反射率的数值反演

通过分析热流边界条件下的一维热传导过程,提出并实现了由后表面温度变化历史曲线反演前表面反射率变化历史曲线的数值方法。通过一维热传导的正向和反演计算过程,验证了反演程序的可靠性。对数值反演计算和实验测量两种方式得到的反射率曲线进行了对比,结果显示,两条反射率曲线在变化趋势上符合较好,初步验证了一维温度场中数值反演方法的可行性。     

铝靶动态激光反射率的数值模拟

 从金属近自由电子模型——Prude/Fresnel理论出发，分析了激光作用下铝靶表面反射率的动态变化规律。通过对铝电导率与温度变化关系的数值模拟，得到了凝聚态、液态、气态反射率的动态变化规律，且与实验结果基本符合。当激光功率密度处于10¹¹~10¹⁵ W/cm^-2范围内时，由等离子体模型和局部热力学平衡（LTE）理论，亦得到了反射率随温度变化的数值模拟结果，与国外的实验结果符合得较好。     

ETM图像地物反射率光谱反演

用搭载在卫星Landsat-7上的多光谱成像仪ETM记录的来自地气系统的辐亮度光谱图像,反演地物反射率光谱,在ETM 1波段,反射率反演的不确定度基本上保证在17%以内,2,3波段在10%以内,优于目前常用的简易算法。用反演的地物辐亮度光谱合成的sRGB真彩色图像,清晰度欠佳,未作经验调整时明显偏色,用于航天对地真彩色摄影这一反演精度还不够,但用于目视判读明显优于原图像。     

二维波动方程数值反演的迭代方法

本文针对二维波动方程的反演问题，提出了一种新的迭代方法。该方法是一种牛顿型迭代，并且每步迭代都利用吉洪诺夫正则化方法克服反问题的不适定性，因此具有良好的数值稳定性。文中给出了数值仿真实例说明了本方法的可行性及有效性。     

反射率测量中的热辐射影响及其消除方法

 反射率测量过程中,被激光加热的材料发出热辐射光,对探测器测量存在明显干扰,给测量结果带来了较大误差,该现象普遍存在于以往的测试工作中。通过深入分析热辐射特性,在反射率测量装置中加入透过波长不同于加载激光波长的探测器,探测热辐射在该透过波长下的光强信号,并利用比对法消除了反射率测量过程中的热辐射干扰,使高温段的反射率测量精度得到较大提高。     

反射率测量中的热辐射影响及其消除方法

反射率测量过程中,被激光加热的材料发出热辐射光,对探测器测量存在明显干扰,给测量结果带来了较大误差,该现象普遍存在于以往的测试工作中。通过深入分析热辐射特性,在反射率测量装置中加入透过波长不同于加载激光波长的探测器,探测热辐射在该透过波长下的光强信号,并利用比对法消除了反射率测量过程中的热辐射干扰,使高温段的反射率测量精度得到较大提高。     

强激光对传输光学元件热效应的数值模拟研究

强激光通过反射镜、窗口等光学元件传输过程中，光学材料对激光会有微弱的吸收，由此引起光学元件的热畸变，影响传输效率和远场能量集中度。基于三维瞬态热传导方程和弹性应力-应变方程，研究了波长1.315μm非对称环形强激光束辐照下硅反射镜、白宝石窗口的温度、变形和应力的分布规律，特别研究了激光强度、激光输出时间、光束遮拦比、光强分布的空间梯度等对元件热效应的影响；还研究了波长3．8μm非对称空心矩形激光束辐照下氟玻璃窗口温度、变形和应力的分布规律。计算了变形对光束波前位相和光束质量的影响。     

连续激光重复加载下30CrMnSiA钢的反射率

利用双光束反射率测量装置,研究了连续激光重复加载作用下30CrMnSiA钢金属材料的反射率变化特性。通过激光加载、冷却然后再加载到更高的温度的辐照试验与激光单次辐照的结果比较,发现二次加载时材料表面的激光反射率与样品表面首次加载时达到的最高温度所对应的反射率基本一致,只有达到并超过首次加载时样品曾达到的最高温度后,样品表面的反射率才会再次发生变化,且变化趋势与单次完整加载时的路径重合。这表明样品表面的反射率与其达到的最高温度有关,进一步的研究结果表明,样品达到的最高温度与样品表面在最高温度下产生的氧化反应层有关,而这一氧化层在冷却过程和再加载过程不变化。     

