液体薄层中的超声空化*

液体薄层中的超声空化,因其边界及所处空间的特殊性,而呈现出非常独特的空化结构和演化行为,在超声清洗、超声钎焊、表面处理、近场声悬浮、超声化学等领域都有所应用。该文梳理了近几年该课题组在液体薄层中的超声空化研究中的一些成果,力图揭示液体薄层内空泡、空化云、空化场的运动和分布规律,及其产生、发展和演化过程,以期对液体薄层中的超声空化行为有一个相对清晰和完整的认识。     

超声探头的响应特性及暂态回波模型

建立检测系统的数学模型,可以更好地理解超声检测的物理本质。分析了超声波从产生、介质中传播、缺陷耦合以及接收的全过程,将缺陷回波表示为探头响应函数与缺陷响应的时域卷积。利用空间脉冲响应和基尔霍夫近似建立了超声波与平面型缺陷的耦合模型,用大平面试块底面回波和大平面响应进行反卷积求得了探头的响应函数,并详细分析了探头在不同偏置位置时不同大小缺陷响应的特点,发现缺陷回波由直达回波和边缘回波组成,直达回波和边缘回波极性相反,且直达回波的幅值远远大于边缘回波。     

表面等离子体平面金属透镜及其应用

由于衍射极限的存在,传统光学透镜成像分辨率理论上只能达到入射光波长的一半。通过恢复和增强携带物体细部特征信息的高频倏逝波,基于表面等离子体的平面金属透镜有望突破这种光学衍射极限,实现超分辨成像。本文对平面薄膜式与纳米结构式两类平面金属透镜进行了综述,详细介绍了若干典型平面金属透镜的结构设计、工作机理及其聚焦性能,并对其特点与存在的问题进行了分析与讨论。由于光波在金属中传播时存在一定损耗,如何更高效地增强高频倏逝波信号并转换成传播波,使其参与成像,以更好地实现远场超分辨成像,以及如何进一步增大近场超高分辨率聚焦光斑焦深以及减小远场聚焦光斑尺寸,是表面等离子体平面金属透镜进一步研究的重点。     

激光超声方法研究固-固界面波传播特性

对界面波的传播特性进行了理论及实验研究.首先探讨了界面波的求根问题，基于黎曼面分析，给出了求解界面波特征方程所有根的一般方法.理论上对三种常见的界面波——Stoneley波，Leaky Rayleigh及Leaky Interface波传播机理进行了分析，描述了三种界面波的波矢及位移势在两种介质中的状态.最后基于光弹效应原理, 利用全光学的激光超声手段对界面波进行了实验测量，实测结果与理论符合很好.     

超声光栅实验及其多普勒频移的一种简单研究方法

采用光子学方法,对超声光栅衍射实验和实验中出现的多普勒频移现象进行了研究,所得结论与采用光的波动性观点的惠更斯-菲涅耳原理及傅里叶变换等常规方法相同.该方法进一步加深了对衍射的本质和光的粒子性的理解并对光子的信息传递能力有初步的认识.     

LD泵浦腔外倍频高转换效率Nd3+∶GdVO4固体激光器

通过合理设计精密调控各元件和温控电流，得到了平均功率为70 mW，脉冲宽度为22 ns，重复频率为14 kHz，峰值功率高达230 W的Nd3+∶GdVO4/Cr4+YAG红外脉冲激光器.先采用双凸透镜组合成的望远镜系统对1 063 nm的红外激光进行扩束，再对该光束聚焦，最后经双轴晶体LBO倍频后，得到了平均功率为40.6 mW，脉冲宽度为16 ns，重复频率为14 kHz，峰值功率高达181 W的绿光激光输出，1063 nm→532 nm的转换效率高达58%.测量了532 nm的光谱线宽曲线.解释了该聚焦方法比单一薄透镜效果明显好的原因，并指出了这种聚焦方法的使用对象.     

