基于时间反演技术的电磁器件端口场与内部场转换方法

随着电磁器件的集成化,器件搭载的模块、实现的功能愈发多样.各模块间的耦合难以忽略,设计难度陡然增加,传统设计方法逐渐力不从心,迫切需要寻找一种新的电磁综合设计方法.本文利用时间反演电磁波的时空同步聚焦特性,探索了将时间反演技术应用于器件设计的可能性.首先,基于通用的器件逆设计流程,利用时间反演技术、并矢格林函数及电磁学的基本原理,提出了将器件端口场分布转换为内部场分布的方法,并证明由端口期望场的时间反演场在空间某一位置获得的连续等效源的共轭分布可在端口处产生与期望场接近的场分布.且在单点频逆设计过程中,只需知道端口电场或磁场的切向分量即可完成端口场与内部场的转换.同时,借助格林函数的互易性对本文所提理论做适当变换后,进行数值仿真验证,分析讨论了不同初始信息条件下该方法的适用性.仿真结果与理论相符,证明了理论的正确性,为将时间反演技术应用于电磁器件的逆设计提供了可能.     

基于腔QED制备四粒子supersinglets

在双光子跃迁下,本文基于腔量子电动力学(QED)系统提出了一种制备4粒子supersinglets的方案.方案要求腔场最初处于真空态,依次与四个腔场发生共振作用的三能级原子最初处于激发态.分析和讨论了该方案的可行性以及原子-腔场的耦合常数对保真度的影响.结果表明：1)该态保真度的值随原子与腔场相互作用时间的不同而不同,选择合适的原子-腔场相互作用过程以及对原子态的探测,可获得具有最大保真度的纠缠态;2)失谐量等于零时,耦合常数越大,保真度对原子与腔场相互作用的时间越敏感.     

两个驱动场之间的相位差对四能级原子自发辐射的影响

研究了在两个同频率驱动场作用下四能级原子的自发辐射性质.讨论了当两个驱动场间的位相差取不同值时,原子各能级布居数随时间的演化情况.发现对于不同相位差,可以使原子布居数的衰减速率加快或减慢,甚至完全抑制.     

双棱镜干涉研究光源的相干性

空间相干性问题来源于扩展光源不同部分发光的独立性,表现在波场横向相干范围;时间相干性来源于光源发光过程在时间上的断续性,表现在波场的纵向相干范围. 本文从干涉条纹的可见度出发,对双棱镜干涉实验中的相干性问题进行分析讨论,推导出相干长度和临界宽度公式,给出双棱镜干涉实验测量光波临界宽度和相干长度,以及估测滤光片单色性的实验方法.     

狭义相对论教学中的几个问题

本文讨论了相对论教学中几个方面的问题,包括常见例子的问题,洛伦兹变换的方便形式,同时相对性例子在另一参考系的讨论,长度测量在另一参考系看到的现象,时间延缓及运动参考系各点时间不同和光的多普勒效应的简单推导.通过不同过程在不同参考系中的讨论,掌握在运动系讨论问题的方法,以及同一过程在不同惯性系内的不同表现,而所有现象的测量结论在洛伦兹变换下保持不变.     

基于太赫兹脉冲加速及扫描电子束的高时间分辨探测器

与传统条纹相机加速和偏转电子束的方法相比,太赫兹强场的加速梯度和扫描偏转梯度有明显优势,具备实现飞秒级超高时间分辨的能力.本文基于这一新技术设计了一款基于太赫兹场操控电子束的超小型高时间分辨探测器.从理论上分析了加速区的时间弥散与电子脉冲发射时刻以及初始时间弥散的关系,并讨论了空间电荷效应对时间弥散的影响;设计并优化了加速区和偏转区的太赫兹脉冲耦合增强装置,太赫兹脉冲电场在该装置中的增强系数最高可达9.39.最终通过计算和分析本探测器的时间弥散,得到了时间分辨率优于50 fs的结果.     

反旋双色圆偏振激光场下Ar原子非次序双电离研究

应用经典系综方法模拟了反旋双色圆偏振激光场下Ar原子非次序双电离过程.双电离概率随激光强度变化曲线呈现出"knee"结构,表明了明显的电子关联特征.通过调节倍频与基频激光场的场强比可以实现对双电离的增强或抑制以及最优化.在"knee"结构区域的不同场强下,这种调控机制具有相似性.通过分析重碰撞和激发电离的时间特征,进一步讨论了反旋双色圆偏振激光场的强度对不同电离通道的控制规律.     

双模腔场中Λ-型三能级原子的辐射谱

采用时间演化算符方法,研究A_型三能级原子与双模腔场共振相互作用的辐射谱,尤其在真空场中拉比(Rabi)分裂.给出了辐射谱一般公式.并讨论在粒子数纯态光场激励下的辐射频谱结构.结果表明:一般辐射谱呈对称的12蜂结构.     

