弯轨ˇCerenkov辐射计算中的稳相法*

从介质中沿弯曲轨道运动的带电粒子辐射的频谱角分布公式出发,分析了粒子速度大于介质中的光速时,稳相点在ˇCerenkov效应中所起的关键作用,并给出了通过在稳相点附近做渐近展开来计算弯轨ˇCerenkov辐射的稳相法.运用稳相法,计算了同步ˇCerenkov辐射在粒子轨道平面附近以及在临界角附近的频谱角分布.计算结果表明,同步ˇCerenkov辐射频谱的特征依赖于观测方向附近对应的稳相点性状,特别是在较大的临界角附近的频谱与小角度近似时很不相同.     

弯轨Čerenkov辐射计算中的稳相法

从介质中沿弯曲轨道运动的带电粒子辐射的频谱角分布公式出发, 分析了粒子速度大于介质中的光速时, 稳相点在?erenkov效应中所起的关键作用, 并给出了通过在稳相点附近做渐近展开来计算弯轨?erenkov辐射的稳相法. 运用稳相法, 计算了同步?erenkov辐射在粒子轨道平面附近以及在临界角附近的频谱角分布. 计算结果表明, 同步?erenkov辐射频谱的特征依赖于观测方向附近对应的稳相点性状, 特别是在较大的临界角附近的频谱与小角度近似时很不相同. 关键词： ?erenkov效应 稳相点 稳相法 同步?erenkov辐射     

左手介质中电磁波的传播速度

在同向介质中,电磁波的群速度一般是能量传播的方向,并且电磁波的相速度和群速度在大部分情况下都满足瑞利关系.为了研究左手介质的电磁特性,本文从理论上导出了左手介质中电磁波的相速度、群速度及其关系,得出左手介质中电磁波的群速度为负,并介绍了左手介质的一些应用前景.     

超短脉冲高斯光束在线性色散介质中的远场特性

基于瑞利-索末菲衍射积分公式，在未作近轴近似的条件下，推导出等束宽超短脉冲高斯光束通过线性色散介质的远场公式，并用于研究其远场特性，所得公式可用于大衍射角情况.结果表明，等束宽脉冲高斯光束的频谱上存在一临界角，小于临界角时，出现蓝移；大于临界角时，出现红移，红移量随着衍射角的增大而增大.而脉冲波形将经历时间移动，移动量随衍射角的增大而增大；远场高斯脉冲波形将不再保持不变.此外，群速度色散将引起啁啾，啁啾量随衍射角的增大而减小.     

在线原麦汁浓度检测仪

原麦汁浓度是啤酒生产过程中的一项重要指标。溶液的折射率是其浓度的函数 ,全反射的临界角与其浓度之间有一一对应关系。利用线阵CCD做为高精度探测器件 ,检测全反射临界角的变化 ,可测量溶液的浓度。临界角的变化与电源的波动及光源的强度变化等因素无关 ,并且溶液中的固体颗粒、小气泡等不影响检测精度。研制了一种在线检测原麦汁浓度的测试仪器 ,介绍了仪器的光学结构及数据处理方法。现场测量精度为± 0 1(以浓度表示)     

Goos-H(a)nchen位移数值求解及其在光学教学中的应用

微纳光学中Goos-H?nchen位移是重要的现象,虽然通过稳相法可得其数值结果,但学生很难将求解过程与实际物理现象相联系.针对此问题,本文提出基于角谱理论计算光斑的空间分布及反射光斑与入射光斑之间的位移.由于稳相法适用于有限孔径平面波和傍轴高斯光束,为了与稳相法结果对比,本文以高斯光束入射至近零介电常数介质为例进行计算,相关数值计算步骤可推广至任意均匀各向同性介质、任意模式光束的计算,结果表明当入射角度远离临界角时数值计算与稳相法结果相符,但在临界角附近,稳相法结果中存在相位突变形成的极点,不符合实际情况,而数值结果能够更准确的描述高斯光束的偏移情况.本文提供了另一个角度来观察实际光束的Goos-H?nchen位移,可帮助学生加深对Goos-H?nchen位移的理解,了解稳相法适用条件及光束强度分布的变化.     

