弯轨ˇCerenkov辐射计算中的稳相法*

从介质中沿弯曲轨道运动的带电粒子辐射的频谱角分布公式出发,分析了粒子速度大于介质中的光速时,稳相点在ˇCerenkov效应中所起的关键作用,并给出了通过在稳相点附近做渐近展开来计算弯轨ˇCerenkov辐射的稳相法.运用稳相法,计算了同步ˇCerenkov辐射在粒子轨道平面附近以及在临界角附近的频谱角分布.计算结果表明,同步ˇCerenkov辐射频谱的特征依赖于观测方向附近对应的稳相点性状,特别是在较大的临界角附近的频谱与小角度近似时很不相同.     

Goos-H(a)nchen位移数值求解及其在光学教学中的应用

微纳光学中Goos-H?nchen位移是重要的现象,虽然通过稳相法可得其数值结果,但学生很难将求解过程与实际物理现象相联系.针对此问题,本文提出基于角谱理论计算光斑的空间分布及反射光斑与入射光斑之间的位移.由于稳相法适用于有限孔径平面波和傍轴高斯光束,为了与稳相法结果对比,本文以高斯光束入射至近零介电常数介质为例进行计算,相关数值计算步骤可推广至任意均匀各向同性介质、任意模式光束的计算,结果表明当入射角度远离临界角时数值计算与稳相法结果相符,但在临界角附近,稳相法结果中存在相位突变形成的极点,不符合实际情况,而数值结果能够更准确的描述高斯光束的偏移情况.本文提供了另一个角度来观察实际光束的Goos-H?nchen位移,可帮助学生加深对Goos-H?nchen位移的理解,了解稳相法适用条件及光束强度分布的变化.     

单轴各向异性左手介质表面的Goos-H?nchen位移

分析了单轴各向异性左手介质表面的Goos-H?nchen位移，分别给出了光轴与两种介质的界面垂直和平行情形下的Goos-H?nchen位移解析表达式，并分析了Goos-H?nchen位移产生的条件以及位移的正负情况.还采用菲涅尔近似的方法给出了临界角附近的Goos-H?nchen位移表达式，结果表明临界角附近的Goos-H?nchen位移是入射光的束腰半径和入射角的函数，并且给出了临界角入射时Goos-H?nchen位移的较为简洁的近似表达式，这样就在整个角度的取值范围内都给出了Goos-H?nchen位移的表达式. 关键词： Goos-H?nchen位移 左手介质 单轴各向异性 临界角     

瑞利临界角的相位法测量

本文根据声波在液体内传播到液-固介质界面上,在入射角为瑞利临界角附近时,反射波有位相π变化的特点,提出了测量瑞利临界角的相位法,并进行了实验观察。这种方法可以用来精确测量固体声表面波的相速度和检测固体中横波相速度的微小变化.     

波前编码系统的点扩散函数稳相法分析

本文利用稳相法从本质上分析了三次相位波前编码系统的点扩散函数特性.通过分析三次相位板任意位置掩膜带和点扩散函数的关系,指出点扩散函数和稳相点的关系:两个稳相点引起点扩散函数的振荡,一个稳相点则只会造成点扩散函数的平稳变化.相位掩膜带或相位掩膜对的对称结构是同一区域内存在两个稳相点的必要条件,对称结构的不同位置对应于点扩散函数的不同部分.这种对应关系同时解释了对焦点扩散函数只存在振荡,而离焦点扩散函数却还存在平缓变化区域的本质原因,这是由离焦时光学对称轴和几何对称轴不重合引起的.本文建立了点扩散函数和对称相位掩膜对之间的对应关系,可以有效地指导相位掩膜的加工和检验.     

辐射传输介质散射相函数的蒙特卡洛算法

复分散系相函数在辐射介质传热中是关键参数,蒙特卡洛法兼具数值算法与试验测量的优点.利用该方法计算复分散系的多重散射相函数克服了以往算法的缺点,可以体现多重散射的影响,并且可以计算任意形状控制体的相函数.大量的数学实验发现当介质系密度增大时,散射能量在4π空间内分布趋于均匀.     

非球形气溶胶粒子散射相函数经验公式

散射相函数是研究电磁波传输特性的重要参数，直接影响电磁波传输方程的简化程度和解的精度。基于电磁散射与辐射传输中的基本理论，对非球形粒子散射相函数的经验公式进行了研究。为了很好的模拟非球形粒子的后向散射峰值，提高辐射传输方程的简化程度和解的精度，提出了一种新的相函数经验公式。分析新的相函数对非球形粒子的适用性，以单个沙尘性气溶胶为例，计算了不同形状粒子的Henyey-Greenstein*相函数和新的相函数随角度的变化，并与T矩阵法的计算结果进行了对比，发现椭球形粒子的长短轴比和有限长圆柱形粒子的径长比大于0.5时，新的相函数在大角度后向散射部分与T矩阵法的吻合程度较高。考虑波长变化，对比了尺寸谱满足对数正态分布的四种气溶胶粒子的Henyey-Greenstein*相函数和新的相函数与T矩阵法的计算结果。研究表明，对于椭球形粒子和有限长圆柱形粒子，在大角度(大于90°)后向散射部分，除了0.694时的椭球形海洋性气溶胶，新的相函数均方根差较小的占100%，证明了新的相函数可以较好的模拟非球形粒子的后向散射特征。新的相函数对准确模拟辐射传输过程具有重要意义。     

