泡沫红外消光影响因素的实验研究

通过红外光谱实验和红外热成像实验,研究了影响泡沫红外消光的因素,结果表明:泡沫溶液的红外光谱特征决定红外光谱吸收峰位,且溶质浓度越高,吸收越强;泡沫结构是造成光线强烈衰减的重要原因,透射光强随光线穿过泡沫液膜界面的次数成指数衰减,泡沫直径越小,达到相同遮蔽效果的泡沫溶液的用量就越少;当泡沫直径远大于入射光线波长时,透射比随光束大小变化不大;泡沫溶液升温可在一定程度上增强泡沫的红外吸收强度.各因素影响程度从大到小的次序为:泡沫结构,红外光谱特征,内充气体折射率,泡沫直径,温度.     

毫米波赋形聚焦双反射面天线设计

为实现一种具有近场聚焦、斜波束出射能力的偏馈口径天线,采用几何光学方法设计了一种赋形聚焦双反射面天线。基于光线传播的能量守恒定律、Snell定律及光径长度相等三个光学定律开展了天线主反射面赋形设计,副反射面的设计采用 Snell 定理作为约束条件。 通过理论公式和实验测试研究,实现了一种出射波束口径为 110 cm、波束出射方向与竖直方向成 20夹角的赋形聚焦偏馈双反射面天线。在中心频率 95 GHz 下,实测相位实现近场聚焦,出射波束与垂直方向成20夹角。     

碳纳米管悬浮液的光限幅特性实验研究

 通过超声波降解法制备了多壁碳纳米管的水-表面活性剂悬浮液，测量了其对于1 064 nm，脉宽10 ns Nd:YAG调Q脉冲激光的光限幅曲线。实验发现：入射激光能量密度较低时，出射能量密度随入射能量密度的增加而线性增加；当入射能量密度为160 mJ/cm²时，出射能量不再线性增加并且逐渐趋近于光限幅器的嵌位输出值，约16 mJ，同时，对激光的透过率从71%下降到15%。通过Z扫描和探针光实验以及45°散射角下散射能量、散射率随入射激光能量变化曲线的测量，对碳纳米管悬浮液的光限幅机理进行了研究。结果表明：其限幅机理可能源于碳纳米管吸收激光能量后升华产生的膨胀的碳气泡对入射激光产生的非线性散射；另外，非线性折射对光限幅效果也有一定的作用。     

脉冲激光沉积制备MgxNi1-xO合金薄膜的表征及光学性质研究

应用脉冲激光沉积(PLD)技术,固定脉冲激光能量密度为5 J/cm2,调节薄膜生长基底温度为300~700 ℃,制备了系列Mg_xNi_1-xO合金薄膜。通过透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、原子力显微术(AFM)等表征分析手段,详细分析了薄膜的成分及组织,研究了退火处理对样品的影响。通过UV-Vis分光光度计研究了透射光谱,结合理论计算了光学带隙宽度。结果表明:薄膜由非晶及多晶构成,紫外吸收边约为290 nm, 接近日盲波段的上限; 衬底温度为500 ℃、激光脉冲能量密度为5 J/cm2时生长的薄膜在短波部分吸收强烈,而长波部分几乎不吸收,有利于紫外探测; 退火处理改善了样品表面质量, 但不能有效拓宽光学带隙。     

