梯度特异材料表面对入射高斯光束的反射研究

最近人们[1-3]提出了一类反射式梯度特异材料表面系统,此系统可以高效地将入射波转换成被束缚于材料表面的表面波,这个系统成为连接行波和表面波的一座桥梁。以往人们研究梯度特异材料表面的反射特性时多是以入射平面波为主,这里我们结合实际,以入射的高斯光束作为研究对象,讨论梯度特异材料表面对其的反射特性,尤其是高斯光束的主入射角和束腰对反射行为的影响,得到了与平面波入射不同的反射现象。对于临界角为17.2°的梯度特异材料表面,束腰为4的高斯光束以主入射角分别为0°、10°、30°入射时,我们发现随着主入射角的变大,入射高斯光束转变为表面波的比例增大;而固定主入射角为30°,我们通过改变束腰,发现束腰越大,波矢分布越窄,越接近于平面波,转变为表面波的效率就越高。在数值模拟中,反射光束出现了明显的Goos-Hansen位移现象。同时还出现了类似光栅反射的特点,即分叉现象,这是由于模拟计算时网格不能无限小,梯度特异材料表面不能模拟为折射率连续变化的材料而应该是阶跃式变化的材料。由于实际制备的梯度特异材料表面是人工微结构的排列,因此微小的阶跃式变化的梯度特异材料表面更为实际。我们的工作对于利用梯度特异材料表面将入射高斯光束转变为表面波具有指导意义。     

超声反射纵波法检测钢轨应力的实验研究

钢轨的应力状况直接影响列车运行的安全,因此对钢轨应力的研究特别重要.用超声波测量应力的方法由于其对被测材料无损的特性而受到广泛关注.文章重点叙述了利用反射纵波法(the reflected longitudinal waves)来检测钢轨应力的实验方法.该方法如果用于实际测量,可以提高钢轨检测的工作效率,大大节约在铁路维护上的开支,提高铁路运输的安全系数,加速实现人民铁路的高效运营.文中详细介绍了整套实验测量系统、所用的探头、探头放置的位置、信号耦合与放大电路图以及实验测量结果,并根据实验测量结果进行分析.结果显示应力变化引起的钢材料特性变化导致了声传播速率的变化,且应力变化与声传播速率的变化呈线性关系.该结果证明了超声波测量钢轨应力的可行性.