双麦克斯韦分布等离子体对航天器表面的充电效应

空间等离子体在有些情形下,并非单麦克斯韦分布,而是双麦克斯韦分布。为了研究双麦克斯韦分布等离子体对航天器表面的充电效应,基于等离子体动理学理论,建立表面充电平衡方程,综合考虑双麦克斯韦分布等离子体的粒子参数、航天器的单位电容、二次电子发射及光照等因素,得出了双麦克斯韦分布等离子体对航天器表面充电电位的计算表达式,给出了表面充电电位随时间的变化规律。研究结果表明：当等离子体为双麦克斯韦分布时,航天器表面充电电位低于单麦克斯韦分布等离子体环境下的表面充电电位,单麦克斯韦分布的等离子体假设会过高估计航天器表面的充电效应;双麦克斯韦分布的第二分布函数中,对最终的表面充电平衡电位影响较大的主要是离子成分;双麦克斯韦分布等离子体的粒子数密度或温度越高,则表面充电达到平衡所需的时间越长;单位电容仅影响表面充电电位达到稳定所需的时间,对最终的充电平衡电位值影响不大。     

光学元件的表面划痕及其对入射激光的调制作用

 对光学元件表面划痕进行了细致的观察,并将它们分为单划痕、双划痕和多划痕三类,采用时域有限差分方法,以加工过程中常见的直径为二分之一波长的半圆形划痕为基本研究对象,数值模拟了位于光学元件前后表面的多条划痕附近的空间光强分布,总结了在不同划痕条数下光强最大值随着划痕间距变化的曲线图。结果表明：位于光学元件后表面的划痕比位于前表面时更加容易引起光学损伤;在多条划痕情况下,空间光强最大值随着划痕间距的增大呈周期性变化,并随着划痕间距的不断增大而趋于一稳定数值。     

硫脲吸附在电镀银表面的SERS

研究了在盐酸水溶中硫脲分子的表面增强拉曼散射。实验结果表明：硫脲分子倾斜吸附在银表面。当盐酸浓度增加时,硫脲分子平面更加偏离银表面的法线方向。     

K9基片的亚表面损伤探测及化学腐蚀处理技术研究

 研究了几种类型的腐蚀液对K9基片化学腐蚀的影响。通过腐蚀液对基片纵向腐蚀速度的变化初步判断了K9基片重沉积层的深度。考察了腐蚀前后基片表面参数的变化以及腐蚀对激光损伤阈值的影响。研究表明,特定的腐蚀液能够对K9基片进行平稳可控的腐蚀,并且腐蚀能提高其激光损伤阈值,其主要原因是去除了重沉积层及表面、亚表面缺陷中的污染物,但过多的腐蚀会暴露本来为重沉积层所掩盖的划痕等亚表面缺陷,所以腐蚀并非越深越好。同时,表面各种杂质与缺陷的去除能够提高材料的机械强度,从而也有利于提高材料的激光损伤阈值。     

基于RAMS V6.0的非感应起电机制评估和雷暴初期电荷结构模拟

数值模式是研究雷暴内起电和电荷结构的重要工具. 本文将Takahashi (1978) 和Saunders (1991) 两种主流非感应起电机制加入最新版本的中尺度模式RAMS(Version 6.0), 建立了一个区域大气-电耦合中尺度雷暴云模式, 据此对发生于北京的一次雷暴过程首次放电前的电荷结构和水成物粒子起电情况进行了较成功的模拟. 结果表明, Takahashi (1978) 和Saunders (1991)方案模拟的雷暴电荷结构在电场达到击穿阈值时均呈现三极性特征, 但Takahashi和Saunders方案模拟的雷暴电荷结构演变过程有一定的差异, Takahashi方案的电荷结构从起电到放电都是三极性特征, Saunders方案的电荷结构从反偶极性演变为三极性. 此外, 两种方案的模拟结果均表明雨滴是雷暴云低层的正电荷载体, 聚合物和霰是高层的主要电荷载体, 霰的电荷中心分布形态与雷暴云的总电荷分布形态相似.     

基于机器视觉的小型金属部件表面缺陷检测方法

针对以Nd-Fe-B永磁体工件为代表的小型金属部件,研究了一种基于机器视觉技术的表面缺陷检测方法.利用模板匹配算法,通过求模板和子图像的互相关函数的最大值来确定目标的中心位置.在目标的感兴趣区域内（ROI）进行基于最大类间方差（OTSU）算法的自适应阈值分割,以检出并统计缺陷,并进而判别其合格与否.基于该方法设计了适用的光源系统,并利用VC++6.0完成了原型系统开发     

基于表面等离激元的偏振态控制光开关

利用四个Au纳米棒组成的类矩形纳米棒四聚体结构设计了一种基于偏振态控制的光开关,并采用有限元法研究了该结构对入射光偏振态的响应特性.研究发现,该结构的透射光谱对入射光的偏振方向具有很强的依赖性,当入射光的偏振角度变化π/2时,其特征峰的开关比分别能达到27.81dB和21.65dB.分析表明,该结构的开关效应主要由不同偏振态下所导致的水平双纳米棒和竖直双纳米棒之间的近场耦合强度不同而实现,该结构透射系数与偏振角度的关系服从Malus law.此外,通过改变类矩形纳米棒阵列结构参数,研究了结构参数对其光开关响应特性的影响.在此基础上,通过改变阵列的周期参数,研究了入射光水平偏振和垂直偏振下周期参数对单元结构透射光谱的影响.该研究结果能够为可调谐双波长偏振光开关的设计提供理论依据.     

