光纤及双光纤扰模器远/近场扰模性能的模拟分析

在高精度视向速度测量系统中,圆形光纤逐渐被多边形光纤替代,结合多边形光纤、透镜和圆形光纤的扰模方案也被陆续提出。通过光线追迹的方法,对圆形、八边形截面的两种光纤以及基于这两种光纤的双光纤扰模器的扰模性能进行了模拟分析。模拟结果表明:虽然圆形光纤有较好的远、近场角向扰模,但是径向扰模效果不佳;八边形光纤的近场径向和角向扰模性能均较优,但远场扰模与圆形光纤没有明显差异;双光纤扰模器能有效提高光纤扰模性能,而使用了八边形光纤的双光纤扰模器的远、近场扰模性能均较优。     

一个充分下降的改进HS共轭梯度法

共轭梯度法是求解大规模无约束优化问题最有效的方法之一.对HS共轭梯度法参数公式进行改进,得到了一个新公式,并以新公式建立一个算法框架.在不依赖于任何线搜索条件下,证明了由算法框架产生的迭代方向均满足充分下降条件,且在标准Wolfe线搜索条件下证明了算法的全局收敛性.最后,对新算法进行数值测试,结果表明所改进的方法是有效的.     

工作参数对激光诱导玻璃等离子体特性的影响

采用波长532 nm的Nd:YAG纳秒激光器激发诱导空气中的玻璃,由高分辨率的光谱仪和ICCD对等离子体发射光谱采集和实现光电转换.以Si I 288.20 nm、Ca II 393.37 nm两条谱线作为分析线,研究ICCD门延迟,ICCD门宽、聚焦透镜到样品表面的距离(LTSD)对等离子体信号强度和信噪比的影响,确定最优化的实验参数:ICCD门宽1400 ns,ICCD门延迟500 ns,LTSD为84.5 mm.在最优化的实验条件下以Ca元素的六条离子谱线(315.89 nm, 317.93 nm, 370.60 nm, 373.69 nm, 393.37 nm, 396.85 nm)为分析线,计算得到玻璃等离子体的电子温度和电子密度分别20060 K, 8.256×10~(16) cm~(-3).     

可见光电视摄像机整机MTF测量装置及方法

调制传递函数（MTF）是评价电视摄像机成像质量的重要参数。介绍了一种用于可见光电视摄像机整机MTF测量装置及方法。设计了三积分球目标发生器系统，通过电动衰减器实现了目标和背景亮度的独立可控,其出口不均匀性为4.1%。采用基于倾斜狭缝法的亚像元自动插值与匹配算法以及线扩散函数（LSF）的最小二乘拟合分析法，实现了倾斜角度的自动计算以及MTF的精确测量，测量装置的重复性为0.007。通过与国外先进仪器的比对实验，表明建立的电视摄像机整机性能测量装置可以有效解决电视摄像机整机成像质量性能评价问题。     