紫外波段多分散系气溶胶散射相函数随机抽样方法研究

基于电磁散射与辐射传输中的基本理论,对紫外波段霾尺度范围内满足特定分布的多种气溶胶粒子的散射相函数进行了研究.提出了一种直接随机抽样拟合散射相函数的方法.比较了H-G相函数、改进的H-G相函数及随机抽样拟合的相函数与多分散系Mie相函数的偏离程度.数值计算了不同相函数拟合方法对应气溶胶的传输特性.计算结果表明,相函数的准确模拟计算对于蒙特卡罗方法等辐射传输问题的解决具有十分重要的意义.     

散射相函数对一维介质内辐射传递的影响规律

采用有限体积法研究了一维线性各向异性散射介质内散射相函数对辐射传递的影响规律.经与理论解、辐射元法、蒙特卡洛法计算结果比较表明,有限体积法的计算结果更可靠,且不同散射相函数的辐射换热系统中,其无因次热流之比与光学厚度之间存在某种单调变化的函数关系,利用该函数关系可以检验模型的准确度.     

离散坐标法在计算生物组织内光场空间角分布中的应用

从辐射传输理论出发,研究了准直光照下层状生物组织内漫射光场的角分布.在辐射传输方程的基础上,采用离散坐标法得到了描述层状生物组织内漫射光传输问题的微分方程组形式,并用特征值-特征矢量方法对其进行了求解,给出了通解形式.结合边界条件对两类典型生物组织内漫射光场角分布进行了数值计算-各向同性组织和前向散射组织,给出了组织内不同深度处漫射光场空间角分布曲线.通过对计算结果比较分析,得到了生物组织内漫射光场空间角分布随深度的变化规律,及边界效应和光学参量对组织内漫射光场空间角分布的影响.     

掺杂对随机取向团簇粒子辐射特性的影响

利用Bruggeman有效介质理论得到了占有不同体积份额杂质的团簇粒子的等效复折射率.采用离散偶极子近似方法对包含有不同化学成分的随机取向团簇粒子的散射相函数、消光、吸收、散射效率因子、单次散射反照率以及不对称因子等辐射特性参量进行了数值计算,深入探讨了掺杂量对随机取向团簇粒子辐射特性的影响.研究表明,掺杂对随机取向团簇粒子的辐射特性产生显著的影响,并且此影响随着粒子尺度参量的变化而变化.这一工作对研究多种化学成分组成的混合气溶胶的辐射及气候效应具有重要科学价值.     

单轴各向异性左手介质表面的Goos-Hnchen位移

分析了单轴各向异性左手介质表面的Goos-Hanchen位移,分别给出了光轴与两种介质的界面垂直和平行情形下的Goos-Hanchen位移解析表达式,并分析了Goos-Hanchen位移产生的条件以及位移的正负情况.还采用菲涅尔近似的方法给出了临界角附近的Goos-Hanchen位移表达式,结果表明临界角附近的Goos-Hanchen位移是入射光的束腰半径和入射角的函数,并且给出了临界角入射时Goos-Hanchen位移的较为简洁的近似表达式,这样就在整个角度的取值范围内都给出了Goos-Hanchen位移的表达式.     

钙、锶、钡和汞离子激光中的共振辐射俘获效应

根据Holstein的共振辐射俘获理论，讨论了气体温度和辐射俘获下能级粒子数密度对辐射俘获上能级有效辐射寿命的影响，显示辐射俘获下能级粒子数密度是辐射俘获效应中的主导因素.计算了钙，锶，钡和汞四种离子七条共振-亚稳能级跃迁激光在不同电离率下产生共振辐射俘获效应的阈值条件，发现当电离率为5%时这类激光的出光温度与共振辐射俘获的阈值温度相一致，这与实验得出的电离率为3%—5%相符合.表明达到共振辐射俘获阈值条件是该类激光实现粒子数反转的重要因素.     

