大振幅平面声波的反射和折射(Ⅱ)——二维情况

在Lagrange坐标系中,根据流体力学的基本方程式,利用逐级近似法推导了计及二级近似的二维空间内平面波传播的波动方程式。以这组方程式为出发点分析了二层液态介质模型下,大振幅平面声波在平面分界面上的反射和折射。二级近似下的反射系数和透射系数不仅与介质的参数(包括非线性参数)有关,而且依赖于声源的位置。在斜投射时,一般而言,遵循线性声学反射和折射定律的二级近似反射波和折射波的波前上,波的幅度不再保持恒等。因之,除遵循线性声学反射和折射定律的二级近似反射波和折射波外,在其他方向上也有二级近似反射波和折射波。这个现象表明解释Muir等人的实验结果必须计及非线性效应。     

层状多孔介质中声反射和透射

本文根据流体饱和多孔介质中声传播的Biot理论和多孔介质界面上的六个边界条件研究了平面声波斜入射于多层水平板状多孔介质时的反射和透射。数值计算了快纵波为入射波时声波频率、入射角等量的变化对能量的反射系数、透射系数的影响。数值计算结果表明,当声波波长与中间介质厚度呈一定比例时,反射系数、透射系数取得极值,入射角、多孔介质的性质对反射系数、透射系数的影响很大。     

平面电磁波在任意方向运动的介质-介质界面上的反射和透射

研究平面电磁波从一种介质入射到另一种以任意方向运动的介质时,在介质界面上发生的反射和透射现象,从Maxwell方程组、运动界面的边值关系和运动介质的本构关系出发,得到了反射波和透射波电磁场矢量与入射波电磁场矢量的关系的表达式、反射和透射系数,讨论了反射波、透射波与入射波之间的能量关系,电磁波对运动介质作用力的性质,并得出一些新的结论． 关键词：     

电磁波在均匀薄膜上的反射和透射

本文通过电磁波在均匀介质薄膜界面上反射系数和透射系数的计算,讨论反射光增强和透射光增强的条件。     

分形分层粗糙面电磁波透射特性的混合算法

运用基于矩量法(method of moment,MoM)结合基尔霍夫近似(Kirchhoff approximation,KA)的混合算法研究一维带限Weierstrass分形分层介质粗糙面的电磁波透射问题.在混合算法中将上层粗糙面和下层粗糙面分别划分到MoM区域和KA区域,数值计算得到透射系数随透射波的散射角的变化,讨论粗糙面分维数、高度起伏均方根、底层介质介电常数、中间层介质介电常数和厚度、入射波频率对透射系数的影响,结果表明上层粗糙面参数对透射系数有显著影响,而下层粗糙面参数对透射系数影响较小.     

机械波在界面的反射、透射和半波损失

本文推导出了平面简谐波垂直入射时在界面上产生的反射波和透射波的表达式,并讨论波从波疏介质传播到波密介质产生的半波损失现象.有助于理工科学生理解机械波界面行为等相关物理概念和物理规律.     

轴对称指向性球面波的界面反射波

无限大平面刚性障板中圆形活塞源的声辐射场可近似为轴对称指向性球面波,前人只给出了活塞面与界面平行时轴对称指向性球面波的界面响应表达式,本文针对活塞面与界面不平行的情况,推导了轴对称指向性球面波的锥面波展开式,并进一步导出了其界面反射波的表达式.在源距远大于声波波长的情况下通过鞍点法将界面反射波的表达式化简为了简化表达式.简化式不仅计算上简洁,而且物理含义清楚:轴对称指向性球面波的界面反射波可视为镜像活塞源激发的轴对称指向性球面波与反射系数的乘积.计算表明,当活塞半径小于声波波长时,反射波对活塞与界面的夹角和接收点的环向方位角不太敏感,反射波的指向性较弱;当活塞半径大于声波波长时,反射波对活塞与界面的夹角和接收点的环向方位角很敏感,反射波的指向性很强.增加活塞与界面的夹角,反射波先增加后减小,反射波的指向性先增强后减弱;当活塞与界面的夹角等于活塞中心镜像点与接收点的连线与界面法线的夹角时,反射波最大,反射波的指向性最强.     