基于多轴差分吸收光谱技术测量对流层HCHO垂直分布

甲醛（HCHO）在大气光化学反应中扮演着重要的角色，是一种重要的气溶胶前体物和光化学氧化指示剂。大气中HCHO的来源主要是直接排放和光化学反应生成。大气光化学反应与太阳辐射强度密切相关，一般来说，太阳辐射强度越强，大气光化学反应越剧烈，HCHO的二次来源产率也就越高。故针对HCHO的研究成为当今大气环境研究的一个重要课题。介绍了基于多轴差分吸收光谱技术 (MAX-DOAS) 获取对流层HCHO垂直柱浓度（VCD）及垂直廓线的反演算法。该方法是基于非线性最优估算法的两步反演方法，首先反演气溶胶垂直廓线, 然后在此基础上反演HCHO垂直廓线。其中第二步气体廓线反演时，气溶胶廓线线型会影响气体廓线反演的权重函数从而影响气体垂直廓线反演的精度, 为此, 研究了三种不同气溶胶廓线类型（指数型、高斯型和玻尔兹曼型）对HCHO垂直廓线反演的影响。结果表明，在三种气溶胶廓线类型条件下，当气溶胶光学厚度(AOD)为0.1时，气体反演的总误差、平均核的包络线、灵敏高度上限、自由度以及HCHO垂直廓线结果都比较接近，即气溶胶廓线类型对HCHO垂直廓线反演的影响很小。而对于200 m以下（含200 m）的近地面，通过指数型、高斯型和玻尔兹曼型气溶胶廓线获取的HCHO体积混合比（VMR）与真实HCHO VMR的差异分别为36.89%，-0.04%和23.30%, 表明使用指数型和玻尔兹曼型气溶胶廓线类型反演HCHO垂直廓线会高估近地面HCHO浓度，而高斯型气溶胶廓线类型则正好相反。此外，还反演了北京国科大站点一次污染过程中HCHO的垂直廓线，分析了污染过程中HCHO的垂直分布特征。结果表明，HCHO主要集中在1.0 km以下且一天中高值出现在午后，主要来自于本地产生，即西南风将污染的VOCs气团带到观测点，经过本地的光化学反应产生HCHO而积累，造成了此次HCHO浓度升高。结合气流后向轨迹分析，来自站点西南方向的输送是引起HCHO污染的重要原因。故观测站点的HCHO主要受污染输送和二次氧化的影响。最后对比了此次污染过程中不同气溶胶条件对HCHO廓线反演的误差影响。结果显示，气溶胶浓度高时，反演的灵敏高度和自由度下降，反演的高度分辨率下降，且反演总误差增加。     

基于绝对节点坐标法的弹性线方法研究

相比于浮动坐标系法, 绝对节点坐标法(absolute nodal coordinateformulation, ANCF)在处理柔性体非线性大变形问题上具有显著优势,ANCF将单元节点坐标定义在全局坐标系下,采用斜率矢量代替节点转角坐标, 具有常数质量阵,不存在科氏离心力等优点, 然而弹性力阵为非线性项,其求解将比较耗时且占用资源. 据此, 在弹性力求解方法中,引入弹性线方法(elastic line method, ELM),该方法将格林--拉格朗日应变张量定义在中心线上,采用曲率公式来定义弯曲应变, 转角公式来定义扭转应变.同时采用有限元法对三维柔性梁位移场进行离散,求解梁单元常数质量阵、广义刚度阵、广义力阵,进而得到单元的动力学方程, 通过转换矩阵得到三维梁的动力学方程.接着从理论上指出连续介质力学方法(continuum mechanics method,CMM)和弹性线方法在求解弹性力上的不同点, 并编制动力学仿真软件.最后分别采用连续介质力学方法和弹性线方法对柔性单摆以及履带式车辆的动力学问题进行仿真分析,结果表明:弹性线方法能在保证精度的前提下有效提高计算效率.      

周期优势结构提炼与搜索路径强化结合提升换热网络结构进化能力

针对强制进化随机游走算法（RWCE）在优化后期会陷入局部最优而使搜索能力下降的问题，提出周期优势结构提炼与搜索路径强化结合策略.首先对系统种群初步优化，每隔一定周期进行一次优势个体提炼，然后采用多重路径复制的方法将这些优势个体给其他个体，最后根据搜索机制遍布整个求解域.以优势个体为中心进行多重路径搜索策略，提高了局部寻优精度，增加了种群多样性，进而增强了全局搜索能力，优化效率和质量得以提高.     

