表面窄缺陷深度的光声检测方法

为实现对表面缺陷深度的激光超声定量检测,建立了与缺陷宽度有关的深度测量理论。建立了含有宽度修正项的深度测量公式,并定义了缺陷尺寸比值概念,划分了窄缺陷、极窄缺陷与宽缺陷三种缺陷类型,以及在这三种不同类型下缺陷深度测量方法的适用性,并采用有限元仿真加以验证;搭建了激光超声检测实验平台,对铝合金表面缺陷样品进行了深度检测。结果表明:引入宽度修正项可实现对窄缺陷深度的定量检测,该方法的平均测量误差不足5%,很好地实现了缺陷深度的精确测量。     

节瘤缺陷激光损伤的研究进展

在近红外反射类激光薄膜中,节瘤缺陷是引起薄膜激光损伤的主要因素。为了提高激光薄膜的损伤阈值,对节瘤缺陷及其损伤特性进行研究具有重要意义。从真实节瘤缺陷和人工节瘤缺陷两个方面介绍节瘤缺陷的研究进展。基于真实节瘤缺陷的研究,建立了节瘤缺陷的结构特征,形成了节瘤缺陷损伤特性和损伤机制的初步认识,利用时域有限差分法(FDTD)模拟了电场增强,初步解释了节瘤缺陷的损伤机制,发明了抑制节瘤缺陷种子源的方法和激光预处理技术,减少了节瘤缺陷,提高了薄膜损伤阈值。但是真实节瘤缺陷的性质,如种子源尺寸、吸收性以及位置深度等,都难以控制和预测,难以开展节瘤缺陷损伤特性的系统和量化研究,致使关于节瘤缺陷损伤的科学认识尚有不足。基于人工节瘤缺陷的研究,可以实现节瘤缺陷损伤特性的系统、量化甚至单一因素研究,极大地提高了实验研究的效率和可靠性,获得了一系列定量损伤规律。人工节瘤缺陷的高度受控性使实验研究与理论模拟的可靠对比成为可能,人工节瘤缺陷的损伤形貌和FDTD电场模拟的直接比较实验不仅验证了时域有限差分法(FDTD)模拟电场的正确性,也进一步明确了电场增强是诱导节瘤缺陷损伤的主要机制。对节瘤缺陷的损伤机制有了更为深刻的认识后,人们开始调控节瘤缺陷的电场增强效应提高节瘤缺陷的损伤阈值,发展了宽角度反射薄膜技术和节瘤缺陷平坦化技术,抑制电场增强,提高损伤阈值。这扩展了控制节瘤缺陷的思路和方法,从原来单一的去除节瘤缺陷到调控节瘤缺陷,为进一步提高薄膜的损伤阈值开辟了新的方向和途径。     

团簇状缺陷对纤维束断裂过程的影响

材料内部缺陷对复合材料的拉伸断裂性质有着极其重要的影响.纤维束模型是研究材料拉伸断裂性质常用的理论模型,已有含缺陷纤维束模型的工作表明,在纤维束模型中引入单纤维缺陷后,缺陷对模型拉伸断裂性质产生了显著影响.为研究实际材料内部存在的不同尺寸及损伤程度的缺陷,本文引入缺陷的空间尺寸、缺陷程度和缺陷内部纤维损伤程度分布等影响因素,构建了含团簇状缺陷的扩展纤维束模型.在最近邻应力再分配下,通过数值模拟分析了缺陷个数a、缺陷尺寸上限β和缺陷内部纤维缺陷程度的线性、指数和常数函数分布形式对复合材料断裂过程的影响.分析发现,由于缺陷空间分布存在的重叠竞争机制,在缺陷尺寸上限b较大时,缺陷个数对系统负载能力的影响具有饱和的趋势.而由于缺陷中心纤维的缺陷程度正比于缺陷尺寸,因此随着缺陷尺寸上限β的增加,其对模型负载能力的影响越来越显著.缺陷内部纤维缺陷程度的空间分布函数对以上规律没有产生实质影响,仅改变了各断裂性质的具体取值.本文的模拟分析结果对提高复合材料的力学性能具有一定的理论意义.     

