浅海矢量声场干涉结构形成机理及试验研究

浅海低频声场的微观结构特征在于具有可用波导不变量表征的 稳定空间-频率干涉结构.声场兼具标量场和矢量场, 波导条件下二者联合决定声场的全部特性. 本文研究浅海声场空频干涉结构的矢量场特征. 理论分析了声压谱、动能密度谱、声强流谱等矢量场干涉结构的形成机理, 探讨了矢量场干涉结构的波导不变量表征, 数值仿真研究了Pekeris波导中能量和能流密度的干涉特性, 进行了宽带声源辐射矢量声场干涉特性及表征的海上试验.实测结果与理论、仿真分析有较好的一致性. 研究结果表明: 中近程和中远程声场均能模态相干, 有稳定的空频干涉结构, 并且矢量声场空频干涉结构存在多种形式, 除各种能量和能流密度谱图外, 相干系数谱也呈现干涉特征, 这些形式的空频干涉结构均可用波导不变量理论有效表征. 关键词： 矢量声场 干涉结构 波导不变量 浅海低频声场     

一种新的光栅投影轮廓术

提出了一种新的光学全场轮廓术，它采用了一种可由计算机控制的，可变空间频率的莫尔条纹投影仪，利用不同空频的两次变精度测量，以适应待测物体形面的突然起。以以上理论基础以及一台具体实验装置的配合下，得到出了令人满意的测量结果。     

读者来信

编辑同志：看了贵刊１９９９年第２期的读者来信（一）,我认为争论的中心问题是：光子沿动量方向的自旋分量（螺旋度）到底是不是光子沿固定方向的自旋分量,即沿动量这一固定方向的自旋分量？我的回答是否定的．光子沿固定方向的自旋分量算符是ｎ·ｓ;光子沿动量方向的自旋分量算符是ｋ｜ｋ｜·ｓ,其中ｎ是固定方向的单位矢量,是个常矢量;ｋ｜ｋ｜是动量方向的单位矢量,它是随ｋ而变的矢量函数．两者都是矢量函数空间Ｇ中的算符．对于横矢量函数子空间Ｔ来说,两者有很大的差别．螺旋度算符对横矢量函数作用结果仍是横矢量函数;而ｎ…     

用于面形测量的光纤投影器相移和频移特性

提出了一种光纤投影器产生相移和频移的方法,给出了光纤投影器相移和频移特性的理论与实验相一致的结果。光纤投影器利用双光束干涉产生正弦调制的结构光场,通过在一路光中引入压电陶瓷PZT,调节PZT的驱动电压来改变双光纤中光波的光程差,从而使干涉条纹产生相移,得到相移随驱动电压的变化曲线;频移是采用移动光纤投影器到接收屏距离的方法来改变干涉光场的空间频率,给出了变频条纹的傅里叶频谱,得到干涉光场的相对空间频率,将其与理论值相比较,给出二者之间的线性关系曲线,从而证明了干涉光场相对空间频率与投影器到接收屏距离成反比的关系。     

星载激光测风雷达的光束扫描及风场反演

激光测风雷达通过多普勒频移来确定激光束视线方向大气风场的速度知矢量。由这些测得的矢量可反演大气风场群速的速度矢量。文讨论 用单一激光多普勒风速仪系统,激光束采用圆锥扫描方式,在扫描圆锥的垂直截面上取四个正交点上的多普勒风速矢量。通过这四个矢量,利用空间解析几何的知识,最终推导出观测视场上风场的水平和垂直方向的矢量分量。     

地基激光测风雷达的光束扫描及风场反演

 激光测风雷达通过多普勒频移来确定激光束视线方向上的大气风场的速度矢量。由这些测得的矢量可反演大气风场群速的速度矢量。在本文中,我们将讨论利用单一LDV系统,激光束的扫描方式采用圆锥扫描,在扫描圆锥的垂直截面上取四个正交点上的多普勒风速矢量。通过这四个矢量,利用空间解析几何的知识,最终推导出观测视场上风场的水平和垂直方向的矢量分量。     