微元问题的处理方法

讨论了用微元法求渐变的力、动态物理过程的物理量、临界角速度、变速运动的位移等物理问题.     

颗粒孔洞流的最大休止倾角和流量公式

实验测量了重力驱动下的玻璃珠颗粒样品通过不同倾角和孔径的圆形孔洞的卸载流量.发现无论孔径大小,流量均与倾角的余弦呈良好的线性关系;线性外推得到的零流量角,即流量休止临界角随颗粒粒径与孔洞直径之比的减小而线性增加;在无穷大孔径极限下,此临界角在Bagnold角的误差范围内与样品的安息角一致.这些结果表明流量随倾角余弦线性变化的经验公式能揭示临界角的行为和特性,这是参数随倾角变化的Beverloo公式所不能描述的. 关键词： 颗粒物质 倾斜孔洞流 Beverloo公式     

耦合界面力的两相流相场格子Boltzmann模型

提出了一种改进的基于相场理论的两相流格子Boltzmann模型.通过引入一种新的更加简化的外力项分布函数,使得此模型克服了前人工作中界面力尺度与理论分析不一致的问题,并且通过Chapman-Enskog多尺度分析表明,所提出的模型能够准确恢复到追踪界面的Cahn-Hilliard方程和不可压的Navier-Stokes方程,并且宏观速度的计算更为简化.利用所提模型对几个经典两相流问题,包括静态液滴测试、液滴合并问题、亚稳态分解以及瑞利-泰勒不稳定性进行了数值模拟,发现本模型可以获得量级为10^-9极小的虚假速度,并且这些算例获取的数值解与解析解或已有的文献结果相吻合,从而验证了模型的准确性和可行性.最后,利用所发展的两相流格子Boltzmann模型研究了随机扰动的瑞利-泰勒不稳定性问题,并着重分析了雷诺数对流体相界面的影响.发现对于高雷诺数情形,在演化前期,流体界面出现一排“蘑菇”形状,而在演化后期,流体界面呈现十分复杂的混沌拓扑结构.不同于高雷诺数情形,低雷诺数时流体界面变得相对光滑,在演化后期未观察到混沌拓扑结构.     

瑞利-泰勒不稳定问题的光滑粒子法模拟研究

提出了一种适用于模拟多相流的光滑粒子法,该方法对密度方程在交界面处的离散格式进行了修正以适应多相流所涉及的大密度比问题,在不同相粒子之间施加了很小的排斥力以防止粒子穿透交界面,并采用了最新发展的双曲型光滑函数以消除应力不稳定问题.应用该多相流光滑粒子法模拟研究了单模态和多模态瑞利-泰勒不稳定问题.通过与文献中结果的对比研究表明:在模拟瑞利-泰勒不稳定问题时,本文方法的结果明显优于文献中的大部分光滑粒子法模拟结果,与Grenier等(2009 J.Comput.Phys.228 8380)的结果相当,但本文方法比Grenier等的方法简单方便.对于单模态瑞利-泰勒不稳定问题,研究了交界面的形态,涡结构的演化过程以及贯穿深度随时间的变化关系.对于多模态瑞利-泰勒不稳定问题,研究了交界面演化过程中小尺度结构合并成大尺度结构的过程,水平方向的平均密度随高度的变化关系,以及贯穿深度随时间的变化关系.     

高功率弯波导TE_(01)—TM_(11)模式变换临界角分析

在模式耦合理论的基础上 ,采用传统的波导轴线圆弧弯曲的方法 ,对TE0 1—TM11模式变换器的临界角进行了全面的优化分析。得出在临界角情况下 ,若考虑多模因素 ,则不能使TE0 1—TM11的能量发生全转换 ,而真正的最优化能量全转换角在临界角的附近 ,且转换的效率与弯波导曲率相关。     

关于临界角法菲涅耳公式简化理论处理的新方法

本文研究了光束入射角位于临界角附近的Fresnel公式的简化处理,并导出临界角法光学调焦误差表达式,展开了讨论与分析。     

用两区π-相位滤波器改善超半球形固体浸没透镜显微系统的成像特性

利用矢量衍射理论分析了π-相位滤波器在超半球形固体浸没透镜显微系统中的超分辨特性.结果显示,光斑的增益、Strehl率和边瓣强度随相位区域边界呈现出同步的、只一个周期的振荡性变化.从辐射场和速逝场的角度解释了这种变化的原因.对于近场显微,速逝场起决定性作用.π-相位滤波器的相位区域边界角大于临界角时,才能产生较大的超分辨作用.滤波器边界参量等于0.743（对应的角度大于临界角）的π-相位滤波器,可以使系统分辨率提高16%.     