金属/电介质颗粒复合介质光学双稳的温度效应

应用有效媒质近似，结合自洽平均场理论和谱表示方法，研究了金属电介质颗粒复合介质的光学双稳行为与温度的关系.数值计算了不同的入射频率、体积分数和形状因子下光学双稳的温度效应，结果发现，温度对光学双稳的产生、双稳阈值及阈值宽度有很大影响. 关键词： 复合介质 光学双稳 谱表示 温度     

改进的单次散射相函数解析表达式

单次散射相函数对电磁辐射传输模拟过程的准确性和计算效率有重要的影响.基于电磁散射与辐射传输中的基本理论,对单次散射相函数的解析表达式进行了研究,提出了一种新的单次散射相函数解析表达式.比较了单个粒子的Henyey-Greenstein相函数、Henyey-Greenstein*相函数与新的相函数随角度的分布,发现新的散射相函数提高了后向散射峰值,可以更合理地描述单个粒子的散射特性.按三种气溶胶粒子谱分布模式计算了Henyey-Greenstein*相函数和新的相函数对应的数值结果,并与多分散系Mie散射相函数进行对比,发现新的相函数提高了与多分散系Mie散射相函数的符合程度.研究表明,对于大角度(大于90°)后向散射,新的相函数与Mie散射相函数均方根差较小的占73.3%,高于Henyey-Greenstein*相函数的26.7%,证明了新的相函数可以显著提高后向散射峰值.新的相函数对准确模拟辐射传输过程具有重要意义.     

能量稍高于库仑位垒的~(12)C+~(209)Bi反应的半经典分析

对于入射能量稍高于库仑位垒的较轻的重离子引起的反应,假定宏观摩擦力可以忽略,根据半经典理论,从拟合弹散的经典偏转函数出发,用统一的框架计算获得反应机制按入射道轨道角动量的分类图.此外,在K-G角分布公式中增加了一个反映Q-窗效应的转移几率因子,得出了计算转移反应的半经典的能量微分截面公式.数值计算结果,包括弹散角分布、淮弹性转移过程中出射a粒子的角分布和能谱、金融合截面、融合-裂变截面以及中子蒸发的激发函数等与本所发表的~(12)C+~(209)Bi反应的实验数据基本相符.     

等离子体光栅靶的表面粗糙度对高次谐波产生的影响

极紫外光和软X射线由于其波长和脉冲持续时间极短,可用于超快物理过程和物质微观结构的探测.最近几年,研究人员发现激光和等离子体相互作用可以产生持续时间极短(阿秒)且相干性较好的高次谐波辐射,其波长可接近甚至达到水窗波段.然而,实验研究指出,理论上应出现的一些谐波在实验中并没有出现.本文针对超短超强激光与非理想条件下的等离子体光栅靶相互作用产生高次谐波的物理过程进行了理论分析和粒子模拟.研究结果表明,等离子体光栅的周期性结构对于高次谐波的频谱和辐射角分布存在显著调制效果.光栅靶表面粗糙度直接影响光栅的光学调制效果,改变高次谐波的频谱分布和辐射角分布.理想光栅条件下,满足光栅匹配条件的特定阶数谐波明显获得增强,且辐射张角集中在平行靶面的方向.靶表面粗糙度的出现,导致光栅匹配条件失效,高次谐波能量向各阶分散且辐射张角逐渐偏离靶表面方向.研究结果较好地解释了实验中观测到的谐波频谱分布,为进一步的研究提供了一定参考.     

库珀对粒子密度的最可几有效约束分布与表面超导电性

库珀对粒子在稳恒磁场中运动时有最可几的密度分布.有界超导体与真空或绝缘介质接触时的边界效应对这种分布起有约束影响,并改变有效势的分布,使边界附近的有效势能自然地降低,以致出现表面超导壳层,其厚度随磁场的减小有非线性地增大的趋势.利用这种约束分布,方便地获得了在平行场中超导平板的第三临界场.     

多次散射辐射传输计算中的相函数处理

在实际大气中,分子和粒子不仅遭受单次散射,还遭受多次散射。本文首先计算了多次散射在总散射量中的贡献。结果表明当光学厚度大于0.1时,多次散射在总散射量中的贡献将超过10%,因此必须考虑多次散射的作用。在多次散射辐射传输计算时,一般需把散射相函数展开为勒让德(Legendre)函数的多项式。有些介质如云或气溶胶粒子,散射相函数前向非常尖锐。展开的Legendre多项式需数百项甚至上千项才能收敛,而计算时间与展开项数的3次方成正比。本文介绍了在辐射传输计算时对尖锐相函数的δ-M和δ-fit处理方法,比较了两种方法的计算结果。当计算用的流数相同时,δ-fit方法的计算结果比δ-M方法的计算结果要精确得多;当计算结果精确度相同时,δ-fit方法的流数比δ-M方法的流数少得多,运算速度也快很多。δ-fit方法是目前处理散射相函数的理想方法,可以大大提高计算的精度以及缩减运算时间。     

自聚焦克尔类电介质中非傍轴光束调制非稳的研究

将非傍轴效应等效为四阶空间色散、五阶非线性效应和自陡峭效应加以处理.利用线性稳定法研究非傍轴光束在非线性克尔介质中的传播稳定性.理论分析和数值模拟均表明，入射功率p₀和非傍轴参量a决定非傍轴光束调制非稳增益谱呈现出三种不同的分布规律，并给出相应判据以区分三种不同分布. 关键词： 非傍轴光束 调制非稳 增益谱 克尔介质