多光子J C模型中频率随时间变化场的压缩效应

利用多光子J C模型,考虑场频率随时间以正弦函数形式作小量变化,在旋波近似下,研究了二能级原子通过多光子跃迁与单模辐射场相互作用系统中场的压缩效应.利用数值计算方法讨论了场频率变化的幅值和角频率、以及光场强度对场压缩效应的影响.结果表明：随场频率变化的幅值增大,场压缩效应增强;随光场初始平均光子数的增加,场压缩效应减弱.场正交分量的均方涨落随时间的演化受场频率随时间正弦函数形式变化的调制,场频率变化的幅值越大调制作用越强.     

非等同两个原子与双模腔场相互作用模型中双原子偶极振幅平方压缩

本文研究了具有不同耦合系数的两个二能级原子与双模腔场相互作用系统中原子偶极振幅平方压缩随时间的演化规律.并讨论了两个原子与双模腔场的相对耦合常数(R=g1/g2)和腔场的初态对原子偶极振幅平方压缩的影响.     

Method for fitting crystal field parameters and the energy level fitting for Yb3+ in crystal Sc2O3

<正>A method to compute the numerical derivative of eigenvalues of parameterized crystal field Hamiltonian matrix is given,based on the numerical derivatives the general iteration methods such as Levenberg-Marquardt,Newton method, and so on,can be used to solve crystal field parameters by fitting to experimental energy levels.With the numerical eigenvalue derivative,a detailed iteration algorithm to compute crystal field parameters by fitting experimental energy levels has also been described.This method is used to compute the crystal parameters of Yb~(3+) in Sc_2O_3 crystal, which is prepared by a co-precipitation method and whose structure was refined by Rietveld method.By fitting on the parameters of a simple overlap model of crystal field,the results show that the new method can fit the crystal field energy splitting with fast convergence and good stability.     

基于电场数值加权的跨介质元胞共形新技术

针对时域有限差分法处理跨介质元胞现有共形技术中存在误差大、平行方向未被包含等问题, 提出一种利用电场数值加权法来进行跨介质元胞共形计算的新算法. 该算法不再对介电常数ε做加权平均处理, 而是根据中值定理对时域有限差分法真正的求解分量电场强度进行权值选择, 并将权值乘入积分路径中. 该方法同时考虑了跨介质安培环路元胞与跨介质法拉第环路元胞对结果带来的不连续影响, 而且对介质界面与元胞中场分量的各种位置关系均能应用, 通用性强、精度高且易于实现. 利用介质填充圆波导作为数值模型来进行理论数值计算和仿真验证, 比较不同共形方法的二维TE模式的特征根与理论值的偏差以及由共形技术所带来的各向相异性. 数值结果表明, 本文所提出算法求得的特征根最接近理论值, 而且造成的各向相异性更小, 从而验证了该算法在处理跨介质元胞时的有效性. 关键词： 时域有限差分 电场数值加权法 二维TE模式 跨介质元胞     

水陆两栖飞机静水面高速滑行性能数值计算与试验分析

针对水陆两栖飞机静水面高速滑行过程的运动响应大、流场强非线性等问题，提出了一种基于传统动网格技术的"状态预估——精确计算"的数值模拟方法:通过求解Reynolds平均N-S方程结合运动方程来模拟飞机静水面滑行时的流场特征和运动特性，数值模拟方法为隐式有限体积法，湍流模型采用k-ω（SST Menter）结合壁函数进行处理，自由液面捕捉采用VOF方法；数值计算时，首先采用粗网格对简化后的飞机在不同航速下的姿态和升沉进行快速预估，再将飞机置于预估状态下进行精确网格划分，最后进行精确数值计算分析.为了验证数值模拟结果的正确性，在物理水池中进行了静水拖曳试验，将数值计算结果与试验结果进行对比分析可得:数值计算与水池试验的流场特征吻合，且阻力、姿态和升沉的计算精度达到90%，验证了数值模拟方法的可行性.      

全球风场构建涡度、散度的新方法

目前在数值预报中通常利用风场借助于差分方法来构建涡度和散度场,这个问题涉及到观测资料求微分的问题,从数学上来说,此问题是不适定的.在有限区域上构建时可以采用一维数值微分来实现,但此方法在端点部分的资料必须是精确的,本文提出了新的方法,该方法借助于周期函数的一维数值微分,并用该方法应用到全球风场构建涡度、散度中去,同时与通常的差分方法进行了比较,利用涡度、散度计算了流函数和势函数,然后用流函数和势函数重构初始风场.结果表明,本文提出的方法算法稳定、可行且计算精度比差分方法高,为应用到全球气象资料的诊断分析及预报中提出了新的思路.     