浅海小掠射角的海底界面声反向散射模型的简化

在浅海,尤其是负梯度声速剖面和海面较为平静的浅海波导,海底界面反向散射是浅海混响的主要来源.经验散射模型只适用于分析浅海混响平均强度衰减特性,而基于物理机理建立的反向散射模型克服了这一缺陷,但同时也引入了其受地声模型约束的问题.本文结合了海底反射系数的三参数模型,对浅海远场海底反向散射模型进行了简化,以减少地声模型的输入参数.理论分析了海底反射系数的相移参数可以描述海底对声场的散射作用,无需任何海底地声参数的先验知识.通过对海底反向散射模型近似简化,结果表明在临界角附近和甚小掠射角范围内的海底粗糙界面反向散射模型的角度特性和强度特性受海底沉积层的影响不同:在临界角附近,海底反向散射的角度特性受海底反射系数的相移参数加权,而其散射系数则近似与相移参数无关;对于甚小掠射角,海底反向散射的角度特性近似与海底反射系数的相移参数无关,其散射系数则近似与相移参数的4次方成正比.     

海底沉积物上的声反射

本文将海底沉积物视为一种紧密的湿颗粒介质。声波在其中传播时将出现两个膨胀波和一个旋转波。考虑到这些特征，再假设海水与沉积物的界面是平的，导出了平面声波在其上的反射系数的表达式。文中就松散颗粒介质的情况对反射系数进行了简化，得出了前人用唯象理论所获得的结果。文末将理论与实验结果进行了比较，两者的一致性较好。     

带电平面的反射与透射研究——菲涅耳公式的修正

根据一般条件下电磁场的边界条件,研究了两种介质分界面存在面电荷分布时的反射与透射,证明了这一条件下反射定律和折射定律仍然成立,推导得到存在面电荷分布时入射波平行分量和垂直分量的振幅反射系数和振幅透射系数,即修正的菲涅耳公式。由于不同界面的导电特性不同,两种介质界面的面电荷分布会影响界面的面电导率,修正后的菲涅耳公式与面电导率和自由空间阻抗有关。计算结果表明当面电荷密度或界面特性使面电导率发生较大变化时,振幅反射系数和振幅透射系数及反射率和透射率发生变化。     

广义传播矩阵法分析分层各向异性材料对电磁波的反射与透射

在实验室坐标系下由Maxwell旋度方程出发构造了横向场的状态矢量和耦合矩阵,讨论了各 向异性介质中的特征波.通过引入横向场的传播矩阵,进而得到分层各向异性介质的反射系数和透射系数的解析表达式.该式可以适用于一般情况,包括分层单轴各向异性材料和回旋介质,以及半空间各向异性介质的反射和透射问题. 关键词： 广义传播矩阵 各向异性介质 反射与透射     

声波垂直入射在两种媒质分界面处的反射和透射

我们知道声波在两个均匀各向同性无限媒质的分界面处垂直入射时,一般有反射波(第一媒质中)和透射波(第二煤质中),而具体情况究竟如何?特别是在分界面处究竟又是怎样呢?本文将作如下分析     

多层介质的转移矩阵及其在声子晶体中的应用

引入四维波矢的概念,推导出弹性波斜入射到多层介质系统时的转移矩阵以及透射系数和反射系数。利用这些公式计算了纵波和横波正入射到一维掺杂声子晶体时纵波和横波的透射系数。得出:当纵波正入射时,透射波中纵波在一定频率范围内出现了禁带,并且在禁带的中心频率处出现了缺陷模。当横波正入射时也有相同的结果。     

