《水下矢量声场理论与应用》

<正>科学出版社,2013,北京,225页,定价:98元声波是物质波,是在弹性介质(气体、液体和固体)中传播的压力、应力、质点运动等的一种或多种变化。——马大猷《现代声学理论基础》能流和空间能量定域化的概念由俄罗斯科学家H.A.乌莫夫首先提出,在追踪能量的传递和转换中很有用,各种能量如电磁能、机械能、热能等均有相应的被称为乌莫夫一坡印廷能流的矢量。《数学科学百科全书》(德语:Enzyklopadie der mathematischen Wissenschaften)说:"乌莫夫在1874年就已经解决了整体状态下液体和弹性物质中能量运动的问题。然而,对于这观点的强烈关注则要在约翰.坡印亭     

艾里涡旋光束在梯度折射率介质中的动态传输与涡旋轨迹

推导了艾里涡旋光束在傍轴ABCD光学系统中的传输解析式,研究了其在梯度折射率介质中的动态传输、坡印廷矢量和涡旋轨迹,及涡旋核对艾里主波瓣和坡印廷矢量的影响.结果表明:弹道轨迹和涡旋轨迹不再是传统的抛物线,而是呈三角函数分布;在z=(2j+1)L/4处,弹道轨迹和涡旋轨迹均会有奇异现象,且在z=(j+1)L/2附近有坡印廷矢量的反转现象.在临界传输距离处,艾里主波瓣会被涡旋核遮拦,随着传输距离的增大,艾里主波瓣由于自愈特性再次出现,并绕最近的涡旋核旋转.     

能流密度概念不适用于静场情形吗?

根据麦克斯韦方程组,可将电磁现象的能量守恒定律具体表述为[1]式中　是电磁场的场能密度, 　是电磁场的能流密度矢量(坡印亭矢量),记为S,则式(1)表明,空间任意体积V内产生的电功率,等于单位时间内体积V中电磁能的减少与通过体积V的界面S流入的能量之和。根据麦克斯韦方程组还可得到动量守恒定律的具体表示,电磁场的动量密度为这表明电磁场的动量密度矢量与能流密度矢量方向相同。 由于任意矢量A满足因此,在能流密度　中可附加任意矢量A的旋度　,而不影响式(1)成立。这似乎说明能流密度并非单值,可以有一附加项　的不确定度。但是这只是…     

强非局域空间三维光孤子短程相互作用

利用强非局域非线性介质中傍轴光束传输的线性模型,根据不共面对称斜入射(1+2)维空间光孤子相互作用的解析解讨论了短程作用的情况.由能量守恒和动量守恒发现,这样的孤子在传输过程中其质心轨迹随着光束之间存在相位差而发生偏转.给出了最佳相位差,即以该相位差入射可以使光束质心偏转达到最大,使得在强非局域介质中通过调节相位差对三维光孤子实现全光控制成为可能.不同的振幅比对质心偏转也有影响.数值模拟了(1+2)维光孤子传输过程中坡印廷矢量(能流密度),分析了光孤子在传输过程中的坡印廷矢量变化,揭开了三维空间光孤子围绕 关键词： 强非局域非线性介质 空间光孤子 短程作用 坡印廷矢量     

电磁学与电动力学中的磁单极-Ⅱ

本系列文章一共4篇,在电磁学和电动力学框架内用尽量科普的方式分别介绍磁单极的若干奇特性质.本篇文章主要介绍狄拉克磁单极是如何展示矢量势的规范变换的.我们首先简要介绍规范变换与规范对称性及狄拉克磁单极与狄拉克弦,然后讨论狄拉克磁单极与规范变换的联系.我们显式演示狄拉克弦摆动产生的规范变换,弦摆动区域对场点所张的立体角正比于规范变换的变换函数.磁偶极子则可以由两个无穷靠近的正反狄拉克磁单极构成.相应两条狄拉克弦位置的变化都对应磁偶极子矢量势的规范变换,特别当两条弦重合时弦效应相互抵消,只剩下纯的磁偶极子.传统的由磁偶极子产生的矢量势的规范变换则可以图像化为组成磁偶极子的正反狄拉克磁单极的狄拉克弦的摆动.我们显式地计算了位于坐标原点弦为直线的狄拉克磁单极,并进一步构造了没有奇异的吴大峻-杨振宁磁单极.     

微结构表面热辐射光谱特性的分析方法

微结构表面热辐射光谱特性研究分析的一个主要问题在于表面微结构复杂的空间自由度以及计算方法.针对以上问题本文建立了任意微结构表面的物理模型,基于电磁波理论给出了微结构表面热辐射满足的麦克斯韦方程组.将时域有限差分方法(FDTD)用于麦克斯韦方程组的离散求解,引入场分离处理方法,直接计算提取反射场量,进而采用坡印廷定理计算得到能流以及光谱特性.最后,分别计算了随机微结构表面和微腔表面的热辐射光谱特性,并与相关文献的实验以及计算结果进行了比较.     