大气CO2反演的地表反射率影响分析与比值反演方法

近红外波段空基大气CO₂反演是一个病态问题,地表特征的不确定性是其重要的影响因素之一。针对大气CO₂高精度反演的需求,研究了地表反射率两大不确定性因素对大气CO₂反演的影响程度,提出了比值光谱法对这种影响进行校正。比值光谱法中CO₂无吸收通道(off-line)的选择至关重要,通过比较和分析多种off-line通道的选择方法,发现多通道多点平均法因多数据平均可降低随机误差的优势,获得的off-line通道对应的反演精度最高,而且离散程度也小。比值光谱法结合多通道多点平均法选取出的off-line通道对地表反射率的不确定性影响有明显的校正效果,有利于大气CO₂反演精度的提高。     

强激光等离子体耦合效应的数值模拟

 研究了高强度（10¹²(10^{14W/cm2）,纳秒脉冲(高斯型)激光与AI、 CH等离子体的耦合效应。采用一维双温、单流体力学方程组,数值模拟研究激光强度和波长对靶表面能量沉积和对等离子体特征参数的影响。激光等离子体耦合的主要机制有:轫致辐射、逆轫致辐射吸收、热扩散和电子、离子之间碰撞能量交换。给出了电子最高温度与光强的近似定量关系。}     

Experimental feasibility of phaseless inverse scattering methods for specular reflectivity

The possibilities for calculating the X-ray or neutron scattering potential across a thin film from experimental specular reflectivity amplitude information alone and using full dynamical theory, i.e., phaseless inverse scattering, are investigated and compared with traditional fitting methods. The feasibility of the method is demonstrated by one trivial and two non-trivial experimental examples. The usefulness, but also the limitations are outlined by the experiments and by numerical examples. The data reduction is treated in some detail and, in particular, a new method is proposed for deconvolving the experimental data from the instrumental smearing function. Received 19 May 1999     

光学元件波前梯度的数值计算方法

惯性约束聚变系统中光学元件的波前梯度均方根是一个关键参数,对其数值计算涉及到的空域处理、频域滤波及梯度算法等关键技术进行了理论分析。分别采用最简单差分算法、中心差分算法、最小二乘拟合算法、“五点法”对实测波前数据进行了梯度均方根值计算。结果表明波前数据的空域处理采用Quad-flip技术较为合适;频域滤波器的选用上应着重考虑滤波的有效性。对于原始波前,4种算法计算梯度均方根值的差别小于0.01 λ/cm(λ=632.8 nm);而对于截止频率为0.0303 线/mm的低通滤波后波前,其差别小于0.001 λ/cm,该差别对计算结果的影响可以忽略。     

光学元件波前梯度的数值计算方法

 惯性约束聚变系统中光学元件的波前梯度均方根是一个关键参数,对其数值计算涉及到的空域处理、频域滤波及梯度算法等关键技术进行了理论分析。分别采用最简单差分算法、中心差分算法、最小二乘拟合算法、“五点法”对实测波前数据进行了梯度均方根值计算。结果表明波前数据的空域处理采用Quad-flip技术较为合适;频域滤波器的选用上应着重考虑滤波的有效性。对于原始波前,4种算法计算梯度均方根值的差别小于0.01 λ/cm(λ=632.8 nm);而对于截止频率为0.0303 线/mm的低通滤波后波前,其差别小于0.001 λ/cm,该差别对计算结果的影响可以忽略。     

超辐射机制相对论返波管的数值计算

运用相对论返波管非线性理论,推导出描述相对论返波管束波互作用的非线性自洽方程组;数值求解了该非线性自洽方程组,揭示了相对论返波管中由非稳态束波互作用产生的超辐射现象的基本规律：输出超辐射波峰值功率大约与参与互作用电子总电荷量的平方成正比。并将超辐射和由稳态束波互作用所产生的受激辐射作了相关比较,结果表明：超辐射是短电子束脉冲产生非稳态束波互作用的结果,而受激辐射是长电子束脉冲产生稳态束波互作用的结果;不断增加电子束脉冲宽度,辐射机制由超辐射转变为受激辐射。     

