横向各向同性柱状复合结构对超声波的散射

首先描述了横向各向同性复合圆柱结构的入射声场、散射声场及内部的驻波声场，然后利用转移矩阵方法导出了求解散射声场的方程组，计算了铝／各向异性界面层／纤维复合结构对斜入射声波的背向散射谱和散射截面积。将柱状复合结构中各向异性界面薄层相应的转移矩阵作渐近展开，建立了模拟这种界面薄层的弹簧模型及界面处广义边界条件。结果表明，模型中劲度常数仅依赖于界面薄层厚度及界面层媒质的弹性常数Ｃｌｌ，Ｃ１２和Ｃ４４，而振子质量与Ｃｌｌ，Ｃ４４，Ｃ１３和Ｃ３３有关。     

充水有限长圆柱薄壳声散射:Ⅰ.理论

研究水中充水有限长圆柱薄壳的声散射。采用弹性薄壳理论结合边界条件导出了有限长圆柱薄壳倾斜入射时散射声场的解析解,内部充水的作用反映在系统总阻抗中增加了内部流体阻抗。数值计算表明,在反向散射声场中,刚性散射部分仅在正横附近有比较大的贡献,而斜入射时起主要作用的是弹性散射部分。散射波相速度频散曲线的计算表明,与内部真空的情况相比内部充水后除正横附近的纵波和剪切波以外,增加了一组内部流体引起的附加波,其对散射声场贡献非常重要。在计算的频率-角度谱图中,内部流体附加波呈现"碗"形共振曲线。      

斜入射激光支持燃烧波时纵波声场的指向性

利用理论推导及实验验证的方法研究了激光倾斜入射支持燃烧波时纵波声场的指向性。根据激光超声的产生机理, 在喷溅物质垂直作用于工件表面的前提条件下, 推导了椭圆形声源作用时远场质点的法向位移。获得了纵波声场的指向性函数, 分析了影响纵波声场指向性的因素, 并进行了实验验证。利用功率密度低于爆轰波点燃阈值的激光烧蚀工件, 使用峰值频率为5 MHz压电探头接收纵波, 进而获得纵波声场的指向性实验数据, 结果表明, 实验数据与理论数据能够较好地进行吻合。在光斑短轴长度恒定时, 与激光垂直入射相比, 各倾斜入射角度下纵波声场的声束轴线指向均保持不变, 并且指向性图形随倾斜角度的增加而变得细窄, 纵波声场的能量也更加集中。     

纤维增强复合媒质中的超声散射

为了用超声方法评价纤维增强复合媒质中纤维／母材的界面特性，本文建立了三层柱状固体媒质声散射截面积和纤维增强复合媒质中声衰减的计算方法。当纤维／母材界面层厚度与波长相比很小时，用两个劲度常数描述纤维与母材之间力学量的边界条件，得到了计算纤维增强媒质中声衰减的简化模型。本文还从数值上计算了纤维／铝复合媒质中超声纵波衰减与界面特性、超声频率的关系。     

计算水下凹面目标散射声场的声束弹跳法

为了解决含有多次散射时水下目标声散射场的计算问题,提出了一种声束弹跳方法。把入射声波划分为若干声束,根据几何声学方法计算每条声束在目标表面的反射方向和能量损失,利用物理声学方法计算最后一次反射的声束所对应的面元的散射场,通过计算所有声束产生的散射场的叠加得到整个目标的散射场。计算了直角凹面圆锥体的散射声场,并对具体模型进行了水池测量实验,理论计算和实验测量结果一致。表明该方法作为一种高频近似的数值计算方法,可以计算存在多次散射时水下目标的散射声场。      

有限液态介质样品声衰减的实验室测试新方法

本文介绍了一种在实验室条件下利用声脉冲测定有限容量液态介质样品声衰减系数的测试方法。该方法根据声纳方程原理导出了与测试系统参数和声场参数无关的计算式，从而避开了对测试系统参数和声场参数的测量，采用截取未被边界散射干扰的直达声脉冲的部分信号进行频谱分析，消除了在有限样品情况下必然存在的边界散射干扰，同时采用多次统计平均的做法抑制了噪声干扰。     

低频无规入射声场通过矩形板入射到闭空间的隔声量──Ⅰ．理论部分

运用模态耦合方法，本文计算了低频无规入射声场通过矩形薄板入射到矩形闭空间的隔声量。在计算时，考虑了三种无规入射声场的模型：（１）单频无规入射声场为空间分布的随机过程；（２）单频无规入射声场中每点为δ函数，点点互不相关；（３）单频无规入射场是从各个方向以相同振幅和随机相位入射的平面波的迭加。对这三种模型，推导了其隔声量计算公式，并进行了计算机模拟，给出了所研究系统的无规入射声场频响。     