基于衰减全反射式太赫兹时域光谱技术的食用油光谱特性研究

食用油是人类营养和能量的重要来源,为人体提供必需的脂肪酸,研究食用油在太赫兹波段光学特性,对食用油成分分析及品质评价具有重要价值。衰减全反射式太赫兹时域光谱技术是一种新型的太赫兹时域光谱技术,通过样品与倏逝波的相互作用,获取样品的太赫兹光谱。与透射式或反射式太赫兹时域光谱技术相比,该技术能有效地避免测量食用油等液体样品时样品池对光学参数的影响,并能获得样品的精确光学参数。分别利用透射式太赫兹时域光谱技术和衰减全反射式太赫兹时域光谱技术测量了大豆油的吸收光谱。结果表明,与透射式太赫兹时域光谱技术相比,衰减全反射式太赫兹时域光谱技术能更有效地提取大豆油的吸收系数、吸收峰分布等光学特性。进一步利用衰减全反射式太赫兹时域光谱技术研究了大豆油、核桃油、葡萄籽油在太赫兹波段的光学特性,获得了三种食用油在1~1.8 THz范围内的折射率谱和吸收光谱。利用密度泛函理论计算了食用油中四种主要成分(软脂酸、硬脂酸、油酸和亚油酸)在太赫兹波段的振动、转动模式,理论计算结果同实验测量结果吻合较好。研究表明,在太赫兹波段食用油的吸收峰与所含脂肪酸分子种类与含量有关,其主要来源为脂肪酸分子的低频振动和转动。研究成果对食用油成分定性定量分析及品质检测等具有指导意义。     

三棱镜实验中入射点问题的讨论

利用几何光学原理和计算机进行模拟，对棱镜出射光线与入射点的关系进行了研究，并由MATLAB得到了入射点与棱镜顶角、材料折射率及棱镜底面边长关系的曲线图。实验结果表明，在测量三棱镜折射率及使用棱镜光谱仪时，对入射光线的入射点是有一定要求的。     

基于非成像原理设计的太阳能聚光镜

针对传统聚光系统聚光倍数较低并且需要复杂跟踪装置及机电控制的弊端,对能否实现静态大角度接收太阳光的光学聚光元件进行了研究和设计.利用非成像原理及边缘光线原理进行编程建模,设计了折射式及折反射式的太阳能聚光镜,可满足大角度的入射及出射范围.通过光学软件ZEMAX以不同入射角度进行模拟.模拟结果表明,大角度静态接收的聚光元件是可以实现的.     

水下爆炸冲击波在含吸收层结构中的传播规律的数值模拟

 利用ANSYS/LS-DYNA软件,对水下爆炸冲击波在含有吸收层的多层结构中的传播规律进行了数值模拟。结果表明：冲击波在吸收层中的衰减是由泡沫材料自身的本构引起的;在含泡沫材料吸收层的结构中峰值压力仅为不含吸收层的14%,冲击波传播波形发生改变;在含有泡沫混凝土的多层结构中应力波峰值的下降幅度比含泡沫铝的大,但冲击波传播波形的变化不是很明显;泡沫混凝土中的总能量大于泡沫铝中的总能量,因此泡沫混凝土作为防护吸收层要优于泡沫铝。     

LED照明的透射-全反射型复合曲面二次光学透镜的设计

 二次光学元件是LED照明灯具的关键组成部分,其决定了灯具的光学效率和配光特征。依据斯涅尔定律、边缘光线原理、光束扩展度守恒等原理,根据照明灯具在X、Y方向的非对称配光的要求,提出一种复合曲面的数值设计方法,建立起LED 光源出射光线的角度与照明平面上的照明点的坐标的对应关系。根据对应关系迭代计算出复合曲面上其他点的空间坐标,把点坐标值导入CAD软件进行曲线重构,结合中间的凸透镜,就可以建立全反射复合曲面透镜的三维实体模型。在光学软件中对三维实体模型进行照明模拟,结果表明：通过复合曲面二次光学透镜作用于LED,可以在路面上形成均匀照明的矩形光斑。     

激光透射成像法测量石英管的外径与壁厚

为了同时同位测量石英管的外径和壁厚,建立了激光透射成像系统,对系统测量原理进行研究。基于几何光学和菲涅尔公式,分别导出平行光垂直照射石英管后的透射光线偏向角、相对光强与入射光线离轴距离之间的关系;通过数值计算,分析了偏向角、相对透射光强随入射光线离轴距离的变化特点;针对物方远心光路,分析了光阑对偏向角和相对光强的限制;基于CCD成像原理,通过引入标定系数和补偿因子,导出石英管外径与壁厚的计算公式。实验结果表明:外径绝对误差和相对误差的平均值分别为0.119mm和0.91%,壁厚绝对误差和相对误差的平均值分别为0.153mm和6%。     

