基于数值方法的激光海面漫反射通信能量分布特性

 针对激光点对点通信方式的不足,提出了利用海面作为激光漫反射媒介进行组网通信的设想,采用前后向迭代的数值方法结合Green函数谱积分加速算法(FBM/SAA)对激光海面漫反射通信的能量分布特性进行了研究。通过对激光光束入射海面后产生的散射场的分析、计算及实验验证,得出了较为准确的2维激光海面双站散射系数,并对激光光束入射海面后的散射场进行了分析。研究结果表明：入射激光束经过粗糙海面散射后,能量大部分集中在前向散射区域上,而后向散射强度很弱,且在散射场的边缘处能量迅速衰减,说明了激光海面漫反射组网通信方法的可行性。通过与前后向迭代法和Kirchhoff近似方法的计算结果的比较,说明了FBM/SAA是一种高效、准确的计算方法。     

Ba-Sr系统激光感生碰撞能量转移的数值计算

以现有的激光感生碰撞能量转移的四能级理论模型为基础,通过直接积分态振幅的运动方程,对弱场、强场两种情况下Ba-Sr系统的激光感生碰撞能量转移过程进行了数值计算,得到了两种情况下的激光感生碰撞跃迁概率和碰撞截面的谱线线型.在弱场情况下的数值计算结果与近似解析解的计算结果符合很好.对强场情况下的数值积分计算结果表明：激光感生碰撞作用随转换激光强度的增大而增强;强场时激光感生碰撞截面谱线的峰值位置明显偏离了共振频率并向紫端移动,且碰撞截面谱线的半宽度(即调谐范围)较之弱场明显变小. 关键词： 激光感生碰撞能量转移 碰撞截面 Ba-Sr系统 强场     

基于Hartley变换的地磁场延拓技术

为了实现地磁导航,必须构建相应的地磁数据库,位场延拓技术是建立地磁数据库的重要手段,但其不稳定性已成为制约地磁导航技术应用的重要因素.为解决这一问题,研究了位场向下延拓的积分迭代法,利用Hartley变换对积分迭代法进行改进,结果证明这一变换可以兼顾计算效率和计算精度.     

束变换环孔激光谐振腔的环束场传输差分计算

 通过使用新的坐标变量和光场的表达形式，推导了新坐标系下环束场传输的偏微分方程，给出了相应差分方程的截断误差和稳定性条件，使得环束场传输计算速度大幅提高；使用二阶精度的Crank-Nicolso差分方法对束变换环孔激光谐振腔的环束场传输进行了计算，并与W.D.Murphy和M.L.Bernabe所给M-B积分近似方法的计算结果进行了比较，证实了该方法无论计算速度和精度都优于M-B积分近似方法。     

应用于多层靶准等熵压缩实验的反积分方法

针对磁驱动和激光驱动准等熵压缩实验物理中多层结构靶设计和实验数据处理的需求,在反积分处理方法的基础上,提出了多层靶的层间传递方法,实现了多层靶内加载历史的反演计算。通过正、反积分数值实验以及激光驱动实验的正、反计算,验证了多层靶中反积分数据处理方法的有效性,在绝大部分计算范围内,多层靶的反积分处理精度可以达到1%以内。利用反积分方法开展了多层靶物理实验的波形设计,并分析了不同厚度胶层的多层靶对斜波加载实验的影响。     

四频差动激光陀螺中的粒子数脉动效应

为研究激光陀螺精细模耦合作用,考虑了增益介质中的粒子数脉动效应.从激光器物理原理出发,分析了粒子数脉动效应的产生机制,结合四频差动激光陀螺特点,得出粒子数脉动效应是一种精细模耦合效应,不同激光模式间的拍频使增益介质中粒子数布居差产生调制,进而对模耦合产生影响.数值计算了粒子数脉动在耦合效应中的大小.计算结果表明:粒子数脉动效应和其他耦合效应随腔频变化基本一致,在大多数腔频范围内数值较小,为其他耦合效应的4%以下;在某些腔频范围(如0.37＜ξ＜0.46,0.02＜ξ＜0.06,0.86＜ξ＜0.88)有较大数值,为其他耦合效应的80%以上,在激光陀螺的模耦合分析中不可忽略.     