电磁学中的矢量积分

在普通物理电磁学部分,人们经常要跟一些矢量积分打交道,例如.在这一类积分中,人们为了避免矢量运算,往往要先分析其对称性,然后将它化为标量积分,最后对所求出的矢量的方向加以说明(通常计算出该矢量与某坐标轴的夹 角).但是这样做的结果,有时使叙述变得繁琐含混,不那么直截了当.我在教学中不避开矢量运算,直接 进行矢量积分,收到了简洁明快的效果.下面略举数 例加以说明. 例一　设eR为径向单位矢量,L为半径为R的半圆弧,求积分∫LeRdl的值.(图一) 解　将eR分解到ex和ey两个固定方向上,可得: 以上结果经常被引用,因而有必要单独提出.在上…     

基于Metasurface的柱矢量光束的产生

本文提出了一种基于Metasurface产生任意柱矢量光束的方法.采用的Metasurface是在熔融石英上刻蚀空间变化的非周期光栅构成.非周期光栅会形成空变的有效双折射,从而对光场的偏振态空间分布进行调制.通过琼斯矩阵的方法分析得出这样的Metasurface可以将入射线偏振光转换为柱矢量光束,并且只需要改变入射线偏振光的偏振方向即可获得高阶庞加莱球赤道上任意一点的柱矢量光束.最后,用Metasurface搭建了一套简单、高效的柱矢量光束产生系统,实验结果与理论分析一致.     

柱矢量光束在透射时的自旋霍尔效应

有限光束矢量特性可以由全局化的特征单位矢量和广义琼斯矢量完整地描述,特征单位矢量平行于传播轴的光束为柱矢量光束。通过这种表示理论描述了在近轴近似条件下柱矢量光束的透射情况。在透射过程中光束的特征单位矢量发生了变化,透射光束的特征单位矢量既不平行于传播轴,也不垂直于传播轴。特征单位矢量的变化导致光束产生了一个与入射面垂直的横向位移,同时这个横向位移和光束的偏振椭圆率有关,不同圆偏振态(左旋和右旋)的透射光束所产生的横向位移的方向相反。这一结果和近年来在实验中检测到的均匀偏振光束的自旋霍尔效应类似,表明柱矢量光束在透射过程后也会产生光的自旋霍尔效应。     

飞秒激光诱导钛表面形成高空间频率周期条纹结构

利用波长为800 nm的飞秒激光,在空气和去离子水中诱导钛表面形成不同的周期条纹结构。在空气中,激光能量密度为0.265 J/cm2时,钛表面主要形成周期为500~560 nm低空间频率条纹结构;激光能量密度为0.102 J/cm2时,主要形成的是周期为220~340 nm高空间频率条纹结构。两种条纹均垂直于入射激光偏振方向,且条纹周期随着脉冲重叠数的增大而增大。在水中,除形成垂直激光偏振方向、周期为215~250 nm的高空间频率条纹结构,还形成了平行于激光偏振方向且周期约为入射激光波长八分之一的高空间频率条纹结构。利用表面等离子体理论、二次谐波及Sipe理论对各种周期条纹结构的形成机理进行分析,发现周期条纹结构的形成与钛表面氧化层有密切的关系。     

均匀分层介质中标准矢量波函数的构成

研究了在均匀分层介质中构成标准矢量波函数的必要条件。研究结果表明在均匀分层介质中构成标准矢量波函数一般需遵循Morse-Feshbach判据外，领示矢量只能选取与折射率变化方向一致的那根坐标轴单位矢量。但在某些特定的条件下，对领示矢量的选取条件可以放宽为只需遵循Morse-Feshbach判据即可。     

欧拉位移定理的解析证明

对于刚体定点转动中的欧拉位移定理,在理论力学教材[1][2][3]中,一般都是利用球面三角知识进行几何证明.本文利用方向余弦矩阵的特征值和特征矢量从解析关系上来证明该定理. 设固联于刚体上的单位正交基矢量组在定点转动中由es变到er,两基组之间的方向余弦矩阵为Ars,从而有 我们考虑方向余弦矩阵的特征值问题或简写为注意到 .从而求得其中trA为矩阵 A的迹, 由上可知,以任一方向余弦矩阵总有一个λ=1的实特征根,设相应的特征矢量为λ,则上式表朋,λ在基e吸es中的分量一一对应相等,也就是说,λ与两组基矢量的夹角一一对应相等.因此,一组基矢…     

