一种光谱分辨率可调的新型空间调制傅里叶变换光谱仪

调整光谱仪的光谱分辨率,可使光谱仪在满足不同目标测量需求的同时,减少数据采集、处理和存储的时间,提高仪器的整体性能。为克服传统傅里叶变换光谱仪的光谱分辨率固定的缺点,提出了一种分辨率可调的空间调制傅里叶变换光谱仪。介绍了该新型光谱仪及其干涉仪的工作原理,利用光线追迹的方法推导了光程差和横向剪切量的计算公式,并分析了新型干涉仪的光程等效模型。在此基础上,分析了光谱分辨率的调节原理。结果表明,该光谱分辨率可调的新型空间调制傅里叶变换光谱仪克服了传统光谱仪分辨率固定、稳定性差等缺点,具有分辨率可调、高稳定性、结构灵活和易于装调等特点。该研究内容为分辨率可调的干涉光谱仪的设计提供了理论基础,扩展了傅里叶变换光谱仪的实用范围。     

Coherent Control of the Goos-Hänchen Shifts in a Four-Level N Type Atomic Medium

The behavior of the Goos-Hänchen (GH) shifts of the reflected and transmitted probe light beams is theoretically investigated. In a fixed geometrical configuration, the effect of quantum interference induced by spontaneous emission on the phase control of the GH shifts is analyzed in this paper. It is found that in a four-level N-type atomic system as an intracavity medium, the GH shifts of the reflected and transmitted probe light beam are completely phase dependent.     

基于微机电系统红外光源的长光程气体检测

针对红外气体传感器对光源的要求,选用了一种宽波长、高调制频率、低功耗的小体积微机电系统(micro-electro-mechanic system, MEMS)红外光源作为辐射源,其各项性能均能很好的满足红外传感系统对于光源的要求。由于其面光源的朗伯辐射特性,整形之后的红外光数值孔径仍然很大,采用传统的长光程气室结构很难实现长光程从而提高系统的检测灵敏度。本文结合双波长单光路的差分检测方法,设计了一种基于积分球特性的吸收气室,有效地解决了MEMS红外光源在高灵敏度气体检测应用中难于实现长光程的问题;并运用光在传输过程中光通量守恒的原理,推导了此积分球吸收气室的等效光程,解决了积分球气室等效光程计算的难题;同时采用FPGA主控芯片对MEMS红外光源进行高频调制并处理探测器的输出信号,使得外围电路的设计更加简单、灵活。设计中,使用直径为5 cm的积分球吸收气室便可实现166.7 cm的等效光程,研究结果显示系统可测得的最小甲烷浓度达0.001×10-6,极大地提高了红外检测系统的灵敏度。     

基于DS算法的玉米近红外定性分析光谱校正方法研究

从校正的角度出发,研究了近红外定性分析中模型稳定性问题。以13个玉米品种为研究对象,针对数据采集时间不同带来的模型失效问题,借鉴近红外光谱定量分析中两台仪器间模型传递的思想,将直接模型传递(Direct Standardization)算法用于校正同一仪器不同时间采集的光谱, 使得一次建立的品种鉴别模型,能用于其余时间测试数据的鉴别。首先采用Kennard/Stone算法在主光谱集中选取校正样品集,按照对应的编号从从光谱集中取出对应的数据,然后对校正样品集采用DS算法求取两组数据间的变换关系,再对剩余的从光谱集进行相应的变换得到适用于模型的光谱。实验中对比了校正样本数和模型校正位置对校正结果的影响,分别从品种定性鉴别准确性和校正前后主光谱数据和从光谱数据分布距离两方面分析了实验结果。结果表明,该方法能有效地解决同一仪器随着采样时间推移产生的光谱偏移现象,对采样时间不同的测试集均得到较高的识别率,提高了模型的鲁棒性和适用范围,由实验结果可见,校正位置处于特征提取之后时,校正效果最佳。     

基于效用的机会网络缓存替换策略

机会网络具有节点流动性较大、数据时延长、资源有限等特点,如何合理和高效地使用节点提供的缓存资源、增加节点间的协作来减少机会网络时延、节省带宽、防止拥塞是一个关键问题.通过对机会网络缓存策略研究,提出了基于效用的概率缓存替换策略,该策略分别计算数据的流行度和最短机会路径的权重,得出节点的效用值,通过比较效用值确定了节点要缓存的数据.实验结果表明提高了节点获取资源的成功率并减少了协作缓存资源请求的平均响应时间.     

