用整体法求解漂浮型问题

浮力是流体静力学中应用性较强的基础知识之一,也是在力、二力的合成、二力平衡、同一直线上力的合成及平衡、密度和液体内部压强等知识的综合学习内容,因而成为教学和考试的重点;由于其综合性,又使其成为教学的难点．浮力中有关“漂浮型”问题求解,则是难中之难,不少教师对此提出过一些求解方法,但我们觉得都过于繁难不便学生掌握．经过仔细研究,我们发现,常见的“漂浮型”问题,可用“整体法”统一求解．下面我们以常见问题求解为例说明之．     

Experimental demonstration of narrow-band rugate minus filters using rapidly alternating deposition technology

The design, fabrication and performance of narrow-band rugate minus filters are investigated in this paper. A method of fabricating graded-index coatings by rapidly alternating deposition of low(Si O2) and high(Al2 O3) refractive index materials is presented to fabricate a rugate structure. The narrow-band rugate minus filter design and fabrication approaches are discussed in detail. The experimental results, including transmittance spectrum, surface damage test and damage morphology investigated with a scanning electron microscope, demonstrate the high performance of the as-fabricated spatial filter and confirm the feasibility of the fabrication method for narrow-band rugate minus filters.     

仿生超疏油材料在苛刻工况条件下的应用

超双疏兼备超疏水和超疏油两种极端不润湿现象,其中超疏油的实现难度更大,应用前景广阔。为了获得超疏油材料,通常采用仿生思路,在材料表面构建粗糙结构和以含氟低表面能物质修饰表面。表面粗糙结构在机械力学作用下易遭到破坏,例如摩擦和冲击。低表面能物质修饰层在光照条件下易分解,而诸多的太阳能装置如太阳能电池板,必须在室外工作。耐紫外的超疏油性可以帮助这些设施实现高效工作并延长使用期限,节约资源。更进一步,科研人员研究了超疏油材料在各种苛刻条件下的可靠性。本文应用新进展聚焦在超疏油材料在紫外线照射下的可靠性或可逆响应性;超疏油材料经过撞击之后的油滴接触角变化;在高温条件下超疏油材料的极端润湿性能保持能力;在冲击条件下的稳定性,甚至包括了多种复合苛刻条件下的超疏油材料的耐受性。由于大多的工业环境无法避开摩擦和腐蚀,因此本文着重从超疏油材料的耐摩擦性和抗腐蚀性两个方面讨论了其研究现状,同时也讨论了超疏油在其他工程应用方面的可靠性。最后,总结了各实验方案的优缺点、实验与工业化过程中存在的问题、有望突破的方向,以及作者对于在苛刻工况条件下提升超疏油材料可靠性的观点。     

高光洁度玻璃基片的表面散射和体散射测量

 提出了一种利用总积分散射（TIS）测量K9玻璃基片表面散射和体散射的实验方法。首先采用磁控溅射技术在基片表面沉积厚度为几十nm的金属Ag薄膜,然后将基片的表面和体区分开考虑,通过TIS测得了基片上下表面的均方根粗糙度, 进而求得基片的总散射和表面散射,最后计算得到了体散射。分别利用TIS和原子力显微镜（AFM）测量了3个样品上表面所镀Ag膜的均方根粗糙度,两种方法所得的均方根粗糙度的数值相差不明显,差值分别为0.08,0.11和0.09 nm, 表明TIS和AFM的测量结果相一致。利用该方法测得3块K9玻璃基片的总散射分别为6.06×10^-4,5.84×10^-4和6.48×10^-4,表面散射介于1.25×10^-4~1.56×10^-4之间,由此计算得到的体散射分别为3.10×10^-4,3.30×10^-4和3.61×10^-4。     