线焦斑X射线源成像

为解决普通X射线源光通量和空间相干性的矛盾,本文提出一种焦斑为线状的新型X射线源.理论上,本文所提的射线焦斑为理想的线,沿线方向上提供高通量光子;垂直线方向光源为空间相干光,可为系统提供高分辨率图像.沿着线方向上,图像会损失细节,为补偿该方向上图像的损失,利用旋转叠加的方法,重构出高分辨率图像.在频率域,分析了旋转叠加空间频率传递函数值的分布特性,其结果表明:相对单个图像,频率传递函数在频域的各个方向,传递函数特性有大幅度提高,从而可以传递图像高空间频率成分.基于普通X射线管,实现了该种射线源,并利用实验验证了该方法的有效性.     

赏析矢量场的场管及通量问题

物理学中常把某个物理量的时空分布叫做场,场是物质存在的重要形式.矢量场即是常见的的一类场,所谓矢量场,就是在空间各点存在着的一个矢量,其大小和方向是空间位置及时间的函数.对一个不随时间变化的矢量场,矢量的大小和方向是空间位置的函数.如果矢量A(黑斜体字母表示矢     

傅里叶变换轮廓术中二维非对称滤波器的设计

傅里叶变换轮廓术(FTP)复原三维形貌时，用来提取基频成分的带通滤波器对测量精度有很大影响。传统二维滤波器如汉宁窗或高斯窗为对称滤波器，其截止频率的大小受条纹空间频率即基频与零频间的距离所限，经常会导致基频成分提取不完整，有用信息缺失。为解决此问题，在二维汉宁滤波器基础上，提出一种椭圆形底部形状的二维非对称滤波器，在不同频率方向上具有不同的频率响应和截止频率，可提取出更为完整的基频成分。台阶和阵列物体的模拟实验表明，二维非对称滤波器对2个物体的复原精度相比于传统汉宁滤波器分别提高了39.5%和55.6%。     

应用动量守恒定律解题时常见的错误

动量守恒定律是力学三大基本守恒定律之一,它不但适用于宏观物体间的作用过程,也适用于微观粒子间的相互作用过程,所以动量守恒定律在物理学中占有重要的地位.在处理力学问题,尤其是解一些综合性习题时经常应用的是质点组的动量守恒定律. 质点组动量守恒定律的内容是:在某段时间间隔内,若质点组所受外力矢量和始终为零,则在该段时间间隔内质点组的总动量守恒.其数学表示式可写为 当Fi外=0时,miVi=恒矢量 当质点组所受外力矢量和不为零,而外力矢量和沿某一方向的投影为零时,质点组总动量沿该方向的投影保持恒定.这一结论称为沿某一方向的质…     

渐变折射率介质中标准矢量波函数的构成

研究了在渐变折射率介质中构成标准矢量波函数的必要条件。研究结果表明在渐变折射率介质中构成标准矢量波函数除了仍需遵循Morse-Feshbach判据外，领示矢量仅能选取与折射率变化方向一致的那根坐标轴的单位矢量。     

对《自然坐标系单位矢量的正向选取》的补充

1 引言 《物理通报》1993年第9期刊登了《自然坐标系单位矢量的正向选取》,该文从微分几何角度引入了自然坐标系单位矢量正向的选取方法为:a.切向坐标轴正向τ°的选取:沿轨道曲线的切线,并指向弧坐标的正方向.     

矩形光波导E_(00)~y模衍射特性分析

基于Marcatili近似理论,给出了一种矩形光波导Ey00模模场的近似表达,根据平面波角谱理论,推导出了矩形光波导Ey00模衍射场的空间频谱表达式,探讨了其x轴方向上的空间频谱分布特性,分析了矩形光波导Ey00模在x,y轴方向上的光传输因子M2,并采用方形桶桶中功率对矩形波导Ey00模空间频率半宽度进行数值分析,得到了由方形桶桶中功率定义的矩形光波导Ey00模空间频率半宽度随归一化频率变化的关系曲线。     

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…