含缺陷的石墨烯对增强树脂基复合材料力学性能的影响

基于分子结构力学和多尺度方法,采用有限元商业软件ABAQUS,针对石墨烯存在的几种缺陷,构建了含有不同数量的双原子空缺缺陷和Stone-Wales(S-W)缺陷的石墨烯增强环氧树脂复合材料的有限元模型,研究了石墨烯的缺陷在不同石墨烯体积分数下对复合材料弹性模量以及界面层应力传递的影响。数值模拟结果表明,随着石墨烯体积分数的增加,完美石墨烯和缺陷石墨烯增强环氧树脂复合材料弹性模量均呈现线性上升。其次,缺陷种类和数量之间的结果对比表明,空缺缺陷会明显降低复合材料的弹性模量,且随着缺陷数量的增加,变化更明显。而S-W缺陷在一定程度上增加了复合材料的杨氏模量,对于剪切模量,则出现下降趋势。另外,界面层的应力传递一定程度上反映了缺陷对复合材料的影响。     

基于数学形态学的像增强器缺陷的图像检测方法

介绍了一种利用图像阈值分割和数学形态学噪声处理的像增强器缺陷的检测方法,通过对阈值分割二值化后的缺陷图像进行形态滤波,达到了自动检测缺陷的目的。该方法不受缺陷形状和位置的影响,能够快速准确的识别出其缺陷,自动判别缺陷的准确性和实际用人眼观察缺陷的结果相一致。实验结果证明了该方法在实际应用中的可行性。     

多腔诱导透射滤光片缺陷的成因分析及抑制

多腔诱导透射滤光片制备后出现的缺陷,严重地影响了薄膜样品的品质以及环境稳定性。实验用热蒸发的方法在室温浮法玻璃基底上制备了四腔诱导透射滤光片。用光学显微镜观测了缺陷的形貌,将缺陷分为不同类型的点状缺陷和线状缺陷,并结合光学轮廓仪和电子能量散射谱仪分析了缺陷的深度以及元素成份。分析结果显示,基片污染、喷溅以及应力、亚表面缺陷等综合因素是诱发缺陷产生的主要原因。为减少缺陷数量以及其尺寸和深度,实验验证了基底酸洗工艺对缺陷的抑制效果,证明了酸洗工艺具有可行性。最后结合缺陷产生的可能原因提出了制备工艺改进措施,已经取得了较好的成果。     

基于线缺陷声子晶体的声波导设计

在含缺陷的声子晶体中,缺陷模的声波能量被局限在缺陷处,据此设计了由花岗岩柱体按周期排列在空气中形成的二维线缺陷声子晶体型声波导.采用平面波展开法数值模拟了该模型的能带结构,确定最佳的排列形式以及缺陷能带的频率范围.测量了透过声子晶体的声压强,确定缺陷能带.实验结果证实线缺陷声子晶体对缺陷模具有明显的声波导作用.     

基于超声相控阵衍射波图像的缺陷测量方法*

工程应用中通常采用超声相控阵的脉冲发射法对缺陷进行扇形扫描,并通过6dB法测量缺陷尺寸。然而,基于反射波幅度的6dB测长方法很难精确地测量缺陷尺寸。本研究提出利用超声相控扇形扫描图中的缺陷衍射波图像测量缺陷尺寸以获得较高的测量精度。首先,分析了扇扫图像中缺陷衍射波特征图像及其影响参数以获得清晰的扇扫缺陷衍射波图像;其次,提出了基于衍射波的缺陷尺寸测量方法,并比较了多种测量方法的测量精度。研究结果显示：基于相控阵扇扫的缺陷衍射波测长精度较之反射波幅度法更高,而反射波法更适用于缺陷取向的测量。本研究为缺陷定量检测提供了一种更为有效的解决方案。     

表面缺陷的方向性对漏磁场分布的影响

由于漏磁检测(MFL)具有操作简单、成本低廉、信号稳定等特点,已被广泛应用于铁磁材料的无损检测.在MFL领域,实现缺陷评估的关键是对漏磁信号与缺陷几何特征之间的关系进行准确描述.本文建立了一个任意方向的表面缺陷漏磁场分布的三维数学模型.首先,将表面缺陷近似为一个有限长的矩形槽来进行描述;然后,从理论上分析了不同缺陷方向下槽壁磁荷密度的变化规律;最后,通过矢量合成得到了有向缺陷的漏磁场分布.开展了仿真和实验,对缺陷在不同磁化方向下的漏磁场分布进行了分析.实验结果表明,缺陷的MFL分布与方向性密切相关.随着与磁化方向夹角增大,缺陷漏磁场水平分量亦增加,单峰性也越突出;但垂直分量却随夹角的增大而呈现双峰分布.所建模型能有效地描述缺陷的方向性对漏磁场分布影响,对优化MFL检测器设计和提高缺陷评估质量有实际指导意义.     