超声萃取-酶标仪-微量法测定污染土壤中的总石油烃

石油的开采、运输、泄漏及石油产品使用量的不断增加,导致了严重的土壤石油污染,改变了土壤的理化性质,引起土壤中的微生物大量死亡,影响植物的正常生长,并能通过皮肤、呼吸、饮食等方式进入人体,危害健康。因此,土壤石油污染的修复刻不容缓,但修复效果的评价离不开土壤中残留石油的提取和检测,建立快速高效的石油提取和分析测定方法是非常重要的。该研究讨论了检测波长、提取剂种类、提取剂用量以及超声萃取次数、萃取时间、超声萃取功率等影响污染土壤中总石油烃提取的参数和变量,最终建立了一种超声萃取-酶标仪-微量法提取检测污染土壤中总石油烃的方法。确定优化的提取和检测条件为：紫外检测波长为304 nm,用石油醚作提取剂,土液比为1∶4,超声萃取2次,每次萃取时间为20 min,超声萃取功率为100 W。该优化条件下,土壤石油添加回收率是88.4%～101.6%,相对标准偏差均小于4.7%,提取测定结果符合环境分析化学检测要求。利用酶标仪代替紫外分光光度计进行检测,能更方便快速的得出结果,且测定溶液用量少,可以更好地推广应用于微量石油污染环境样品的定量检测。此外,该方法用石油醚和乙醇作为提取和定容试剂,克服了采用二氯甲烷、四氯化碳等有机试剂提取而造成溶剂消耗量大、易产生二次污染、不利于环境友好发展等缺点,是一种快速、高效、绿色的提取和测定污染土壤中总石油烃的方法。     

环形光束的非线性传输及聚焦特性研究

针对用于产生光镊的环形光束,利用分步傅里叶-贝塞尔变换算法,对二维环形超高斯光束的非线性传输及聚焦过程进行了数值模拟,给出了环形光束聚焦场附近的光强分布,并分析了非线性调制对聚焦性质(包括焦面中心光强、焦面光强的横向分布、轴上光强和光束质量)的影响.研究表明,从聚焦角度来看,非线性调制中的位相调制比振幅调制对环形光束聚焦性质的影响程度要大;从非线性传输角度来看,随着非线性介质长度的增加,位相调制和振幅调制对环形光束聚焦性质各有不同程度的加剧,其中非线性作用对振幅调制的影响要比位相调制明显.     

超声频谱分析中应用自适应学习网络技术进行缺陷自动鉴别的研究

超声频谱分析是把频谱分析用于超声检验的技术，本文介绍了自行设计的超声频谱分析系统和研究开发的对频谱与缺陷作出相关分析的计算机程序，超声频谱分析系统中，研制了超声频谱探伤装置，以微机作为基本工具，利用步进采样技术对缺陷回波进行采样，通过软件进行快速傅里叶变换，获得频谱信号，然后，应用非线性自动增长的自适应学习网络技术，实现了对缺陷的自动鉴别，对有尖锐边缘与平滑边缘的两类人工缺陷所作的定性分析与横孔直径的定量分析都获得了较好的结果。     

超声脉冲背向散射法测量悬浊液浓度的研究

本文报导了在不同浓度和不同粒径的水泥浆悬浊液中超声脉冲背向散射讯号的数字特征,主要是幅域和频域特征.对于不同的浓度范围,可以取不同的背向散射讯号特征量(如散射声强或散的衰减)来表征是浊液的浓度和粒径.对于低浓度范围,相对散射声强与浓度有较好的线性关系,对于高浓度范围,声强的散射衰减与浓度有较好的线性关系,高浓度与低浓度之间存在着过渡区域,在此区域内,散射声强随浓度的增加与散射衰减随浓度的增加呈动态平衡,因而在过渡区域内散射声强将与浓度无关,并与频率或粒径有关,当频率一定时,可确定粒径分布.