非吸收晶体介电张量对称性的证明

关于非吸收晶体介电张量的对称性在.　朗道和E.M.栗弗席兹合著的《连续媒质电动力学》中已有严格的证明.因其牵涉的物理基础较多,在光学仪器专业“波动光学”课程中讲授“晶体光学”时不易采用.在M.Born和E.Wolf合著的《Principle of Optics》中,在假定了电能密度和磁能密度表达形式、以及保留了坡印廷矢量定义的前提下,证明了非吸收晶体介电张量的对称性.本文仅在保留坡印廷矢量定义的前提下,就这个问题给出适合本专业学生物理基础的证明. 根据能量守恒原理,在不导电媒质中,当不做机械功时,单位时间内电磁场能量密度W的增量应等于电磁…     

矢量非傍轴厄米-拉盖尔-高斯光束的光束质量

基于矢量Rayleigh-Sommerfeld衍射积分，推导出矢量非傍轴圆偏振厄米-拉盖尔-高斯(HLG)光束的远场解析表达式.矢量非傍轴圆偏振高斯光束可作为一般公式的特例给出.将桶中功率(PIB)概念推广到非傍轴范畴，用以描述矢量非傍轴光束的远场光束质量，其中光强用时间平均坡印廷矢量的z分量取代.数值计算和分析表明，矢量非傍轴HLG光束的PIB不仅与束腰宽度与波长之比w₀/λ有关，而且还与α参数，模指数n和m以及所取桶的尺寸有关. 关键词： 矢量非傍轴厄米-拉盖尔-高斯光束 矢量Rayleigh-Sommerfeld衍射积分 桶中功率     

非傍轴矢量高斯光束的光强表示

 基于瑞利-索末菲衍射积分，未使用任何近似，对非傍轴矢量光束的两种光强表示式，即传统光强公式和时间平均坡印廷矢量的z分量进行了研究。对非傍轴矢量高斯光束详细数值计算结果的比较表明，两种表示式之间的差异，即两者的相对误差与束腰宽度及传输距离和波长的比值有关。对非傍轴矢量高斯光束，若传输距离与波长的比值为10，束腰宽度与波长的比值大于等于0.8，则最大相对误差不到1.5%。因此，传统光强公式是可用的。     

静止电磁场的角动量

并不是每个学生都会爽快地相信《费曼物理学》第二卷17.4[1]中的佯谬可以用初始就存在的静止电磁场角动量来解释.这里p是动量密度,它正比于坡印廷矢量[2],这一角动量在电流切断后变为0。为保证电磁角动量与机械角动量构成的总角动量守恒,塑料圆盘将开始旋转. 角动量概念是与绕轴运动相联系的.圆偏振波具有角动量似乎易于理解,因为电场与磁场均绕波传播的方向旋转,静止场具有角动量则难于理解. 下面我们来考虑一个可以绕轴自由旋转的力学系,它可借其上所带的电荷同时激发电场和磁场.它与费曼盘不是雷同的模型,但具有某些相同特性而且优点在于…     

非傍轴矢量余弦-高斯光束两种光强表示的比较研究

从矢量瑞利-索末菲衍射积分公式出发,以非傍轴矢量余弦－高斯(CoG)光束为例,对非傍轴矢量光束的两种光强表示式,即传统光强公式和时间平均坡印廷矢量的z分量进行了比较研究.对非傍轴矢量CoG光束轴上和横向光强分布详细的数值计算和比较结果表明,两种光强表示式之间的相对误差η与w0/λ、z/λ和偏心参量b有关,其中w0,λ和z分别为束腰宽度,波长和传输距离.当偏心参量b较小,且束腰宽度与波长相比不很小时,例如,b≤0.8,w0/λ≥0.8,z/λ=10时,二者间的最大相对误差ηmax＜2%,传统光强公式可以使用.     

报纸杂誌上的資料索引(1959年1月2月)——供中学物理教师参考

一、力学力争文通的高速度(李毓昌)人尺Fl报[月31日水帆船的技术革命(左文渊)学科学第,期什么机器用什么油学科学第2期把工具改革廷动更好地开坡起来(社谊韵人民日报1月21日校关动力机能干百样活人民日报IJ120日胶关动力机介粗(黑龙江省农粱厅工作粗) 人民日报2月21日水机器巧夺夭工介招一种制造简单应川 广泛的动力机(属新仁等)人民日报2歹12旧立式多刀旋林式耕作机(史纵奎)科学画报第1期实干五.峪干技术日日新—幼全国农策 展吮会工具始(朱成)人民日报l月21日机械园里万花叙(替音)人民日报l月3日心工万能机床(李踢拾等)料学大众第l期土…     

对称平面单轴晶体金属波导的模式场(1)

由于平面各向异性介质金属波导的重要应用,本文讨论了光在对称平面单轴晶体金属波导(波导层是单轴晶体,两个波导界面均为金属)内的传输特性.对于晶体光轴位于波导界面法方向与传输方向构成的平面内的特殊波导结构,利用麦克斯韦方程组并结合单轴晶体的性质,精确解出了波导模式场.结果表明:1)此种特殊结构波导内存在横电波(TE)和横磁波(TM);2)TM波的坡印廷矢量与波矢方向不在一条直线上;3)波导层为负单轴晶体时波导主模是TE波主模,而波导层为正单轴晶体时波导主模是TM波主模.     