激光预处理ZrO_2-SiO_2 1064nm高反射膜的机理

分析了激光预处理对ZrO2-SiO21064nm高反射膜激光损伤阈值以及引起损伤缺陷的影响。在以缺陷损伤阈值和缺陷密度表征缺陷的基础上,研究了预处理前后薄膜中引起损伤缺陷的变化情况。研究了激光预处理能量和预处理效果的关系。结果表明,激光预处理可以清除ZrO2-SiO21064nm高反射膜中低阈值的缺陷,但预处理能量密度较高时,可以使薄膜中高阈值缺陷转化成低阈值缺陷。因此扫描预处理应采用相对较低的能量密度。     

材料表面缺陷对激光热损伤的影响

建立了激光辐照下光学表面典型锥状缺陷的热损伤分析模型,基于有限差分方法计算了典型缺陷附近的调制光场和温度场分布,得出了缺陷对材料热损伤阈值的影响规律。结果表明,热损伤阈值与入射激光的波长呈正相关,与缺陷的尺寸呈负相关。同一波长激光辐照的情况下,材料表面有1个缺陷存在时,热损伤首先发生在缺陷处,而当多个缺陷存在时,热损伤首先发生在2个缺陷的中间区域,并且多个缺陷要比单个缺陷更易造成损伤;对于不同波长的辐照激光来说,波长为800nm的激光要比波长为1064nm的激光更容易使材料产生损伤。     

Compton散射对磁化等离子体光子晶体缺陷模密温特性的影响

应用多光子非线性Compton散射模型和有限时域差分法,对Compton散射对磁化等离子体光子晶体缺陷模密温特性的影响进行了理论分析和数值模拟。结果表明,与Compton散射前的情况相比,Compton散射使低温低频处光子禁带中存在缺陷模的明显度降低,缺陷模频率增大,缺陷模和透射率峰值减小;使高温高频处缺陷模和透射率峰值、缺陷模频率显著增大,禁带宽减小,缺陷模位置向高频方向移动。随着电子密度的增大,散射减小了禁带增大效应和缺陷模减小效应,增强了缺陷模频率增大效应;随着电子密度的降低,散射增强了禁带变窄效应、缺陷模峰值增大效应和缺陷模频率减小效应。利用Compton散射,可实现对缺陷模密温特性的有效控制。     

含复合缺陷层的光子晶体的光学特性

运用传输矩阵法研究了在一维光子晶体中插入缺陷层的透光特性。在无缺陷层的一维光子晶体中能产生467~510 nm、1 279~1 715 nm两处明显的光子带隙。重点研究了插入缺陷层后,在1 279~1 715 nm的光子带隙中缺陷层厚度和入射角度大小分别与透射光谱变化的关系。研究发现：缺陷模的位置对入射角变化很敏感;出现缺陷模的数量和插入缺陷层的数量相同;一维光子晶体厚度的增大不会改变缺陷模的数量和位置,只改变透射峰的宽度和透射率。     

缺陷对单层MoS2电子结构的影响

为了研究缺陷对单层MoS2的电子结构, 本文基于密度泛函理论框架下的第一性原理, 采用数值基组的方法计算了MoS2的Mo位缺陷、S位缺陷的能带结构和态密度.结果发现：Mo位缺陷、S位缺陷的MoS2的能带结构中的价带顶与导带底都在Q点, 为直接带隙材料; 其中Mo位缺陷体的禁带区域都出现5条新能级, S位缺陷体的禁带区域出现了3条新能级; 缺陷体能带结构的能量下降与体系中未成键的电子有关.对于态密度而言, Mo位缺陷体的费米能级处出现了峰值, 表明Mo位缺陷会对其光电性质带来影响.同时分析电荷分布发现, Mo缺陷周围存在着负电荷聚集的现象, S缺陷周围存在正电荷聚集的现象.     

缺陷对单层MoS_2电子结构的影响

为了研究缺陷对单层MoS_2的电子结构,本文基于密度泛函理论框架下的第一性原理,采用数值基组的方法计算了MoS_2的Mo位缺陷、S位缺陷的能带结构和态密度.结果发现:Mo位缺陷、S位缺陷的MoS_2的能带结构中的价带顶与导带底都在Q点,为直接带隙材料;其中Mo位缺陷体的禁带区域都出现5条新能级,S位缺陷体的禁带区域出现了3条新能级;缺陷体能带结构的能量下降与体系中未成键的电子有关.对于态密度而言,Mo位缺陷体的费米能级处出现了峰值,表明Mo位缺陷会对其光电性质带来影响.同时分析电荷分布发现,Mo缺陷周围存在着负电荷聚集的现象,S缺陷周围存在正电荷聚集的现象.     

