沙尘大气电磁波多重散射及衰减

为了使干旱沙漠地区的电子系统能够全天候的工作, 必须开展沙尘大气的电磁波多重散射及衰减特性研究. 根据Mie理论、沙尘大气粒子尺寸分布和能见度的关系得到了电磁波沙尘大气传播衰减的计算方法, 计算了不同沙尘大气能见度的37 GHz电磁波的衰减, 与其他经验公式及文献中的实验结果进行比较, 文中方法得到的结果更接近于测量结果. 为了研究较低能见度沙尘暴中电磁波的传播特性, 需研究沙尘大气的多重散射效应. 应用Monte Carlo模拟方法, 在沙尘粒子为干燥和5%水含量时, 模拟了37 GHz和93 GHz电磁波在沙尘大气中传播时考虑多重散射效应的衰减, 并与基于Mie理论的计算结果进行比较, 结果显示, 在37 GHz时, 沙尘大气的多重散射对衰减的影响小, 在93 GHz时多重散射显著, 沙尘大气能见度越低, 多重散射的影响越显著. 粒子水含量增加使电磁波的衰减显著增大, 对多重散射的影响不明显. 因此, 在相同大气能见度下, 沙尘天气越干燥, 多重散射影响越大, 电磁波衰减减小越显著.     

阻抗劈绕射对破碎波后向散射特性的影响

海浪的破碎区会导致海面电磁散射特性发生很大改变,导致海尖峰现象的产生.本文结合阻抗劈结构模型分析了劈绕射对破碎波后向散射特性的影响.首先利用基尔霍夫近似求解破碎波的物理光学场;基于Maliuzhinets方法,从波动方程及精确阻抗边界条件出发,由谱函数的积分形式得到阻抗劈的一致性绕射系数,结合物理光学绕射系数导出阻抗劈等效边缘电磁流;利用边缘绕射场修正物理光学场,得到考虑劈绕射效应的破碎波散射总场.数值结果表明,阻抗劈的绕射场在Keller锥内出现HH极化大于VV极化的现象,因此计入绕射场的影响会使得破碎波生长到临近坍塌阶段时,小擦地角逆风观测出现总场的后向散射截面HH极化大于VV极化的现象,说明劈绕射是造成海尖峰现象产生的原因之一.     

机载多尺度广域高分辨率成像系统设计

针对机载光电成像系统的大视场高分辨率成像需求,设计一种基于共心球透镜的多尺度广域高分辨率光学成像系统,该光学系统包括大尺度共心球透镜和小尺度次级相机阵列,具有结构紧凑的优点。根据共心球透镜所具有的球差和色差特性,并结合小尺度相机对像差进行进一步校正以分割视场,可以实现大视场高分辨率成像。全系统在受力以及高、低温的条件下进行实验,实验结果表明该成像系统具有良好的稳定性,且全视场范围内的调制传递函数值恒接近于系统的衍射极限,弥散斑半径的方均根值小于探测器的像元尺寸,说明该系统的成像效果良好。所提系统可以有效解决传统机载成像系统难以同时满足大视场和高分辨率的问题,为光学成像系统设计提供一种新思路。     

三维微纳米半球周期结构光学表面场分布及复合散射特性

为进一步拓展微纳米周期超结构功能特性,满足光学周期超结构高精度设计需求,基于时域多分辨分析方法,从Maxwell方程出发,推导出微纳米三维半球光学周期结构表面散射耦合场,计算结果与时域有限差分方法结果吻合良好。给出微纳米三维半球光学周期结构表面场分布并数值计算微纳米三维半球光学周期结构表面微分散射截面,提炼分析填充材质、半球尺寸、半球间距等参量对光学周期结构表面散射场影响规律。结果表明:P偏振下电场分布更能突出周期结构表面结构单元轮廓;散射场值随入射角变大,在对应镜面散射角方向逐渐减小;在半径和波长值相当时,填充单元散射场峰值个数与探测范围内填充单元个数吻合;随填充半球间距增大,散射场的极大值数递增,且极大值对应的角度区间依次减小。     

用声光调制器实现的1 W Nd∶YAG单纵模环形激光器

鉴于单向环形腔是目前获得较大功率单纵模激光最有效的方式之一,为使环形腔单向运行,需要在环形腔内插入对正反2个方向的光产生损耗差的光学元件。采用激光二极管泵浦Nd∶YAG晶体,用声光调制器作为光学二极管使环形腔单向运行,实现四镜矩形环形腔单纵模激光器。实验中谐振腔的稳定性由增益介质的热透镜保证,声光调制器给正反2个方向的光提供损耗差,这使得在竞争过程中有较大损耗的光不能运行从而获得单向输出。实验获得了连续功率1 W、光束质量因子M2为1.21 的1.06 m单纵模激光。     

