晶体微观结构的数值计算

晶体微观结构是晶体材料在特定物理条件下其多个能量极小平衔态在空间形成的某种微尺度的规则分布．几何非线性的连续介质力学理论可以用能量极小化原理来解释晶体微观结构的形成，并用Young测度来刻画平衡态各变体在空间的概率分布．定性的理解与定量地分析和计算晶体材料的微观结构对于发展和改进高级晶体功能材料，如形状记忆合金、铁电体、磁至伸缩材料等，有重要的意义．本文回顾了近年来晶体微观结构数值计算方面的最新进展．介绍了计算晶体微观结构的几种数值方法及有关的数值分析结果。     

光谱导数Kalman滤波同时测定苯酚-邻氯苯酚和2,4二氯苯酚

文中提出了一个新的、稳定的光谱导数Kalman滤波紫外分光光度法同时定量分析方法,并且成功地将其应用于极难分辨的苯酚-邻氯苯酚和2,4二氯苯酚三组分混合体系的同时测量.选择分析光谱导数的原因是其不仅包含着吸光度,还包括在指定波长位置变化趋向等更多的信息量,这样更利于在吸收峰重叠的位置捕捉有较大差异的信号.利用Kalman滤波可以解决由光谱导数而引起的噪声放大问题,也可以过滤源于实验的噪声以及来自传递模型误差.在260～290 nm区间测量了30组浓度各自在1～10 mg·L-1范围的苯酚-邻氯苯酚和2,4二氯苯酚标准混合溶液紫外吸收光谱图.利用分段延伸高次多项式回归模拟求导准确获得吸光度导数,并且利用偏最小二乘法将其制作成Kalman滤波标准工作系数矩阵.通过随机线性离散系统的Kalman滤波器最优平滑计算,对混合体系中的各组分进行定量分析.回收实验显示出,光谱导数Kalman滤波分析法应用于本实验的极难分辨的三组分体系,得到了非常高的回收率,并且在整个实验范围内光谱导数Kalman滤波分析法具有非常好的稳定性.     

Evaluation of Optical Properties of Self-Frequency-Doubling Crystal Yb：GdYAl3（BO3）4 for Laser Applications

Yb：GdYAl3 （B03）4 （Yb：GdYAB） is investigated as a new laser crystal for potential applications in self-frequency doubling. The emission and absorption properties of Yb：GdYAB crystal are studied, and the emission decay times of the upper laser level are measured. The emission cross sections are evaluated using the absorption cross section and principle of reciprocity. The other laser performance parameters, such as the minimum inversion fraction βmin, pump saturation intensity Isat and minimum pump intensity 1rain, are also calculated. The results are discussed in the framework of requirements for an effective diode-pumped Yb^3＋ laser system. Yb：GdYAB is expected to exhibit the most useful laser properties and to be superior to Yb：YAB crystal that has been excellent self-frequency-doubling crystal at present in many key spectroscopic parameter values.     

Lattice Boltzmann Simulation for the Optimized Surface Pattern in a Micro-Channel

Based on the Bhatangar-Gross-Krook （BGK） models, numerical simulation using the lattice Boltzmann model is performed to investigate the optimized surface pattern in a micro-channel. In order to simulate the practical situation correctly, a slip/no-slip boundary condition is applied with making several assumptions. To assess the validity and efficiency of the model, one benchmark problem with considering the surface patterns is studied. Numerical results show the value of rms velocity Vrms increases with the increasing ratio β and larger Reynolds number Re, higher fluctuation of the rms oscillating velocity. Furthermore, the results show that a good mixing effect can be obtained when Re is large enough and the ratio β is about 1.618,which is the appropriate choice, i.e. the well known golden section phenomenon.     