基于深紫外激光-光发射电子显微技术的高分辨率磁畴成像

基于磁二色效应的光发射电子显微镜磁成像技术是研究薄膜磁畴结构的一种重要研究手段,具有空间分辨率高、可实时成像以及对表面信息敏感等优点.以全固态深紫外激光(波长为177.3 nm;能量为7.0 eV)为激发光源的光发射电子显微技术相比于传统的光发射电子显微镜磁成像技术(以同步辐射光源或汞灯为激发源),摆脱了大型同步辐射光源的限制;同时又解决了当前阈激发研究中由于激发光源能量低难以实现光电子直接激发的技术难题,在实验室条件下实现了高分辨磁成像.本文首先对最新搭建的深紫外激光-光发射电子显微镜系统做了简单介绍.然后结合超高真空分子束外延薄膜沉积技术,成功实现了L10-FePt垂直磁各向异性薄膜的磁畴观测,其空间分辨率高达43.2 nm,与利用X射线作为激发源的光发射电子显微镜磁成像技术处于同一量级,为后续开展高分辨磁成像提供了便利.最后,重点介绍了在该磁成像技术方面取得的一些最新研究成果:通过引入Cr的纳米"台阶",成功设计出FePt的(001)与(111)双取向外延薄膜;并在"台阶"区域使用线偏振态深紫外激光观测到了磁线二色衬度,其强度为圆二色衬度的4.6倍.上述研究结果表明:深紫外激光-光发射电子显微镜磁成像技术在磁性薄膜/多层膜体系磁畴观测方面具备了出色的分辨能力,通过超高真空系统与分子束外延薄膜制备系统相连接,可以实现高质量单晶外延薄膜制备、超高真空原位传输和高分辨磁畴成像三位一体的功能,为未来磁性薄膜材料的研究提供了重要手段.     

铝合金焊前激光清洗的等离子体光谱在线检测

铝合金焊接技术在工业生产、制造和维修等领域有广泛的应用,焊缝内存在气孔导致焊接质量降低是铝合金焊接技术的常见问题。由于铝合金表面金属氧化物是导致气孔生成的主要来源,对激光清洗过程进行在线检测,不但可以实时分析表面氧化物的清洗状态,而且可以避免基体表面因为过度清洗造成损伤或二次氧化。提出采用激光诱导等离子体光谱(LIBS)在线检测铝合金焊前激光清洗过程,表征清洗后铝合金基体的表面状态。LIBS技术可以对多元素成分同时检测,拥有较低的检出限和较高的准确性。搭建基于Andor Mechelle 5000光谱仪的铝合金焊前激光清洗在线检测系统,剔除空气环境对实验结果的影响,测试6061铝合金表面氧化物和铝合金基体的LIBS光谱,分析两者独特的元素特征谱线,采用X射线能谱(EDS)测试结果验证元素特征谱线的准确性,并探讨激光清洗过程LIBS技术在线检测的可行性。实验测试等离子体光谱谱线强度与激光能量密度之间的关系,获得单次脉冲激光去除铝合金表面氧化物的损伤阈值,结合X射线能谱的检测结果研究激光损伤阈值的成因及影响。研究激光清洗过程等离子体光谱特征谱线与脉冲次数之间的关系,提出基于O/Al特征谱线强度比值作为在线检测清洗效果及二次氧化损伤的评判依据。为验证该评判依据的准确性,将O/Al特征谱线强度比值随清洗次数的变化趋势与X射线能谱测试获得的氧元素原子百分比变化趋势进行对比。实验结果表明:采用200~700 nm范围内激光诱导等离子体谱线特征分析激光清洗状态,可以剔除空气环境的影响;氧元素和铝元素特征谱线准确反映出表面氧化膜与铝合金基体的成分差异;X射线能谱检测元素成分和含量表明氧元素含量随着激光清洗能量密度先减后增,单次清洗铝合金的二次氧化损伤的激光能量阈值为11.46 J·cm-2,小于损伤阈值的激光能量密度对铝合金基体的多次清洗未造成损伤,等离子体光谱特征谱线强度与表面清洗状态相关, 656.5 nm(OⅡ)/396.2 nm(AlⅠ)谱线强度比值≤1.5%为激光清洗干净的依据。研究结果有利于铝合金的激光清洗实时控制技术和焊接装置集成化。