时域混合算法在一维海面与舰船目标复合电磁散射中的应用

采用时域积分方程(TDIE)与时域基尔霍夫近似(TDKA)的混合算法研究粗糙海面与舰船目标的复合瞬态电磁散射.该方法将舰船目标及其近邻海面划分为TDIE区域,用TDIE方法精确求解;将剩余电大尺寸的粗糙海面划分为TDKA区域,采用高效的TDKA电流近似求解.通过混合算法和传统TDIE算法结果的对比,表明TDIE-TDKA混合算法能保证计算的精度,同时具有较高的计算效率.最后,讨论了海面上方有无目标、海面上方风速、电磁脉冲入射角、舰船目标尺寸、吃水深度对后向散射磁场的影响.     

基于瞬态光栅频率分辨光学开关法测量飞秒脉冲的研究

超宽光谱的飞秒脉冲测量一直是超快激光领域的重要研究方向之一.常规的飞秒脉冲自相关方法是通过测量自相关倍频信号来获得,而倍频信号具有波长选择性,不同中心波长的飞秒脉冲测量需要更换不同的倍频晶体,十分不方便.因此,提出了一种改进型的瞬态光栅频率分辨光学开关(TG-FROG)方法用于测量飞秒脉冲.该方法结合四波混频和频率分辨光学开关方法,其基本过程是将待测脉冲分为三束,其中两束脉冲经过精密的延时控制并聚焦在光学介质上达到时空重合,利用三阶非线性效应产生稳定的瞬态光栅作为开关光;另一束脉冲作为探测光与产生的瞬态光栅进行相互作用产生一个信号光,使用光谱仪对该信号光的光谱与延迟时间进行测量,并通过反演迭代算法处理而获取待测飞秒脉冲的光谱与电场信息.该方法只需要待测光的功率密度达到三阶非线性效应就可以实现测量,因此可以应用于任意中心波长的飞秒脉冲测量.利用该方法对中心波长分别为800 nm, 400 nm的飞秒脉冲,以及超连续亚10 fs的周期量级超宽光谱飞秒脉冲进行了测量,并与常规的干涉自相关仪器测量结果进行了比较,所得测量结果基本一致.实验结果表明,建立的基于TG-FROG方法对不同中心波长,不同脉冲宽度的飞秒脉冲测量是十分有效的.     

土壤表面与部分埋藏多目标复合散射的时域有限差分方法

采用Dobson半经验模型和电介质复介电常数表示土壤介电常数的实部和虚部,用指数型分布粗糙面和Monte Carlo方法模拟土壤表面,运用时域有限差分方法研究土壤表面与部分埋藏多个矩形截面混凝土柱复合模型的电磁散射.结果表明：复合散射系数随散射角振荡变化;土壤表面高度起伏均方根、土壤含水率、目标介电常数、入射角对复合散射系数影响较大;土壤表面相关长度、目标截面宽度、高度、间距、倾角对复合散射系数影响较小;目标埋藏深度对复合散射系数几乎没有影响.与其他数值计算方法比较,采用时域有限差分方法既可获得较高的准确性,又可减少计算时间和内存占用量.可以用来计算地、海粗糙面与附近任意多目标的复合散射.     

纳秒脉冲激光对金属丝电爆炸过程的瞬态测量方法研究

金属丝电爆炸是获取金属纳米级粉粒的有效途径,电爆炸的演绎过程直接影响金属粉颗粒的尺度范围。采用纳秒级脉冲激光对爆炸过程的瞬态进行观察,以激光干涉条纹为背景,依据电爆炸过程中,对条纹的扰动获取具有清晰边缘的爆炸区图像;再根据激光穿过爆炸云团的透过率计算出不同时刻粉尘体浓度的三维分布图。测量结果表明:通电后0.5 μs,金属丝直径由0.3 mm扩展为4.7 mm, 直到18 μs时扩展为28 mm,而粒子的最大浓度由3×1021/cm3减小为1.1×1020/cm3。整个扩展过程中,粒子浓度沿径向呈现多个环带的分布形态。     

基于重复编码的海上可见光通信大气信道建模

可见光通信作为一种新型无线通信技术,在海上舰船场景中的应用吸引了广泛的关注.海上可见光通信系统受多种因素的影响,包括海浪随机起伏和大气湍流,大气湍流将导致可见光信号的强度随机波动,降低可见光通信系统在大气中的链路质量.本文基于对数正态衰减分布,建立了采用重复编码的海上可见光通信的链路评估模型.在此基础上,根据Pierson-Moskowitz海谱,分析了海上风速、大气折射率结构常数、能见度、重复编码分集度以及接收器孔径对可见光通信系统平均误码率的影响.本文提出的海上大气链路评估模型可为海上可见光通信网络的搭建提供重要参考.