目标物材料特性对激光语音获取的影响研究

为了扩大激光语音检测系统的应用场景,分析目标物材料参数对系统语音获取的影响,在完善语音获取中,语音信号从产生到与目标物作用的信号流程基础上,对目标物进行声致振动建模,以Sewell-Sharp-Cremer模型为基础,提出目标物声致振动幅度计算方法,并根据Matlab分析计算和实验对比了铁、铝、塑料、纸4种目标物的振幅及其对激光语音获取的影响。仿真及实验结果表明:目标物振幅在300 Hz～1 000 Hz呈指数型衰减,在1 000 Hz以上衰减趋于平缓;300 Hz处非金属材料振幅为69 nm和62 nm,高于金属材料的30 nm和10 nm。金属材料较非金属材料动态范围小,频率敏感度低,更适合作为语音获取的目标物。     

新型光弹调制干涉具研究

针对单个光弹调制器((Photoelastic Modulator,PEM))干涉具受到材料本身热、力学的限制,产生的最大光程差小,而多个PEM串联又难以控制,且多个PEM界面的多次反射将使光能大量损失等缺点,提出一种在单PEM上贴全反射膜经过多次反射有效提高最大光程的方法。理论推导分析了不同反射情况对光程差的影响,并得到任意角任意位置入射经多次反射后产生最大光程差的公式与光谱反演公式,且通过COMSOL、MATLAB、ZEMAX仿真和实验验证其可行性。实验选用的弹光晶体为硒化锌(ZeSe),压电晶体为石英,结果显示实验与理论的相对误差为0.21%,为该方法的工程应用提供了参考。     

基于扭秤的激光干涉差动测量微小冲量方法

基于扭秤测量冲量原理,结合激光干涉法差动测量角度的方法,提出一种基于扭秤的激光干涉差动测量微小冲量的方法。介绍系统的基本组成和测量过程,给出扭秤结构设计参数,并对系统参数进行了标定,结合设计参数与标定结果,对系统的分辨率、量程和精度进行了校核,在典型的测量环境下,对激光烧蚀靶材所形成的Ns量级微小冲量进行了测量,给出了典型的测量结果并进行分析。结果表明:所提出的基于扭秤的激光干涉差动测量微小冲量方法,系统分辨率可达10-7Ns量级,测量范围跨5个数量级,最大可以测量10-2Ns量级冲量,测量精度优于95%。     

Turbulent Couette–Taylor flows with endwall effects: A numerical benchmark

The accurate prediction of fluid flow within rotating systems has a primary role for the reliability and performance of rotating machineries. The selection of a suitable model to account for the effects of turbulence on such complex flows remains an open issue in the literature. This paper reports a numerical benchmark of different approaches available within commercial CFD solvers together with results obtained by means of in-house developed or open-source available research codes exploiting a suitable Reynolds Stress Model (RSM) closure, Large Eddy Simulation (LES) and a direct numerical simulation (DNS). The predictions are compared to the experimental data of Burin et al. (2010) in an original enclosed Couette–Taylor apparatus with endcap rings. The results are discussed in details for both the mean and turbulent fields. A particular attention has been turned to the scaling of the turbulent angular momentum G with the Reynolds number Re. By DNS, G is found to be proportional to Re^α, the exponent α = 1.9 being constant in our case for the whole range of Reynolds numbers. Most of the approaches predict quite well the good trends apart from the k–ω SST model, which provides relatively poor agreement with the experiments even for the mean tangential velocity profile. Among the RANS models, even though no approach appears to be fully satisfactory, the RSM closure offers the best overall agreement.     

Interference of Quantum Chaotic Systems in Phase Space

We investigate the interference of a kicked harmonic oscillator in phase space. With the measure of interference defined in Lee and Jeong [Phys. Rev. Lett. 106 (2011) 220401], we show that interference increases more rapidly in the chaotic regime than in the regular regime, and that the sub-Planck structure is of importance for the decoherence time in the chaotic regime. We also find that interference plays an important role in energy transport between the kicking fields and the kicked harmonic oscillator.