基于激光尾场加速的自反射式全光汤姆孙散射的参数优化

基于激光尾场加速的全光汤姆孙散射能够提供高质量X射线束并大大减小装置的尺寸.与分光式相比,自反射式的构架可以降低实验的时空同步难度,但是由于激光尾场电子加速和汤姆孙散射过程耦合, X射线优化难度大,目前缺乏参数优化的相关报道.本文用数值模拟修正解析理论的方法,定量分析了激光尾场电子加速和汤姆孙散射过程中激光和电子束的焦斑、脉宽、能量等参数变化情况,并给出了激光在等离子体镜上的反射率,从而实现了用解析公式计算而非数值模拟跟踪参数变化,在保证精度的同时节约了计算时间.另外,利用修正后的公式优化了给定激光条件下的自反射式全光汤姆孙散射X射线,通过改变等离子体密度和等离子体镜位置这两个参数给出了最优X射线亮度和光子产额,该方法为将来结合人工智能优化控制全光汤姆孙散射光源提供了理论基础.     

腔镜变形对平凹稳腔激光振荡模式影响的数值研究

 用Fox-Li迭代法研究了激光谐振腔镜面变形对激光振荡模式的影响, 给出了几种镜面变形条件下的激光谐振腔自再现模,即镜面上光场振幅和位相分布的模拟结果。对平凹稳定腔,为获得严格的基模激光振荡,应将这种镜面变形控制在1/20波长范围内;若镜面变形超过1/10波长,则该谐振腔不存在严格的基模自再现模。同时,高功率激光腔镜的边缘冷却方式将造成较大的镜面形状变化,从而影响激光光束质量。     

输出环状光束的新型激光谐振腔

提出一种输出环状光束的新型激光谐振腔,即在稳定激光谐振腔中采用外环耦合方式得到环状光束的输出。利用For-Li数值迭代算法求解此类激光谐振腔的积分方程,通过计算机编程计算了平面一凹球面稳定谐振腔的输出端平面镜在不同半径的情况下,谐振腔镜面上和衍射耦合输出场基模的振幅和相位分布。计算结果预示了当输出端平面镜半径小于通常的稳定腔的基模半径时,衍射耦合输出场有稳定的环状光束输出。实验中TEA CO2激光器采用印刷电路板预电离结构,增益长度90cm,腔长5m,球面全反射镜曲率半径20m,输出端平面镜半径4．5mm,得到了内环半径为4．5mm、外环半径为5．5mm的基模环形光斑输出。从而在理论上和实验上证实了该方案产生环状光束的可行性。     

积分腔的性质和应用—Ⅰ理论分析

本文研究了一种漫反射积分腔作为一种新型短脉冲激光放大器件.文中对积分腔特性进行了详细的理论分析和数值计算,并给出了与其它光泵方式(如Bethune棱镜和角锥反射器)的分析比较.     

一维瞬态辐射传输的有限元法模拟

随着超短脉冲激光的快速发展,吸收散射性介质内的瞬态辐射传输引起了人们的广泛关注.本文基于离散坐标法和最小二乘有限元法(LSFEM),提出了模拟多维吸收散射性介质内瞬态辐射传输的数值模型.该模型有效地克服了在标准Galerkin有限元法(GFEM)中发生的伪振荡现象,在时间步长较大的情况下仍然可以得到光滑无振荡的解.而且,最小二乘法产生的求解系数矩阵是对称正定的,与GFEM中的系数矩阵相比,仅需要存储一半的非零系数,可以应用许多高效的迭代求解方法进行求解.为了检验模型,本文研究了一维吸收散射性介质内瞬态辐射传输问题,其结果与蒙特卡洛法(MCM)和积分模型法(IE)的结果进行了比较,结果证实:本文的方法可以精确、高效地模拟参与性介质内的瞬态辐射传输.     

Optimized matrix inversion technique for the T-matrix method

We suggest a new approach to calculate the inverse matrix in scattering calculations using the T-matrix method. Instead of inversion of the full matrix, we suggest the inversion of two matrices, each of which contains half the number of rows. This approach allows significant time savings and a noticeable increase of the precision of scattering calculations due to fewer arithmetical operations. An iterative method can be applied to matrices whose dimension is also divisible by factors of 2, which can further increase the time savings and accuracy.     

一种改进的用于合成孔径雷达图像相干斑抑制的双边滤波参数配置方法

双边滤波能够有效光滑合成孔径雷达图像, 同时保持边缘信息. 最优配置双边滤波参数一直非常困难. 本文作者曾提出了一种迭代参数配置方法, 具有高精度、高效率的特点, 但是该方法会出现迭代错误终止的情况. 本文提出了一种改进的参数配置方法, 能够确保获得最优折衷配置的参数, 并且给出了该方法收敛性的证明. 对真实合成孔径雷达图像的实验结果显示, 在迭代精度相同的情况下, 改进方法不仅能够获得与迭代方法相当的可视效果, 而且灰度值近似方差参数具有更高的精度; 随着迭代精度的提高, 改进方法比迭代方法有更快的收敛速度.     