基于杂散光抑制要求的光学表面粗糙度控制方法研究

光学表面加工误差引起的散射是影响光学系统成像性能的重要因素.描述表面总散射能量的均方根粗糙度是评定光学表面粗糙度的通用指标,但因其未能体现散射能量的空间分布,在表征光学表面散射对具体光学系统杂散光性能影响时存在准确度不足的局限.本文基于全积分散射及双向散射分布函数理论,针对杂散光抑制要求提出一种光学表面粗糙度控制的新方法.首先通过分析确定光学表面纹理中影响系统杂散光的空间频率范围,然后度量该频率带限范围内的表面均方根粗糙度,作为控制光学表面粗糙度的指标.以太阳磁场望远镜(MFT)为例进行方法验证,确定主镜表面纹理有效频率范围为0—18 mm~(-1),分析了主镜表面带限均方根粗糙度对MFT杂散光性能的影响.结果表明,带限均方根粗糙度与MFT杂散光性能之间的关系稳定性能大幅提高,由此验证了采用带限均方根粗糙度描述光学表面粗糙度,能更为准确地控制其对具体光学系统杂散光性能的影响.     

基于表面生成法的粗糙基底上半透明涂层的光散射特性

针对光在半透明涂层和粗糙基底构成的两层粗糙面的散射过程,采用表面生成法,考虑入射遮蔽以及多次散射效应,构建表面散射的蒙特卡罗模型,得到粗糙基底上半透明涂层的反射光的能量分布,研究涂层厚度、表面粗糙度、入射光波长等对双向反射分布函数(Bidirectional Reflectance Distribution Function,BRDF)的影响.结果表明,BRDF受表面的粗糙程度影响较大,其峰值随表面均方根斜率的增加线性递减;半透明涂层厚度影响BRDF峰值的大小,厚度为十分之一波长时,BRDF达最小值;近红外光入射时镜反射方向附近BRDF的局部分布曲线相对于可见光入射时有展宽趋势,且方向半球反射率相对于可见光入射时更大.     

基于表面等离激元交叉耦合作用的纳米金属双缝异常透射现象

利用二维时域有限差分方法研究了非对称纳米金属双缝结构在薄隔层情况下对光波的异常透射特性,以及狭缝长度、狭缝数目和入射角度对透射特性的影响.研究发现,该双缝结构中传导的表面等离激元波通过渗透中间隔层材料产生交叉耦合作用,形成对称和反对称耦合模式,导致其透射谱在特定波长位置处形成双共振峰传输和一个透射率为零的透射抑制现象;双缝结构中表面等离激元波交叉耦合作用的本质是其横向电场分量渗入中间隔层材料产生的相互干涉作用,而横向电场分量的初始相位差决定双缝结构中形成的表面等离激元波耦合模式的类型.由于双缝结构的透射极值与各狭缝腔内的法布里-珀罗共振效应密切相关,因此狭缝长度决定透射极值的波长位置,而狭缝数目和入射角度只影响透射峰的传输效率.该双缝结构具备光学滤波和空间分光功能,在新型纳米光子器件领域具有潜在的应用价值.     

双麦克斯韦分布尘埃等离子体中尘埃粒子的充电研究

根据充电方程和电荷守恒条件,导出了双麦克斯韦分布的弱电离尘埃等离子体充电频率(电荷弛豫速率),给出了充电电流的计算公式. 对结果分析表明,定向运动速度大小对充电电流和充电频率有一定的影响,充电频率随着定向速度增加而减小,当定向速度远远小于电子的热速度时,充电频率与文献给出的表达式一致.关键词：尘埃等离子体双麦克斯韦分布充电频率     

等离子体环境非偏置固体表面带电研究

航天器与等离子体环境中的电子、离子相互作用, 表面将出现充放电效应, 对航天器产生负面影响. 表面充电电位对充放电影响至关重要. 综合考虑等离子体中粒子质量、温度及密度, 二次电子效应及非偏置固体的运动速度等因素, 基于气体动理论, 利用粒子的麦克斯韦速度分布函数理论推导得出等离子体环境中非偏置固体表面充电电位一般表达式. 分析了等离子体以及非偏置固体特殊状态下的表达式及一般状态下的表达式, 总结出不同等离子环境、不同运动状态下的表面充电规律.关键词：等离子体非偏置固体表面充电     

等离子体环境下孤立导体表面充电时域特性研究

航天器在等离子体环境下的表面充放电受到多种因素影响, 其中充电时间是影响静电放电频次的一个重要因素. 本文从等离子体的微观结构出发, 同时考虑材料参数特性, 在对每个粒子运用力学原理的基础上, 以统计方法 推导出孤立导体球表面充电电位时域表达式. 利用电位时域表达式推导出孤立导体球净电荷量时域表达式及静电场能量时域表达式. 以较低非极地地球轨道和较高地球同步轨道为例对孤立导体球电位、 净电荷量及静电场能量的时域特性进行了讨论, 分析了空间环境参数和导体球半径大小对表面充电的影响, 总结出等离子体环境下孤立导体表面充电时域特性规律.关键词：等离子体孤立导体表面带电时域     

Comment on “Potential profile near the virtual cathode in presence of charged dust”

The characteristics of the virtual cathode and its potential profile in the presence of negatively charged dust particles have been reported by Rathod et al. They have studied the role of charged dust particles in the formation of virtual cathode near the emitting surface. Two conditions of the dust charge number, Z_d = 1 and Z_d = 1,000 are used to study the role of dust density (n_d) for the formation of virtual cathode. This work is original and will be more interesting in case of using the correct model equations and realistic dusty plasma conditions.