High-precision calculation of quasistatic field near a photocathode surface microrelief

In modern photoelectron devices, the problem of the impact of photocathode roughness on a photoelectron beam and the characteristics of the devices is extremely challenging. Through a three-dimensional (3D) field determination near a photocathode surface microrelief, the high-precision dynamics of photoelectrons from a photocathode can be determined and the influence of photocathode surface roughness on photoelectron beam characteristics can be investigated. The combined analytical–numerical method of field determination presented in this paper can be used in the investigations. In contrast with FEM method, the combined analytical–numerical method can calculate the field with a heightened accuracy and in a shorter time using a PC. The method can be applied to both arbitrary surfaces and a class of realistic microrelief surfaces. In the latter, it is possible to accelerate the speed of calculations through analytical developments of the method. For another class of microrelief surfaces, it is possible to formulate an analytical solution for field determination without numerical computations. Typical precisions and computation times of the written code were presented, comparison with a commercial code based on FEM method was done, and features of the method related to numerical instabilities of the code were discussed. A method of eliminating the instabilities was proposed.     

基于空间频率域滤波的漫反射光大气湍流传输数值仿真方法

在基于目标回光的激光瞄准系统和目标在回路(TIL)系统中都要使用目标照明漫反射回光作为系统工作的基础.数值仿真在研究光波传输特性的过程中一直发挥着重要作用.由于漫反射光场发散角很大,给数值计算带来困难.一般的处理方法是进行分段空间域滤波,但这会大大增加计算量.提出一种计算漫反射光传榆的频率域滤波方法.频域滤波基本不增加...     

气相多组分反应流场的一种新算法

本文提出气相多组分方程组采用时间推进法,把混合气连续方程同状态方程相联系,把密度的调整量转化为压力的调整量,计算绝对压力场,对大温差下的有化学反应的多组分炉内流场进行计算,获得成功．     

A new formalism for time-dependent wave scattering from a bounded obstacle

A time-dependent three-dimensional acoustic scattering problem is considered. An incoming wave packet is scattered by a bounded, simply connected obstacle with locally Lipschitz boundary. The obstacle is assumed to have a constant boundary acoustic impedance. The limit cases of acoustically soft and acoustically hard obstacles are considered. The scattered acoustic field is the solution of an exterior problem for the wave equation. A new numerical method to compute the scattered acoustic field is proposed. This numerical method obtains the time-dependent scattered field as a superposition of time-harmonic acoustic waves and computes the time-harmonic acoustic waves by a new "operator expansion method." That is, the time-harmonic acoustic waves are solutions of an exterior boundary value problem for the Helmholtz equation. The method used to compute the time-harmonic waves improves on the method proposed by Misici, Pacelli, and Zirilli [J. Acoust. Soc. Am. 103, 106-113 (1998)] and is based on a "perturbative series" of the type of the one proposed in the operator expansion method by Milder [J. Acoust. Soc. Am. 89, 529-541 (1991)]. Computationally, the method is highly parallelizable with respect to time and space variables. Some numerical experiments on test problems obtained with a parallel implementation of the numerical method proposed are shown and discussed from the numerical and the physical point of view. The website: http://www.econ.unian.it/recchioni/w1 shows four animations relative to the numerical experiments.     

一阶不连续光学元件MRF流体动力学分析方法

一阶不连续光学元件的磁流变抛光问题是制约我国高精高效光学制造领域发展的难题之一,其涉及锥形、矩形等几何形貌元件的光学元件加工问题以及常见光学元件的边缘效应控制问题。提出了基于一阶不连续光学元件的磁流变抛光流体动力学方法,建立了该类元件抛光区域流体动力分析的理论方法和数值手段。首先,对磁流变抛光工况下的流场进行了合理假设,其次,从微元流体动力方程出发,建立了适用于一阶不连续面形的流场分析方法,最后,基于有限差分法和数值迭代方法建立了流场控制方程的数值计算方法。通过对切入距离为1~18 mm的抛光过程进行数值仿真,发现该方法所获取的一阶不连续面形的压力分布形态是正确的,产生的不连续压降与实验观测一致。     

电子全息法三维物场逐层分析

本文叙述了一种三维物场的定量再现、分析方法,其中采用了电子全息法,它包括:1)三维物场全息图的数字记录,2)全息图面上复振幅分布的数字再现,3)三维物场的逐层再现。由此可以获得整个三维物场的信息,这一方法以CCD摄象机作为记录介质,然后把由CCD采集的数字全息图输入计算机,利用频谱滤波法经过傅里叶变换、频谱分离、反傅里叶变换再现出全息图面上的复振幅。在此基础上借助频域衍射公式可再现出任何一层(平行于全息图面)上的图象。这样,我们用这一数字再现和逐层分析的方法便可研究三维物场的一些特性,如物体在其中的位置等。整个再现过程是由计算机软件实现,其中采用了二维快速傅里叶变换算法,再现过程可在几分钟内完成。本文同时还给出了这一数字再现方法的空间分辨率,并且通过计算机模拟展示了一个理想三维物场的再现过程及再现结果。最后指出了这一方法存在的问题及未来的应用前景。