斜入射激光超声体波声场的实验研究

为研究微烧蚀状态下圆形光斑斜入射时激光超声声场的指向性,使用脉冲激光辐照半圆柱形铝质工件表面,并使用压电探头和电磁超声探头分别接收纵波和横波信号。根据速度参数确定了超声信号的类型,提取了信号的峰-峰值,并绘制出声场指向性曲线。通过分析获得以下结论:激光斜入射角度在0~60°范围内变化时,纵波声场的声束轴线方向保持不变,且与工件内法线平行;另外,横波声场的峰-峰值仍然在±35°的方向上取最大值,但是横波指向图形的主瓣易受激光入射方向的影响,当倾斜角度大于等于45°时,横波主瓣的范围变得较宽。     

纺织纤维光散射特性的模拟与实验

纺织纤维的光散射特性在纺织材料微观结构、光学性质以及无损检测中至关重要。利用纺织纤维各向异性的结构特点改进现有的角谱展开法,得到纺织纤维对倾斜入射平面波的散射以及表征其光散射特性的Mueller矩阵。采用蒙特卡罗算法模拟了平行棉纤维束对倾斜入射偏振光的多次散射,并对其计算结果进行了实验验证。结果表明理论计算和实验测量的散射光斑在形状特征、光强分布上均一致,从而验证了蒙特卡洛方法模拟纺织纤维光散射的正确性。结果同时也表明蒙特卡罗方法在纺织材料光传播特性的理论研究中具有重要的指导意义。     

掠入射脉冲纵波在带形裂缝上的散射——二级近似解

对于脉冲超声平面纵波掠入射于固体中带状裂缝的散射问题,作了详细的理论分析。用迭代法得到散射声场的级数形式的精确解。这个级数解的每一项相应于在裂缝两个尖端之一的再散射。对该级数解的前两项作了详细的讨论,它被称为二级近似解。二级近似解由散射柱面纵波、散射柱面横波、头波以及裂缝上的表面波组成。二级近似解很好地描述了早期的散射特性。     

An approximate analytic solution of the steady state Brillouin scattering in single mode optical fiber without neglecting the attenuation coefficient

The analysis of steady state Brillouin scattering in a long single mode optical fiber is presented. Meanwhile, an approximate analytical functions of distributed Brillouin scattering and pump wave along the fiber with the fiber attenuation coefficient are obtained for the first time. A comparison is made among the analytical solutions with the attenuation coefficient, the analytical solutions without the attenuation coefficient and the exact numerical solutions. The results show that the analytical solutions with fiber attenuation coefficient are more close to the numerical solutions, which can be used to describe the power distribution of the pump wave and the Stokes wave along the long distance single mode optical fiber accurately.     

基于少模光纤的SBS光谱阈值特性分析

受激布里渊散射会影响少模光纤传输系统中的信噪比、传输距离与传输容量,是影响传输系统入纤功率提高的重要因素。对阶跃型少模光纤的受激布里渊散射谱的阈值进行了研究,运用了布里渊散射谱、模式联运谱的数学模型对少模光纤散射特性进行了分析,探讨了少模光纤布里渊散射增益谱、阈值增益系数,以及光纤各参量对少模光纤阈值的影响。分析结果表明：SI-10阶跃型少模光纤中存在五种不同的传播模式,不同模式有各自的传输常数以及有效折射率,各模式相互作用导致模式展宽、增益降低,且布里渊散射谱峰值增益系数为3.9×10-11 m·W-1。阈值增益系数受到光纤传感距离的影响,在相对较短距离传输中阈值急速下降,且其趋势随长度增加渐趋平缓,当光纤长度达到22 km时阈值增益系数趋于常数18.1。少模光纤的阈值因光纤长度的递增而递减,且递减趋势渐缓趋于常数20.5 dBm;少模光纤不同模式受激布里渊散射的阈值也因光纤长度的递增而递减最终趋于常数,且不同模式的阈值因模式阶数的递增而递增;少模光纤的阈值随着光纤衰减系数和纤芯半径的递增而递增,且增加趋势缓慢增大。不同衰减系数的光纤其阈值在不同长度趋于常数,衰减系数越大受激布里渊散射阈值越大越容易趋于一常数。     

Monte Carlo simulation of the electromagnetic wave propagation in the duststorm

Monte Carlo simulations of the extinction rate of electromagnetic wave propagation in the duststorm were presented. The numerical procedure was based on the multiple scattering and independent scattering. The calculated multiple scattering attenuation rate is in good agreement with the measured one, but differs significantly from those obtained under the independent scattering assumption. At the same time, the factors of size parameter, frequency of incident wave, the angle of incident, and sands permittivity and water content have been considered in the attenuation of electromagnetic wave propagation in the duststorm. Numerical results obtained showed that the attenuation rate increases as the fractional volume, frequency of incident wave and sands permittivity increase, and as the angle of incident increases, the attenuation rate decreases. Supported by the Key Project of the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 10532040)     

