本文首先介绍冷原子微波钟与冷原子光钟的技术基础,然后通过概述国内外空间冷原子钟计划的任务特点、关键技术和项目进展,阐述了空间冷原子钟在基础物理和导航定位中的作用,并展望了未来高精度原子钟技术的发展方向。

关键词：冷原子原子钟光钟频率稳定度频率不确定度空间站

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基于腔内冷却的原子钟分布式腔相移分析

中国激光 2024年

作者：邓思敏达任伟项静峰吕德胜中国科学院上海光学精密机械研究所中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室中国科学院大学材料与光电研究中心

分布式腔相移是冷原子微波频标中重要的频率不确定度来源之一，也是高性能原子钟频率不确定度评估的重要研究方向。本文提出了一种基于三维有限元仿真和蒙特卡洛遍历原子的分布式腔相移计算方法，并分析计算了分布式腔相移对小型化原子... 详细信息

分布式腔相移是冷原子微波频标中重要的频率不确定度来源之一，也是高性能原子钟频率不确定度评估的重要研究方向。本文提出了一种基于三维有限元仿真和蒙特卡洛遍历原子的分布式腔相移计算方法，并分析计算了分布式腔相移对小型化原子钟的影响。结果显示，当Ramsey线宽为10Hz时，不同原子团温度下分布式腔相移的不确定度均优于2×10-16。因此该小型化原子频标方案的长期稳定度将不会受到分布式腔相移的限制，在各类小型化原子钟中长期性能上具有显著的优势。该计算方法还可以推广至结构复杂的矩形腔、环形腔以及原位探测微波腔等，对于分析原子钟分布式腔相移和优化微波腔设计具有重要的应用价值。

关键词：冷原子频标频率不确定度分布式腔相移频率稳定度

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周向六线起爆下杀伤战斗部的破片飞散特性

火炸药学报 2024年第1期47卷 72-80页

作者：刘恒言姬聪生何勇梁争峰西安近代化学研究所陕西西安710065 北京电子工程总体研究所北京100854

为简化起爆结构,提高引战系统可靠性,采用定向战斗部已有的周向六线起爆方式替代中心起爆,基于流体动力学理论对周向六线起爆下爆轰波的碰撞进行了理论分析,采用LS-DYNA进行了数值计算,并开展了战斗部样弹静爆试验。结果表明,相较于中... 详细信息

为简化起爆结构,提高引战系统可靠性,采用定向战斗部已有的周向六线起爆方式替代中心起爆,基于流体动力学理论对周向六线起爆下爆轰波的碰撞进行了理论分析,采用LS-DYNA进行了数值计算,并开展了战斗部样弹静爆试验。结果表明,相较于中心起爆,周向六线起爆条件下破片加速历程与其所在周向位置存在关联,并出现二次加速现象;在相邻起爆点对称面附近产生马赫爆轰波,局部压力可达44.2GPa,并在战斗部中心汇聚,中心处压力可达100GPa以上;轴向多点起爆改善了端面稀疏波的影响,破片速度得到提升,轴向破片速度一致性明显提高;破片飞散初速数值计算与试验结果误差在8.1%以内,不同区域破片初速增益可达4.6%~9.9%。表明周向六线起爆模式是替代定向杀伤战斗部中心起爆模式的有效途径。

关键词：爆炸力学定向杀伤战斗部周向六线起爆中心起爆破片飞散特性破片速度增益

PWM频率对超精密机床主轴动态性能影响研究

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组合机床与自动化加工技术 2024年第5期 141-146,151页

作者：武海亮杨辉卢超伟张杨北京航空精密机械研究所精密制造技术航空科技重点实验室北京100076

为了分析多轴联动超精密机床伺服驱动器的PWM频率对超精密机床动态性能的影响,研究基于一款国产超精密机床的气体静压主轴,对其控制系统进行Simulink建模、仿真,并开展位置控制实验。通过主轴电机的动态特性方程对PWM型驱动器控制下的... 详细信息

为了分析多轴联动超精密机床伺服驱动器的PWM频率对超精密机床动态性能的影响,研究基于一款国产超精密机床的气体静压主轴,对其控制系统进行Simulink建模、仿真,并开展位置控制实验。通过主轴电机的动态特性方程对PWM型驱动器控制下的超精密机床主轴动态响应进行建模,模拟不同PWM频率下的主轴电机的电流、转矩和转速的响应波形,分析仿真数据,得到被控对象和PWM频率之间的控制律。在此基础上,以主轴的重复定位精度作为动态性能参数,搭建超精密机床主轴动态性能测试平台,通过对重复定位精度实验数据与仿真结果进行线性相关度分析,定量评价其相关度。最终得到气体静压主轴在PWM频率为20~60 kHz的范围内动态性能显著增强,而在60~100 kHz频率范围内的增强的趋势变缓,主轴动态性能的最优PWM频率参数为60 kHz。在设计选型阶段为超精密机床控制系统的参数选择提供了参考。

关键词：超精密机床 PWM频率气体静压主轴重复定位精度

6.X nm下一代极紫外多层膜技术研究进展

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中国激光 2024年第7期51卷 151-163页

作者：李笑然唐何涛赵娇玲李丰华上海大学微电子学院上海200072 中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室上海201800

集成电路的生产主要依靠光刻技术为主的工艺体系,采用波长为13.5 nm光源的极紫外光刻是当前最先进的商用规模量产光刻技术,为集成电路的发展带来前所未有的进步。根据瑞利判据,为进一步提高分辨率,以波长6.X nm为光源的下一代“超越极... 详细信息

集成电路的生产主要依靠光刻技术为主的工艺体系,采用波长为13.5 nm光源的极紫外光刻是当前最先进的商用规模量产光刻技术,为集成电路的发展带来前所未有的进步。根据瑞利判据,为进一步提高分辨率,以波长6.X nm为光源的下一代“超越极紫外”光刻成为研究热点。多层膜反射镜是极紫外光刻机光学系统中的关键器件,其反射率和寿命决定光刻机的曝光效率与成像质量。综述了6.X nm多层膜的研究进展,对近年来6.X nm波段的极紫外光源以及多层膜的设计、制备和表征等方面进行了介绍和分析。重点阐述了6.X nm多层膜的界面优化方法,并讨论了多层膜在工程应用中的老化和性能衰减等问题,对面向未来商业应用的方向做出了展望。旨在为我国从事先进光刻等相关研究工作的学者、工程师等提供重要参考。

关键词：先进光刻超越极紫外多层膜反射率界面工程