二维电子气等离激元太赫兹波器件

固态等离激元太赫兹波器件正成为微波毫米波电子器件技术和半导体激光器技术向太赫兹波段发展和融合的重要方向之一。本综述介绍AlGaN/GaN异质结高浓度和高迁移率二维电子气中的等离激元调控、激发及其在太赫兹波探测器、调制器和光源中应用的近期研究进展。通过光栅和太赫兹天线实现自由空间太赫兹波与二维电子气等离激元的耦合,通过太赫兹法布里-珀罗谐振腔进一步调制太赫兹波模式,增强太赫兹波与等离激元的耦合强度。在光栅-谐振腔耦合的二维电子气中验证了场效应栅控的等离激元色散关系,实现了等离激元模式与太赫兹波腔模强耦合产生的等离极化激元模式,演示了太赫兹波的调制和发射。在太赫兹天线耦合二维电子气中实现了等离激元共振与非共振的太赫兹波探测,建立了太赫兹场效应混频探测的物理模型,指导了室温高灵敏度自混频探测器的设计与优化。研究表明,基于非共振等离激元激发可发展形成室温高速高灵敏度的太赫兹探测器及其焦平面阵列技术。然而,固态等离激元的高损耗特性仍是制约基于等离激元共振的高效太赫兹光源和调制器的主要瓶颈。未来的研究重点将围绕高品质因子等离激元谐振腔的构筑,包括固态等离激元物理、等离激元谐振腔边界的调控、新型室温高迁移率二维电子材料的运用和高品质太赫兹谐振腔与等离激元器件的集成等。     

点式单波束多普勒测流系统的设计方法

为了加快多普勒流速计算速度和提高系统稳定性,提出基于FPGA技术的多普勒测速的设计方法,其中包括信号发射电路和信号接收电路。首先通过M码进行二相相移键控信号的调制,减少了回波误差、增加信号发射能量,有效地降低了水中超声波的能量耗散对信号提取的影响。然后对回波信号进行二相解调,并利用复自相关算法进行分析处理。最后,通过测速实验对所提方法进行验证。实验结果表明,所提方法不仅具有较低的实验误差而且具有较高的可靠性。     

纵波速度径向层析成像分析

钻井会造成近井壁附近岩石的声学性质改变,为研究纵波径向探测特性,本文使用径向柱状分层模型,应用二维轴对称有限差分法详细考察了过渡带厚度、声源频率以及接收器源距变化下,单极子测井响应的变化特征,并采用慢度-时间相关法研究了不同条件下所测量到的声速变化。最后基于射线理论,分析了不同条件下的首波到时变化特征。基于地层速度逐渐增加的模型表明,纵波的径向探测特性受源距影响较大,通过不同源距信号的组合,可以实现对近井壁纵波速度进行层析成像。     

柱面内爆磁通量压缩实验中的磁扩散过程

利用一维磁流体力学程序MC11D,对套筒材料为不锈钢的柱面内爆磁通量压缩实验进行了数值模拟,研究了其中的磁扩散过程。计算结果表明:当套筒空腔中的磁场被压缩到350 T左右时,峭面磁扩散波开始形成,磁扩散波的波前从套筒内壁开始以0.75 km/s的平均速度向外快速推进,给磁场的压缩带来了不利影响;随着套筒内壁温度迅速升高,内壁附近会形成一个电阻率仅有0.3 mcm左右的等离子体保护层,又极大地减缓了空腔磁场向套筒中扩散的速度。在磁压缩过程中,峭面磁扩散波和等离子体层对于空腔磁场的扩散起着相反的作用,两者在发展的过程中相互竞争,在不同的阶段分别起着主导作用。     

反应物分子初始振动激发对H+CH~+→C~++H_2反应的影响

在CH_2~+体系的电子基态势能面上运用准经典轨线方法,研究了当碰撞能E=500 me V时,反应物分子的振动激发对H(~2S)+CH~+(X~1Σ~+)→C+(~2P)+H_2(X1_gΣ~+)反应的反应概率、反应截面和立体动力学性质的影响.分别计算了两矢量相关k-j′的P(θ_r)分布,三矢量相关k-k′-j′的P(φr)分布以及反应产物的四个极化微分截面.结果表明,产物分子转动角动量不仅在Y轴方向有取向效应,还定于Y轴的正方向.并且发现,随着振动量子数的增加,对反应体系产物分布的影响就越明显.     