用V(z)曲线分析压电陶瓷表面的声学特性

本文利用超声显微镜技术中的V(z)曲线,无损伤地测量了压电陶瓷表面上不同点声表面波(瑞利波)速度,定量地分析了陶瓷的一致性。同时又根据V(z)曲线中周期的起伏,定性地给出了表面颗粒均匀性及缺陷存在的可能性。文中给出了几种不同陶瓷材料的实验数据及分析结果,并简单地描述了V(z)曲线的理论与声表面波(瑞利波)速度的计算公式、测试方法。     

高功率弯波导TE01-TM11模式变换临界角分析

在模式耦合理论的基础上，采用传统的波导轴线圆弧弯曲的方法，对TE01－TM11模式变换器的临界角进行了全面的优化分析。得出在临界角情况下，若考虑多模因素，则不能使TE01－TM11的能量发生全转换，而真正的最优化能量全转换角在临界角的附近，且转换的效率与弯波导曲率相关。     

TTI煤层群、相速度分析

以各向异性介质弹性矩阵为理论基础，结合TTI介质群、相速度相关公式，设计含有倾斜对称轴的横向各向同性煤层模型，通过模型试算，得到以下结论：随着各向异性参数ε、δ、γ变化，TTI型煤层相速度变化较为平缓，群速度变化较为剧烈，因此群速度决定着各向异性介质波场形状；在一定范围内，qP波的群、相速度随ε呈正相关变化；qSV波的群、相速度随δ呈负相关变化；qSH波的群、相速度只与各向异性参数γ有关，随γ呈正相关变化.     

分层半空间表面非线性瑞利波的激发*

针对非线性瑞利波在均匀分层半空间结构中的激发和传播规律进行研究。根据摄动理论和模态分解将分层半空间结构中瑞利波的二次谐波声场表示为二倍频瑞利波模式的线性组合,经由互易关系得到各模式的展开系数表达式。对不同分层半空间结构中瑞利波二次谐波的激发和传播特性进行讨论,结果表明相速度匹配的瑞利波模式其二次谐波分量随传播距离线性增长,非匹配模式的二次谐波分量则沿传播方向周期震荡传播。此外,文中定义非线性参数表征瑞利波模式产生的非线性程度,这有利于选择出具有明显非线性效应的匹配点,为后续检测工作提供理论依据,具有指导意义。     

单轴各向异性左手介质表面的Goos-Hnchen位移

分析了单轴各向异性左手介质表面的Goos-Hanchen位移,分别给出了光轴与两种介质的界面垂直和平行情形下的Goos-Hanchen位移解析表达式,并分析了Goos-Hanchen位移产生的条件以及位移的正负情况.还采用菲涅尔近似的方法给出了临界角附近的Goos-Hanchen位移表达式,结果表明临界角附近的Goos-Hanchen位移是入射光的束腰半径和入射角的函数,并且给出了临界角入射时Goos-Hanchen位移的较为简洁的近似表达式,这样就在整个角度的取值范围内都给出了Goos-Hanchen位移的表达式.     

关于临界角法菲涅耳公式简化理论处理的新方法

本文研究了光束入射角位于临界角附近的Ｆｒｅｓｎｅｌ公式的简化处理，并导出临界角法光学调焦误差表达式，展开了讨论与分析。     

用X射线全反射法测量U基Al膜的厚度与密度分布

利用全反射法分析了U基铝薄膜的反射曲线，以及厚度与密度分布和基体的表面粗糙度情况，讨论了掠射角在临界角或者小于、大于临界角的反射强度情况，并且分析了薄膜的全反射的原理和数据处理方法。