Radiative transfer in plant leaves

A two-layer model of light scattering and absorption in plant phytoelements is considered, which takes into account absorption of light by pigments and water and light scattering by particles of two types: chloroplasts and air cavities. An elementary light scattering event is described using the Mie theory. Multiple light scattering in a leaf is described within the framework of the theory of radiative transfer. The equation of radiative transfer with a strongly anisotropic phase function is solved using the method of addition of layers and the method of reduction to a medium with effective parameters depending on the propagation direction of light. The spectral dependences of reflection and transmission coefficients are calculated in the visible range as functions of the leaf structure.     

浅海起伏海面下气泡层对声传播的影响

分析了起伏海面下风浪引起的气泡层对海面反射损失和对声传播的影响.一方面,气泡层会改变原来水中的声速剖面;另一方面,气泡层会对声波产生散射和吸收作用.考虑以上两方面的因素,分析了不同风速下气泡层对海面反射损失和声传播损失的影响,仿真发现,在风速大于10 m/s时,对于2 k Hz以上频率时气泡层对小掠射角下海面反射损失的影响不可忽视.在给定的水声环境中,当声源深度和接收深度都为7 m时,风速为16 m/s的风浪下生成的气泡层,在10 km处对3 k Hz的声传播损失的影响达到8.1 d B.当声源深度和接收深度都为18 m时,风速为16 m/s的风浪下生成的气泡层,在10 km处对3 k Hz的声传播损失的影响达到4 d B.     

水平极化光在单轴吸收晶体中的传播

根据光在各向同性吸收介质中传播的分析方法,引入了波法线矢量传播常量,讨论了水平极化光在单轴吸收晶体中的传播规律,得到了波法线折射率、光线折射率、吸收系数等描述吸收晶体性质和光传播性质的物理量的表达式,推导出透明晶体的相应公式.数值计算表明,由该法得到的晶体表面的反射和透射系数与用复折射率表示法得到的结论一致.     

碳纳米粒子悬浮液光限幅性能数值模拟

碳纳米粒子悬浮液具有良好的光限幅性质,是一种优良的宽波段光限幅材料。通过热传导方程和米氏散射理论建立了微气泡半径与入射光能量、碳纳米粒子悬浮液散射系数和透过率的理论模型。采用Matlab数值模拟了散射系数随微气泡尺寸因子的变化关系,碳纳米粒子悬浮液光限幅性能随入射光能量的变化规律。研究了气泡尺寸因子、入射激光能量以及波长对碳纳米粒子悬浮液光限幅特性的影响。研究发现当激光能量达到一定值时,微气泡的半径保持恒定,不再随入射激光能量的增加而增加。微气泡尺寸的增大对碳纳米粒子悬浮液的透过率有着显著的影响。同时,碳纳米粒子悬浮液对不同入射光波长和光能表现出不同的光限幅性能。研究结果为实验研究提供了理论指导。     

Anomalies of radiation absorption and superluminal propagation of light: I. An isotropic layer

The features of superluminal propagation of light through an isotropic layer are investigated and the group velocity is calculated. Multilayer systems providing superluminal propagation of light over large distances with compensation of losses upon light transmission through the system are considered. The situations in which the propagation speed of a light pulse decreases or in which it is equal to zero are also investigated. The features of radiation absorption in a thin isotropic layer are considered. The effects of anomalously high and anomalously low absorption are found. It is shown that these effects are caused by an increase (decrease) in the density of light energy in the layer and by changes in the group velocity. The possibility of experimental observation of the effects discovered is discussed.     