水声材料低频声性能的行波管测量

发展了一种测量水声材料声学性能的行波管测量技术,能够在实验室充水管中模拟海洋水温水压环境,对样品的声学参数实施低频范围的测量。被测样品置于声管中央,声管两端配置一对发射器。应用主动消声技术使样品的透射声波在声管次发射器表面的反射可忽略,在管中建立起行波声场。然后,通过分别计算样品两边声场中每一对水听器的传递函数,得到样品的反射系数和透射系数。测量系统声管的内径为Φ208 mm,工作频率范围为100～4000 Hz,最高静水压为5 MPa。对水层和层状不锈钢样品的反射系数和透射系数进行了实际测量和理论计算,结果表明,测量值和计算值有较好的吻合,测量不确定度不大于1．5 dB。     

广义反透射系数的物理意义

一种体系化的高效率的算法被广泛应用于分层均匀介质中有源波动方程的数值计算,它能够计算出所考察时间窗内的全波震相;该算法的关键之处,便是应用了广义反透射系数方法,广义反透射系数包含所有层间分界面反透射波及转换波的影响.本文利用图示及级数展开方法,对其物理含义进行了较为深入的分析,这对于更好地理解理论波场的合成,有较好的参考意义.     

超声在粘接界面的反射和透射

本文讨论了有关超声在两种固体粘接界面上的各种理论模型，介绍了这些模型所假设的界面边界条件以及由此而得到的超声在粘接界面上的反射系数和透射系数。     

超声与固体中含气泡层的相互作用

本文利用固体层状媒质声反射模型,给出了固体中含气泡层声反射和透射系数的表达式,并由此导出沿固体中含气泡薄层对称和反对称模式界面波的特征方程式。本文还介绍了含气泡固体有效弹性模量的估算方法,文中给出的数值计算具体说明了气泡体积浓度和气泡层厚度对声反射系数、声透射系数以及反对称模式界面波传播速度的影响,本文的研究为根据声反射系数和界面波的传播速度的测量反演固体间气泡层的力学性能提供了理论依据。 关键词：     

双折射滤波片的优化参量

研究了双折射滤波片的滤波和调谐性质。利用矩阵方法和反射、透射系数,给出了波片两个界面的菲涅耳系数。利用相移公式和光线轨迹公式,由入射角和光轴方位角可计算波片精确的相移公式。将上述系数和这一波片的相移公式用于琼斯矩阵,得到透射率的本征矩阵。该矩阵的本征值即为波片的透射系数。由此,给出了波片的主要性质(特别是透射宽度),讨论了波片参量(入射角、方位角和厚度)对波片性质的影响。利用相移公式,讨论了波片的调谐性质,并给出了选择参量的最佳范围。对石英波片,最佳参量为:厚度约在1500~2000μm,方位角大于45°,循环系数r尽可能大。在激光器增益较大时,选择较小的入射角。     

单轴各向异性手征介质平板的反射和透射特性研究

研究了光轴平行于界面的单轴各向异性手征介质平板对平面电磁波的反射和透射特性, 推导出了反射和透射系数(功率)公式; 按介电常数的正负分4种情形给出了反射和透射功率曲线; 讨论了手征参数对反射和透射特性的影响, 特别是给出了伪布儒斯特角与手征参数的变化关系曲线. 关键词： 单轴各向异性手征介质 手征参数 伪布儒斯特角 反射和透射     

互易定理计算分层半空间上方任意取向偶极子的远区场

利用互易定理推导了考虑直达波和界面反射波时半空间分层界面上任意取向偶极子在上半空间远区辐射场的解析表达式. 进一步考虑电偶极子距离分界面为某一高度情形, 在考虑直达波和反射波程差基础上导出相应辐射场公式. 辐射场解析表达式中分层半空间TM和TE波反射系数可以通过连分数方法或传播矩阵法计算获得. 本文推导过程物理概念清晰, 所得解析结果适于计算观察点远离界面情形下偶极子的远区辐射场. 数值计算结果表明, 利用本文结果可以快速分析半空间上方任意取向偶极子的远区辐射场.