长脉冲激光作用下薄膜表面鼓包的形成机理

 在光学薄膜的激光损伤实验中,可以在显微镜下观测到激光辐照引起的尺寸较大、形状对称性很好的鼓包。从杂质气化的角度,应用弹性力学的球壳受压膨胀模型,分析薄膜表面鼓包的形成机制,同时得到了相应情况下薄膜的损伤机制。结果表明,半径越大杂质在激光辐照下越容易引起薄膜破坏,填埋得越浅的杂质也越容易引起薄膜破坏。杂质诱导破坏机制下,薄膜的裂纹首先出现在杂质附近的薄膜基体中。在薄膜中出现裂纹的临界状态时,半径越大、填埋得越深的杂质所引起的鼓包尺寸越大、高度越高。这种热力耦合模型,弥补了现有理论的不足,进一步完善了现有理论。     

超声清洗与激光预处理对减反膜阈值的影响

 研究了超声清洗和激光预处理两种后处理手段对减反膜的损伤特性的影响。采用电子束蒸发技术制备了1 064 nm减反膜,利用超声清洗及激光预处理的方法分别对样品进行处理,并对处理前后的样品分别进行激光损伤阈值测试及破斑深度测量。结果表明：处理后减反膜的损伤阈值均有所提升,但激光预处理的阈值增强效果更加明显;超声清洗前后的破斑深度没有大的变化,而激光预处理后的破斑深度比处理前浅得多;原因在于超声清洗只能去除表面杂质,激光预处理可减少和抑制膜层内较深处的缺陷。     

梯形介质膜光栅衍射特性分析

基于严格耦合波理论建立了梯形介质膜光栅的衍射机理模型,利用该模型讨论了底角为70°的梯形介质膜光栅-1级的衍射行为.通过对梯形介质膜光栅的占空比、槽深和剩余厚度的优化,设计了应用于1053 nm和51.2°角度入射的梯形介质膜光栅.对于顶层为HfO2的介质膜光栅,当槽深为200 nm,剩余厚度为100 nm,占空比为0.35时.其衍射效率优于99.5%,而对于顶层为SiO2的梯形光栅,为获得99.5%的衍射效率.其槽深为800 nm,剩余厚度为320 nm.而且,获得同样的衍射效率,顶层为HfO2的梯形光栅具有更宽的光谱特性.数值计算表明,严格耦合波理论模型对梯形介质膜光栅衍射效率的计算具有很好的收敛性和稳定性.     

高平滑度自由曲面激光束整形透镜设计

利用泊松网格优化算法设计了激光束整形自由曲面透镜，通过4次迭代，目标面的网格分布就接近于最优分布。使用该最优的目标面网格，基于输入光束与输出光束之间的能量映射关系，计算自由曲面各采样点的法向矢量，基于泊松面形构建算法获得自由曲面矢高，从而构建自由曲面透镜。为了验证所提方法的可行性，针对正方形目标面和矩形目标面分别设计了自由曲面透镜，这两种透镜在目标面上的辐射照均匀度分别达到91%和93%。为了验证自由曲面的平滑性，使用一个6阶9项多项式进行拟合，拟合后的均方根误差达到1.394×10^-3，表明所设计的自由曲面具有很高的平滑度。使用拟合数据建立自由曲面透镜，其目标面辐照均匀度几乎保持不变。采用随机统计分析方法对自由曲面透镜装配公差进行分析，结果表明在给定的公差范围，大部分样本的辐照均匀度保持在88%左右。     

基于分布式拍卖机制的多移动机器人动态任务分配算法

任务分配是多移动机器人调度系统的关键问题之一,为了提高任务整体完成效率,提出了一种基于分布式拍卖机制的多移动机器人动态任务分配算法.该方法对机器人群体采用分布式控制方法,彼此共享且动态更新任务集,采用分布式的拍卖机制竞拍任务,增加了调整任务执行顺序环节,考虑任务整体完成效率,最后在Linux系统下搭建了多机器人和障碍物的仿真环境.结果表明,该算法分配效率高于线性(CLP)算法和混合整数求解(CBC)算法,且具有稳定性,相比执行效率高的深度强化学习(DQN)算法和空缺链(VC)算法,执行效率稳定,移动代价降低了55%,实现了较高执行效率和低移动代价之间的平衡,可应用于实际仿真环境,具有可行性.