On the response of infrared absorption spectra of polymers to large inelastic deformations

It is well known that the refractive index of a material and its coefficient of absorption are coupled quantities. Within the theory of light propagation they appear as a single complex eigenvalue. Thus, birefringence and in particular induced birefringence as the physical base of stress optics, have their counterpart in the absorption spectrum. This phenomenon is called dichroism or induced dichroism. Dichroism is recording absorption spectra using light with two different planes of polarisation (generally, the orientation of the planes is perpendicular to each other) resulting in two different absorption spectra of the same specimen at the same amount of stretch. It can be shown that the dependence of absorption spectra on the orientation of the polarisation plane of the light comes out of two roots. A (small) detuning off the resonance frequency of the molecular oscillators of the material and a (dramatic) change of absorption, the latter being a consequence of change of orientation of the molecular polarisation vectors. Both, the detuning and the orientation effects, can be related to the macrodeformation of the specimen. Some possible applications of these effects in experimental mechanic are discussed.     

Anomalies of Radiation Absorption and Superluminal Propagation of light: II. A Layer of a Periodic Medium with a Helical Structure

The features of superluminal propagation of light through a layer of a helical periodic medium (HPM) are investigated and the group velocity is calculated. Multilayer systems with a layer of an HPM that provide superluminal propagation of light over large distances with compensation of losses upon light transmission through the system are considered. The features of radiation absorption in a layer of an HPM are considered. Effects of anomalously high and anomalously low absorption are found. It is shown that these effects are caused by an increase (decrease) in the density of light energy in the layer and by changes in the group velocity. The possibility of experimental observation of the effects discovered is discussed.     

含气泡液体中的非线性声传播

考虑到分布在液体中的气泡是声波在含气泡液体中传播时引起非线性的一个很重要的因素,本文研究了声波在含气泡液体中的非线性传播.将气体含量的影响引入到声波在液体中传播的方程中,从而得到声波在气液混合物中传播的数学模型.通过对该模型进行数值模拟发现,气体含量、驱动声场声压幅值及驱动声场作用时间均会影响到气液混合物中的声场分布及声压幅值大小.液体中的气泡会"阻滞"液体中声场的传播并将能量"聚集"在声源附近.对于连续大功率的驱动声场来说,液体中的气泡会"阻滞"气液混合物中声场及其能量的传播.     

A bubble detection technique based on light intensity and Mie scattering theory for spinning solution

A novel bubble detection technique based on light intensity and Mie scattering theory for spinning solution is presented theoretically and experimentally. With the light intensity in every direction, the particle or bubble size distribution can be calculated with the Mie scattering theory. The light intensity distribution in every direction, corresponding to the light intensity received by every assumed annulus of the detector has been calculated theoretically. According to the light intensity distribution, the size distribution of bubbles can be deduced. A series of standardized polystyrene micro-sphere (with 7 μm diameter) solution has been used not only as sample for experiments and calibration, but also as the bubbles in the glycerin. Theoretical and experimental results show that the technique can be used for bubble detection, in order to improve the traditional bubble detection scheme, and to lower production costs.     

含混合气泡液体中声波共振传播的抑制效应

当声波在含气泡的液体中传播时会出现共振传播现象,即在气泡的共振频率附近声衰减和声速会显著地增大,这是声空化领域的一个重要现象.以往的研究一般假设液体中只存在单一种类的气泡,因此忽略了声波共振传播的某些重要信息.本文研究了含混合气泡液体中声波的共振传播,混合气泡是指液体中包含多种静态半径不同的气泡.结果显示:在这种系统中存在声波共振传播的抑制效应,即与含单一种类气泡的系统相比,在含混合气泡的系统中声波的共振衰减和共振声速会明显变小.对于两种气泡混合、多种气泡混合以及气泡满足某种连续分布的系统,研究了抑制效应的本质和主要特征,此外还探究了黏性和空化率等对抑制效应的影响.本文的研究结果是对该领域现有知识的必要补充.