近红外波段气溶胶的衰减特性研究

在已知大气气溶胶折射率和气溶胶谱分布的基础上, 对近红外波段的气溶胶衰减特性进行了研究。利用Mie散射理论计算并讨论了气溶胶的消光、散射、吸收效率因子随尺度参数的变化和消光系数随半径和波长的变化, 并且在MATLAB中对各种变化情况进行了仿真。结果表明, 三种气溶胶粒子的消光和散射能力依次为沙尘性粒子, 水溶性粒子, 烟煤。消光系数在粒子半径和入射波长相近时达到最大, 并且粒子半径对消光、散射、吸收系数的影响比入射波长更明显。这些结论可以为红外辐射在大气中的衰减计算和分析提供依据。     

水中密排圆柱体群的超声多重散射参数

以水中紧密排列的平行圆柱体群为对象,研究平面超声脉冲经多重散射后的透射波性质,通过分析其中头波和散射波的特征获得对应的多重散射参数.对直径随机分布、位置无序排列、数量密度约100个/cm2、面积占空比约0.53的非接触圆柱体群,采用中心频率2.5 MHz的宽带脉冲波入射。为解决透射信号在时域表现出随机性的问题,将散射体尺寸、分布都相同但位置分布不同的多个模型仿真的透射波叠加平均后用于分析.在频域对头波的宽带衰减系数进行分析,并在时域研究散射波声强的时间演化曲线,获得了系统的弹性平均自由程、传输平均自由程等多重散射参数。经多重散射后,透射波中的头波表现出相干性,由不相干近似理论可对其对应的散射参数进行定性描述;散射波是不相干的,其对应的多重散射参数可近似利用扩散近似理论获得。      

太赫兹波在雾中的多重散射特性

太赫兹(THz)波作为微波和毫米波的延伸,它所提供的通信带宽和容量远大于毫米波。在随机介质中传播时,不但会发生时域和空域的形变,介质中的粒子还会对入射波发生散射,这些都会使得脉冲信号发生衰减。根据Mie理论与随机离散分布粒子的波传播与散射理论,计算了THz波信号入射下雾滴粒子的消光系数。结合雾滴粒子谱分布,得到了雾媒质的平均体系散射特性,采用蒙特卡罗法得到了平流雾对THz信号的多重散射特性,计算了THz波段信号对平流雾的透过率与反射率,分析了THz波段信号的前向、后向散射特性随散射角的分布。结果表明,低能见度大气环境中,雾对THz波产生的吸收和衰减不容忽视。相关研究结果对THz在大气传输、通信等方面的应用具有重要意义。     

空间垂直方向气溶胶消光特性的研究

在已知大气气溶胶折射率和气溶胶谱分布的基础上,对空间垂直方向的气溶胶消光特性进行了研究。文章利用Mie散射理论计算讨论了气溶胶的消光、散射、吸收系数随各参数的变化,并在MATLAB中对变化情况进行了仿真。结果表明,粒子半径与入射波长大小相近时气溶胶的消光最强,并且随着能见度的增大,气溶胶衰减系数减小。这些结论可以为红外辐射的大气衰减计算和分析提供依据。     

Scattering loss in Nd-doped silica based optical fibers

Rare-earth doped fibers suffer from relatively high attenuation in comparison to conventional communication fibers. In order to improve the properties of such fibers, understanding of the mechanisms involved in scattering effects is of great importance. The effect of Nd-doping, Al-codoping and of the drawing temperature on the scattering effect was investigated for several different optical fibers. To this end a measuring setup was realized which allows absolute measurements of the scattering coefficient at different positions along a fiber. Also separation of total attenuation and scattering effects is possible. The presented results indicate scattering effects as primary source for increased attenuation compared with undoped fibers.     

Scattering loss in Nd-doped silica based optical fibers

Rare-earth doped fibers suffer from relatively high attenuation in comparison to conventional communication fibers. In order to improve the properties of such fibers, understanding of the mechanisms involved in scattering effects is of great importance. The effect of Nd-doping, Al-codoping and of the drawing temperature on the scattering effect was investigated for several different optical fibers. To this end a measuring setup was realized which allows absolute measurements of the scattering coefficient at different positions along a fiber. Also separation of total attenuation and scattering effects is possible. The presented results indicate scattering effects as primary source for increased attenuation compared with undoped fibers.     

光纤光栅法布里-珀罗腔中受激布里渊散射的理论研究

对光纤光栅法布里-珀罗腔中稳态受激布里渊散射模型进行了理论分析,在其耦合强度方程组基础上,推导出仅产生一阶斯托克斯波时,耦合强度方程组的解析表达式,由此计算出光纤光栅法布里-珀罗腔中抽运波与斯托克斯波透射功率和反射功率。对于光纤光栅法布里-珀罗腔中二阶斯托克斯波的产生,推导出光纤光栅法布里-珀罗腔入射端抽运波的解析表达式和忽略光纤损耗时能量守恒方程,利用Shooting和L-M算法数值求解出耦合强度方程组。分析讨论了抽运波,一阶斯托克斯波和二阶斯托克斯波的反射与透射功率随着入射波功率变化的情况。最后,仿真出光纤光栅法布里-珀罗腔中,抽运波与斯托克斯波沿腔长分布的情况。