基于背景光调制的复合光傅里叶变换轮廓术

提出一种基于背景光调制的用于傅里叶变换轮廓术测量范围的复合光栅,该光栅通过调制一正弦条纹和不含任何相位信息的背景光来抑制零频,较基于相移技术的复合光栅有更大的优势:背景光只含直流分量,使得复合光栅的频谱更加简单,有利于滤出载波信息,提高测量精度;对从复合光栅中解调出来的背景光只涉及平均值校准,校准过程更为简单;解调出的背景光与物体表面的反射率成正比,具有潜在的应用价值。采用Matlab程序对该复合光栅进行了数值模拟,并对该光栅实用性进行了实验研究,结果证实了该光栅用于抑制零频、扩大傅里叶变换轮廓术测量范围的有效性,且提高了测量精度。     

光子晶体异质结耦合波导光开关

以二维三角晶格光子晶体为研究对象,在该光子晶体中引入两行平行的单模线缺陷波导,以一行耦合介质柱为间距,通过调节部分耦合介质柱的折射率,构筑了光子晶体异质结耦合波导光开关结构。利用平面波展开法和定向耦合原理计算了在不同入射光频率下,缺陷波导间耦合介质柱的折射率不同时的耦合长度,确定了合适的光子晶体异质结耦合波导光开关的结构参数。利用时域有限差分法研究了该光开关中耦合介质柱的折射率变化及异质结构介质柱的位置分布对光信号输出路径的影响。结果表明,通过改变该结构中耦合介质柱的折射率可以改变光的输出路径,可实现光的开关行为。并且异质结构介质柱位置的随机分布对该光开关的影响不大,有助于光子晶体新型滤波器、定向耦合器、波分复用器以及光开关等光子器件的研究。     

Zr4Al2高压下热动力学性质的第一性原理研究

本文主要通过平面波赝势密度泛函理论的第一性原理计算方法,采用了广义梯度近似（GGA）交换相关函数,研究了六角结构的Zr4Al2的EOS态方程和热动力学性质。通过采用了声子效应的准谐近似德拜模型,我们成功得到了晶胞体积V随温度以及V/V0、德拜温度Θ、热熔CV 随压强P的变化关系。另外,我们还研究了热膨胀系数α及格林参数γ随温度和压强的变化关系,计算结果表明格林参数和热膨胀系数随温度的升高而增加,但是在较高的温度下,热膨胀系数几乎不受温度的影响。     

抑制高阶谐波误差的随机相移条纹分析算法

高阶谐波和随机相移误差是影响条纹分析精度的主要因素。为了同时解决这两个问题,提出了基于频域滤波的迭代相移算法。该算法采用巴特沃斯低通滤波器,从频域上滤除条纹的高阶谐波分量,再运用最小二乘迭代方法从三帧随机相移条纹图像中提取相位信息。数值模拟和实验结果表明,该算法可有效地抑制由高阶谐波和随机相移引入的波纹误差,误差PV值和RMS值分别为0.368 8 rad和0.025 3 rad,其精度高于传统的三步相移算法和Wang算法。该方法适合于高精度干涉测量和三维物体表面轮廓测量。     

基于椭偏光谱仪的石英波片光轴方位探测

波片的光轴方向是波片应用中最重要的参数之一。在椭偏光谱仪透射模式下,利用琼斯矩阵对波片旋转过程中P和S两方向上位相的变化进行分析,设计了一种判断石英波片光轴方向的新方法。应用此方法判断光轴方向,具有光路结构简单,检测速度快的特点,且具有很好的实用性。     

傅里叶变换轮廓术中滤波窗方位选择研究

在傅里叶变换轮廓术频域滤波过程中通常采用不对称的汉宁窗滤波窗来提取基频信号,当投影呈二维变化的光栅条纹时,采用的滤波窗长短轴方向和载频方向不吻合,会导致被测物体的部分高频信息丢失,从而影响相位展开的难易程度和系统测量的精度。分析比较物体高度的分布与频谱的关系,通过旋转滤波窗使其短轴方向与载频方向一致,可以保留物体的高频信息,降低相位展开的复杂度,提高测量的精确度。计算机模拟和实物实验结果表明滤波窗旋转滤波可以避免相位展开在物体高度突变处的出错,有效地提高测量精度。