关于质点的直线运动一些问题的讲解

在质点的直线运动诸公式中,除时间以外的物理量,都是矢量。因此它们不仅具有大小而且具有方向。可是这些运动方程式,实际上是数量式,也即是一般的代数方程式,所以解法与代数方程式的解法完全相同。方程式中每一个物理量的大小用它们的绝对值表示。若物理量是矢量,则矢量的方向就以正号或负号表示。矢量的方向是这样规定的:当物体沿一直线运动时,若要确定它的即时速度,位置,加速度,必须在此直线上选定一固定的参考点为原点。如果我们规定质点自原点开始运动的方向为初速度的方向,并规定此方向为正。其它诸矢量(位移,加速度,即时速度)与初速度同向则为正,反向为负。根据以上概念我们分别研究匀速直线     

全反射时波场与能流的时空特性

本文分析了全反射时两种介质中的波场(E、H)和坡印亭矢量(S)的时间行为和空间行为,定量说明了两种介质的瞬态能量交换和能量守恒,阐述了倏逝波(Evanescent wave)的某些性质,这对于建立全反射过程清晰而较完整的物理图象是有益的.倏逝波是非均匀波(Inhomogeneous wave)的一个典型例子,而在单色平面波入射的情况下入射介质中的波场又是一种典型的干涉场,故本文的分析对于理解一股普物教本中很少提及的非均匀波的行为及干涉场中能流的性质也是有帮助的.一、介质1中波场与能流的时空特性 任意单色乎面波可以看成8态(TE波)与p态(*M波)的组合.…     

不可易规范场的规范不变守恒流

不可易规范场F~(μν)与费密子的拉氏函数给定如下:式中。这里,场强F~(μν)流j~μ是伴随空间矢量,X是产生子的表示矩阵。矢积与标积是伴随空间的。希腊字母为时空指标,为普通空间旋量、同位旋空间表示矩阵X的作用对象。在无穷小规范变换下,     

激光照射下磁光盘片结构的热学优化新方法

以激光照射下ＴｂＦｅＣｏ四层结构为例，基于麦斯韦方程和坡印廷矢量定理，提出了一种磁光盘片膜层结构的热学优化新方法。与常规的设计方法相比，该方法不仅考虑了实际中的道跟踪需要，而且运算更为简便，因而对其它多层膜体系的优化设计有一定的参考价值，实验上，根据该设计用直流共溅射方法成功地制备了ＴｂＦｅＣｏ四层膜并进行了相关测试，结果表明，设计的样盘与良好的静、动态读写性能。     

计算电磁场应力时应注意的一个问题

我们知道,电磁场应力张量可以表示为[1][2]或表示为[3]式中I为单位张量.以上两式差一负号,在未弄清其物理意义上的差别以前,用它们来计算电磁场的应力问题时,就容易出现符号上的混淆,尤其是学生在作题肘经常会出现符号上的错误,因此我们必须注意这个问题. 现在以计算静电场中的应力为例来简要说明一下.在只存在电场的情况下,(卫)式和(2)式变为在电场中法线方向的单位矢量为。的单位面积所受的力为或下面用式(5)来计算两个例题(请注意其中的错误). 例1计算电量为Q,半径为R的肥皂泡表面所受电场的应力. 解设肥皂泡表面均匀带电,则肥皂泡表面…     

螺旋线行波管三维频域非线性注波互作用的计算

基于行波管中慢电磁行波的周期传输特性和能流坡印廷定理,考虑高频结构的衰减、切断、螺距的渐变与跳变对互作用的影响,建立了螺旋线行波管三维场论非线性自洽工作方程组.通过傅里叶展式将时域中的电流变换为与频率相关的交流电流分量,采用等离子体粒子模拟的方法,求解离散化的亥姆霍兹方程获得空间电荷场的三维数值解.计算三维电子轨迹,得到精确的互作用后的电子能谱结构,为多级降压收集极的设计提供关键参数.计算结果与电子所Ku波段的测试值比较具有较好的一致性,并分析了互作用后的电子能谱结构,与多级降压收集极的实验基本符合. 关键词： 行波管 非线性注波互作用 空间电荷场 等离子体粒子模拟     

各向异性超常材料中倒退波的传播研究

研究了完全各向异性超常材料中的倒退波传播现象,得到了在材料本征轴和传输轴成任意角度情形下倒退波形成的条件,分析了超常材料的介电张量和磁导率张量、电磁波的偏振方式对倒退波形成和传播的影响. 在此基础上,进一步分析了几种不同色散曲线关系的各向异性超常材料中倒退波的产生情况,获得了电磁波波矢和坡印亭矢量(能流)夹角的具体表达式和倒退波传播的一般性结论. 此外,还研究了近零介电常数超常材料中倒退波的传播特性,发现在此类超常材料中倒退波只能是完美倒退波. 关键词： 超常材料 负折射 倒退波 各向异性