含有Stone-Wales缺陷的碳纳米管的热导率模拟

本文以Stone-Wales(SW)缺陷对碳纳米管热导率的影响为研究内容,采用非平衡态分子动力方法,模拟计算存在一个或多个SW缺陷的碳纳米管的轴向温度分布和热导率,并与无缺陷完整碳纳米管进行比较,开展缺陷效应分析,考察了缺陷浓度、碳管长度、碳管手性以及环境温度等因素的影响。模拟结果表明,由于缺陷存在,碳管轴向温度分布在缺陷处产生非线性的间断性跳跃,局部热阻增大。相对完整无缺陷碳管,含有SW缺陷的碳管热导率显著下降;随着缺陷数目的增加,碳管热导率下降的幅度增大。无论是否存在缺陷,锯齿型碳管的热导率通常小于扶手椅型的碳管,而长碳管的热导率通常大于短碳管;相对于锯齿型/长碳管,扶手椅型碳管/短碳管对SW缺陷更为敏感。     

研究一维掺杂声子晶体缺陷模的解析方法

为了对一维掺杂声子晶体的缺陷模进行解析研究,利用多波束干涉原理和布洛赫定理,推导出一维掺杂声子晶体的缺陷模频率的解析公式.利用它对一维掺杂声子晶体的缺陷模进行了解析研究,得到了缺陷模频率的变化规律.该方法克服了其他方法不能对缺陷模进行解析研究的不足,是一种研究一维掺杂声子晶体的缺陷模的精确、有效方法. 关键词： 声子晶体 声波 缺陷模 解析方法     

一维光子晶体缺陷模激光器的放大特性

光子晶体中引入缺陷后将形成缺陷模,这些缺陷模在增益介质中将被放大形成激光。基于麦克斯韦方程和速率方程相结合的模型,用时域有限差分法(FDTD)计算和分析了一维单缺陷光子晶体激光器中缺陷模的空间分布和频谱特性,以及这些缺陷模的放大特性,主要研究了缺陷层的厚度、晶体层数对缺陷模放大特性的影响。模拟结果显示,类似于传统激光腔的腔模,这些缺陷模能够被放大,形成激光。调整缺陷层的厚度、晶体层数等结构参量,将改变缺陷模的谐振,激射频率以及空间分布,这将直接影响激射阈值和饱和特性。增加晶体的层数,激光器的阈值将降低,饱和值将增加,但晶体层数增加到一定限度时,这种增减趋势变弱。模拟结果证明了有效层数的存在。     

嵌入线型缺陷的石墨纳米带的热输运性质

采用非平衡格林函数方法研究了嵌入有限长、半无限长、 无限长线型缺陷的锯齿型石墨纳米带 (ZGNR)的热输运性质.结果表明, 缺陷类型和缺陷长度对ZGNR的热导有重要影响. 当嵌入的线型缺陷长度相同时, 包含t5t7线型缺陷的石墨纳米带比包含Stone-Wales线型缺陷的条带热导低. 对于嵌入有限长、同种缺陷的ZGNR, 其热导随线型缺陷的长度增加而降低, 但是当线型缺陷很长时, 其热导对缺陷长度的变化不再敏感.通过比较嵌入有限长、半无限长、无限长线型缺陷的ZGNR, 我们发现嵌入无限长缺陷的条带比嵌入半无限长缺陷的条带热导高, 而后者比嵌入有限长线型缺陷的条带热导高. 这主要是因为在这几种结构中声子传输方向的散射界面数不同所导致的. 散射界面越多, 对应的热导就越低. 通过分析透射曲线和声子局域态密度图, 解释了这些热输运现象. 这些研究结果表明线型缺陷能够有效地调控石墨纳米带的热输运性质. 关键词： 石墨烯 线型缺陷 热导     

光子晶体中缺陷的色散导致的群速度降低

利用传输矩阵方法计算了包含色散媒质缺陷的一维光子晶体的复透射系数，其中色散媒质用洛仑兹振子模型描述。计算了由复透射系数定义的等效复折射率并由此研究了频谱位于缺陷模频率附近的光脉冲的群速度。结果发现，由于缺陷模附近的透射谱敏感地依赖于缺陷层的光学厚度，而缺陷层的色散使缺陷层光学厚度随频率变化而改变，从而使包含缺陷的光子晶体的等效色散性质明显地依赖于缺陷的色散行为。由于光脉冲是由多种频率成分的单色场迭加构成的，透射脉冲由各单色场透射后重新迭加构成，因此波包的传播由介质的等效色散性质决定。与包含无色散缺陷的光子晶体相比，缺陷的色散可导致极慢的群速度。通过改变振子强度，群速度可从极慢光速转变为超光速(superluminal)。