Distributed-feedback vertical cavity structures for optically pumped solid-state organic lasers

Theoretical analysis of threshold gain and absorption efficiency is presented for a vertical-cavity surface-emitting organic laser by using transfer matrix method. Pyrromethene 567 dye doped in a polymer film is examined for verification of the active material with an InGaN cyan LED as a pump source. By alternately stacking high- and low-refractive-index active polymer films, modeling results indicate that the threshold gain can be reduced and the absorption efficiency at the pump wavelength can be improved compared with those of a vertical cavity with a dielectric mirror stack. The absorption efficiency of the distributed-feedback resonator is not practically degraded even if the pump wavelength is located near the stopband.     

圆镜共焦腔激光横模的传输矩阵法模拟和分析

共焦腔是一般稳定腔的特例,由于等价性,共焦腔中自再现模的振幅分布、损耗和光斑尺寸常常被用于讨论一般稳定腔。为了分析具有大菲涅尔数的圆镜共焦腔,本文利用传输矩阵方法对腔模进行计算和讨论。研究结果表明:传输矩阵方法的结果与Fox-Li积分迭代法的结果一致,并且传输矩阵方法实用于大菲涅尔数共焦腔。     

复化辛普森法和傅里叶法在衍射计算上的比较

通过快速傅里叶变换(FFT)法和复化辛普森法对衍射的数值进行计算,可以看出快速傅里叶变换法是一种积分变换法,而复化辛普森法则是迭代相加的方法.通过计算得出了FFT法的计算速度高于复化辛普森法,计算精度则远低于复化辛普森法;复化辛普森法适合近距离菲涅尔衍射和近场衍射,而FFT法不适合.     

光学粒子尺寸及其它参量测量的新方法

介绍最近发展起来的三种主要的粒子尺寸及其它参量的光学测量方法,较详细地说明了相位多谱勒法、基于衍射的短阵迭代和积分变换法、测量散射短阵元的分析方法的测量原理和实现方法,对各方法的主要特点进行了讨论。     

A modified highly precise direct integration method for a class of linear time-varying systems

It is always a bottleneck to design an effective algorithm for linear time-varying systems in engineering applications.For a class of systems,whose coefficients matrix is based on time-varying polynomial,a modified highly precise direct integration(VHPD-T method)was presented.Through introducing new variables and expanding dimensions,the system can be transformed into a timeinvariant system,in which the transfer matrix can be computed for once and used forever with a highly precise direct integration method.The method attains higher precision than the common methods(e.g.RK4 and power series)and high efficiency in computation.Some numerical examples demonstrate the validity and efficiency of the method proposed.     

光学经纬仪多站交会的整体最小二乘算法

靶场多台光学经纬仪获取空中炸点坐标时,所采用的水平投影法存在未能充分利用冗余观测值以及难以从多组解算结果中选出最精确结果的问题。而基于最小二乘的交会算法,虽然能解决上述问题,但是受初值影响较大、迭代速度慢甚至可能发散。提出了一种基于整体最小二乘的交会算法,该方法在迭代计算的过程中,对权矩阵不断进行调整,直到满足一定的精度要求为止。结合仿真数据对算法进行了验证。结果表明:该算法在初值较大的情况下,不容易发散,进行10次以内的迭代计算,即可得到较好的结果,当站点至目标距离为1 500 m时,精度可达到0.3 m以内,满足靶场要求。该算法同时考虑了观测值误差和模型线性化误差,大大降低了初值的影响,提高了收敛速度,能够精确地解算出炸点的三维坐标。     

长周期光纤光栅透射谱计算方法的比较与分析

长周期光纤光栅透射谱的求解方法有多种,本文以耦合模理论为基础,对常用的积分法、公式法、传输矩阵法求解长周期光纤光栅的透射谱进行比较与分析,指出这三种求解方法各自的特点和适用条件.积分法可在较宽波长范围内直接得到多个模式透射谱的精确解,但求解过程繁琐,运算量大;公式法虽然在表述和计算上较为方便,但只能在较小波长范围内直接求解单个模式的透射谱;传输矩阵法求解过程简便、准确度高、计算量相对较小,特别适合计算一些非均匀光纤光栅的透射谱.该研究为选择一种精确度高且理论和计算都较简单的计算长周期光纤光栅透射谱的方法提供理论依据.