混沌-脉冲混合信号光时域反射仪

研制了一种混沌-脉冲混合信号光时域反射仪,其工作原理是通过连续混沌光与离散脉冲光分别对光纤中的菲涅尔反射与后向瑞利散射进行高精度测量,将2次测量结果进行线性叠加得到光纤故障测量曲线,该仪器解决了传统混沌光时域反射仪无法测量光纤损耗事件的问题。实验中利用G.652.B单模光纤作为被测对象,对该仪器进行了实际测试,测试结果表明:所研制的混沌-脉冲混合信号光时域反射仪在104 km测量范围内实现了与距离无关的35 cm空间分辨率测量,对光纤损耗事件也有良好的检测效果。     

半结构法在中心对称结构计算中的应用

半结构法是计算对称结构的一种简化分析方法,通常应用于轴对称结构.本文将探讨半结构法在中心对称结构计算中的应用问题,包括中心对称、反对称载荷作用下结构的对称性及其证明、等代结构形式及其应用等.算例表明,中心对称结构半结构法能够最大程度简化结构、提高结构计算效率,与其他方法联合应用的一题多解方法可丰富结构力学教学内容,有利于学生拓展其创新思维及分析解决复杂力学问题的能力.     

数字图像相关的噪声导致系统误差及散斑质量评价标准

数字图像相关中散斑质量评价标准应该综合考虑系统误差和随机误差的作用。之前的工作考虑了无图像噪声情况下插值引起的系统误差,本文则进一步研究了有图像噪声情况的系统误差,并与随机误差综合考虑提出了完善的散斑质量评价参数。本文推导了有噪声情况下系统误差的解析形式,揭示了噪声引入系统误差产生的内在本质在于插值引起噪声不确定性对亚像素位置的依赖。依据理论分析,插值噪声耦合函数的概念被引入,它由插值基函数平移平方和的斜率决定,表征了噪声引入系统误差随亚像素位置的变化。插值耦合函数将之前的研究成果纳入统一的理论体系,并从本质上解释了高阶B-样条插值对应的噪声引起系统误差较小的现象。数值模拟与本文的理论分析显示一致,在真实的亚像素平移实验验证中,本文将公式推广到非均匀噪声情况,并与实验结果获得了较好的吻合。基于对系统误差的理论分析,综合考虑系统误差和随机误差影响,提出了两种计算误差评估参数:总误差的最大值和平方平均值,并提出了快速估计算法且通过数值模拟进行了验证。计算误差评估参数实际也是一种散斑质量评价参数,提出的评估参数弥补了现存散斑质量评价参数未足够考虑插值影响的缺陷,是更完善的散斑质量评价标准。本文应用新提出的散斑评价参数对一些常见散斑图进行了评价,并将其用于对模拟散斑图的优化。     

基于DIC方法的残余应力快速测量系统

结合数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)方法与钻孔法,开发了残余应力快速测量系统。该系统可分为两部分:适用于现场测量的便携式机械系统与针对残余应力测量而改进的基于DIC算法的程序。在四点弯曲加载平台上对工件进行载荷释放前后的残余应力测量试验,通过与应变片测量结果进行对比,该残余应力测量系统的精度达到了应变片测量的同等精度。同时,该测量系统解决了传统应变片测量系统对心误差大、操作繁琐、效率低和测量结果稳定性差等问题,具有较高的工程应用价值。     

结合吸收光谱与互相关法的燃气速度测量方法研究

针对可调谐半导体激光器吸收光谱(TDLAS)基于多普勒效应测速方法在燃气流速测量中频移量小、误差较大的问题,提出了结合固定波长吸收光谱法与互相关法的燃气速度测量方法。考虑碳氢燃料燃烧产物特点,选取H₂O分子7 185.597 cm-1吸收谱线,通过布置上下游两束固定波长吸收光谱测点,分析两信号的互相关特性来计算得到燃气速度。利用平面火焰炉实验系统对该方法测量燃气速度开展实验研究,获得了变工况下燃气速度随时间的变化情况。在相同工况下开展数值计算,将测量结果与数值模拟计算结果进行对比,相对偏差不超过8%。同时将该方法初步应用于煤油燃料火箭基组合循环发动机(RBCC)的高速羽流速度测量,获得了上下游探测器脉动信号,通过互相关分析计算得到了羽流速度,验证了该方法的可行性。实验结果表明,该燃气速度测量方法具有测量范围宽、测量精度高,环境干扰小等优点。提出的方法为发动机燃气速度测量提供一种简单可靠的测量方法。