超辐射机制相对论返波管的数值计算

 运用相对论返波管非线性理论,推导出描述相对论返波管束波互作用的非线性自洽方程组;数值求解了该非线性自洽方程组,揭示了相对论返波管中由非稳态束波互作用产生的超辐射现象的基本规律：输出超辐射波峰值功率大约与参与互作用电子总电荷量的平方成正比。并将超辐射和由稳态束波互作用所产生的受激辐射作了相关比较,结果表明：超辐射是短电子束脉冲产生非稳态束波互作用的结果,而受激辐射是长电子束脉冲产生稳态束波互作用的结果;不断增加电子束脉冲宽度,辐射机制由超辐射转变为受激辐射。     

Numerical solution of inverse scattering for near-field optics

A novel regularized recursive linearization method is developed for a two-dimensional inverse medium scattering problem that arises in near-field optics, which reconstructs the scatterer of an inhomogeneous medium located on a substrate from data accessible through photon scanning tunneling microscopy experiments. Based on multiple frequency scattering data, the method starts from the Born approximation corresponding to weak scattering at a low frequency, and each update is obtained by continuation on the wavenumber from solutions of one forward problem and one adjoint problem of the Helmholtz equation.     

Numerical computation of rotation numbers of quasi-periodic planar curves

Recently, a new numerical method has been proposed to compute rotation numbers of analytic circle diffeomorphisms, as well as derivatives with respect to parameters, that takes advantage of the existence of an analytic conjugation to a rigid rotation. This method can be directly applied to the study of invariant curves of planar twist maps by simply projecting the iterates of the curve onto a circle. In this work we extend the methodology to deal with general planar maps. Our approach consists in computing suitable averages of the iterates of the map that allow us to obtain a new curve for which the direct projection onto a circle is well posed. Furthermore, since our construction does not use the invariance of the quasi-periodic curve under the map, it can be applied to more general contexts. We illustrate the method with several examples.     

Numerical T1 computation from NMR intensity ratios

Two-point measurement of tissue T1 from NMR intensity ratios consists of forming an a priori ratio function describing a T1 dependence of the ratio R(T1) and computing T1 from an observed ratio Q by numerically solving R(T1)-Q = 0 or an equivalent equation. Impact of R(T1) designs on the numerical computation and dependence of relative speeds of three numerical methods on desired computational precisions q and on other factors are examined. All three methods begin with computing a table of R(T1) entries in uniform T1 steps (delta T1). In two iterative methods, a step containing the T1 root is looked up, and the precise T1 location within the step is pinpointed to within a q value by either linear-interpolative (LI) or Newton-Raphson (NR) iteration. The third method simply consists of computing a large table of delta T1 = q for a mere "look-up" with no iterative search. All three methods require a monotonous R(T1) for uniformly effective computation over wide T1 ranges. Speeds of either iterative method for computing T1 images are expected to vary with delta T1 and q with unsharp speed maxima at delta T1 near 20, 6, and 2 ms for q = 10(-1), 10(-2), and 10(-3) ms, respectively. Either iterative method is suitable for both low- and high-precision computations, the LI method being generally faster. The simple look-up is the fastest of the three for T1 image computation to low precisions of q greater than or equal to 1 ms, is likely the slowest for that to q = 0.1 ms, and is impractical for that to q less than or equal to 0.01 ms.     

钢丝网混凝土电磁波反射和透射性能数值模拟

通过数值模拟的方法研究了素混凝土、钢丝网和钢丝网混凝土板对电磁波的屏蔽和吸收性能。首先将模拟得到的素混凝土反射率和透射率曲线和试验得到的曲线进行对比。对两种不同规格的钢丝网进行了数值模拟,并与试验和理论解进行了比较,对不同直径、网径、层数的钢丝网进行了数值模拟。最后研究了钢丝网及钢丝网位置对混凝土反射和透射性能的影响。数值模拟采用三维电磁仿真软件HFSS15.0。相同网径条件下,钢丝网直径越大,反射率越大,透射率越小。钢丝网直径相同的条件下,网径越大,反射率越小,透射率越大。在混凝土中间加入钢丝网对反射率平均值大小影响很小,主要影响反射率曲线的谐振性。