求解多尺度目标电磁散射的积分方程快速算法

建立了大尺度分层粗糙面散射物理模型, 基于Kirchhoff近似、几何光学和射线追踪方法, 推导给出粗糙面散射场的计算公式, 提出了一种快速模拟机载正下视合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)探测冰川回波的数值仿真方法, 以帮助分析实测数据.对SAR系统设计、雷达回波信号处理算法研究都有很大帮助, 可以应用到星体地下结构探测回波的模拟.理论公式及数值仿真结果验证了此数值仿真方法的正确性.在不同的仿真场景和雷达系统参数下, 数值仿真模拟了冰川散射回波, 定量分析了冰层表面粗糙度、次表面粗糙度、山体倾斜度、雷达系统参数等对天底区域和非天底区域散射回波的影响.本文的仿真方法可以快速计算任意大尺度特定地形所对应的雷达探测仪回波数据.     

太赫兹介电谱与组分含量的关系分析及应用

研究了固体有机样品的太赫兹介电谱与组分体积含量之间的关系。通过分析有效介质理论中的CRI（Complex Refractive Index）模型,得到样品的介电参数与组分体积含量的关系式。利用太赫兹时域光谱技术测得室温下两种氨基酸样品在0.5～2.7 THz的介电性质,样品的折射率、介电系数及介电损耗均随氨基酸体积含量增加而增大。选取氨基酸介电损耗谱特征峰位处的介电参数,根据CRI模型进行拟合,得到折射率与体积含量的线性关系式,介电系数和介电损耗与体积含量的二次函数关系式。研究结果有利于扩展太赫兹波段的定性定量分析手段,并对聚合物基复合材料制备有一定参考意义。     

介质壁加速腔加速结构优化

为了在介质壁加速器中增大轴向加速电场, 提高加速梯度的同时抑制径向电场对束包络的扩张, 提出了在每个加速电极上添加金属栅网结构。采用基于粒子云网格方法的电磁粒子模拟软件对不加栅网与添加栅网的电极结构进行了数值仿真, 分析了不同结构下加速管道中的电场分布和束包络变化。通过实验对比了两种不同结构下经过相同的加速长度获得的粒子能量。结果表明：添加金属栅网结构相对于不加栅网的金属小孔式结构, 轴向加速电场强度提高20%, 同时径向电场得到有效抑制;栅网结构下, 被加速的粒子束在自由漂移空间中的径向发散基本得到抑制;在相同的加速长度下加速H3+粒子, 栅网结构得到的能量增益提高了一倍。     

介质壁直线加速器加速单元间的电路耦合及解耦

中国工程物理研究院流体物理研究所研发的介质壁直线加速器是基于固态脉冲形成线、GaAs光导开关和高梯度绝缘介质壁三项关键技术的新型直线脉冲加速器。在加速器调试阶段,测量出获得加速的质子束流能量远低于预期值,在排除功率源负载能力因素之后,发现脉冲功率源因连接回路引起的电路耦合效应是导致束流能量低的主要原因。基于介质壁直线加速器加速单元放电回路结构的分析,确认了加速单元之间的电路耦合的必然性。并通过测量回路电流,研究了几种不同工作模式下的电路耦合效应。结合电路耦合的特点,给出了两种基于磁芯隔离的解耦方法,并测量了这两种方法的解耦效率。     

混沌腔体换能器在反向滤波弹性检测中的应用及其仿真研究

针对传统单通道时间反转无损检测成像质量低,检测灵敏度差的问题,通过混沌腔体换能器(Chaotic Cavity Transducer:CCT)的应用,极大提高聚焦检测的能力。CCT的使用可以更好的利用介质的各经历态特性,其有效解决了单通道时间反转检测中的幻影成像及边界应力增加的问题。实验过程中采用了线性调频激发信号源(Chirped Excitation:CE)及反向滤波技术(Inverse Filter:IF),他们分别能够携带更多的能量及利用更多反转信号的模态,进而有效的提高信号聚焦的质量。为了更好的理解混沌腔体换能器的特性,采用了非连续Galerkin算法对其聚焦性能进行了数值仿真和分析。数值仿真的结果及混响介质检测与成像的实现,验证了CCT与CE及IF结合应用的有效性和高效性。     

倾斜直流场下的介质板击穿统计分析

传统分析介质板次级电子倍增问题的粒子追踪算法方法存在运算耗时长、运算量大等缺点,为此采用统计方法实现了倾斜强直流场下介质击穿过程中次级电子倍增效应的数值模拟,给出了击穿过程中电子数量,电子渡越时间等关键参数的时间图像,同时研究了倾斜角、介质表面光滑度和次级电子产生率对次级电子倍增效应的影响。研究结果表明：强直流场下的次级电子倍增效应存在倾斜角的区域,倾斜角太大或者太小,都可能不会发生次级电子倍增效应,如果倾斜角位于区域内,则饱和状态时电子数目随着倾斜角度的变大而变小;选取光滑系数和次级电子产生系数越小的介质材料,抑制次级电子倍增效应的效果越好。     

氧的低温吸附模型与计算

受化学氧碘激光器(COIL)高效率小型化及新型压力恢复技术发展的推动,考虑COIL中气体氧的低温吸附问题。从质量守恒观点出发考察了气体流过沸石多孔床的压力与速度的关系,建立了吸附剂吸收的物质与气流中物质关系的吸附平衡方程。由吸附物较少的特点,得出在确定的压力梯度下速度为常数的近似。由吸附平衡方程与吸附速率方程,构成低温吸附模型方程,其中,亨利等温线方程作为辅助关系。对低温吸附模型方程作数值求解,得到了气流中氧质量浓度及吸收的氧质量浓度随时间变化的规律,以及这些质量浓度分布的长时间渐近特征。     

高功率微波介质窗表面矩形槽抑制二次电子倍增

为深入研究高功率微波(HPM)作用下介质窗沿面击穿破坏的物理机制,探索提高闪络场强阈值的方法和途径,开展了介质窗表面矩形刻槽抑制电子倍增的理论与试验研究。首先根据动力学方程建立了介质窗表面电子倍增模型并分析了介质窗槽内电子运动轨迹,考虑了矩形槽结构对表面微波电场的影响,理论分析表明在闪络击穿的起始和发展阶段矩形槽可有效抑制电子倍增。在S波段(2.86 GHz,脉宽1 s)下开展了介质窗表面矩形刻槽的击穿破坏试验,试验结果发现表面矩形刻槽可大幅度提高微波传输功率,在槽深(1.0 mm)一定时不同的刻槽宽度(0.5 mm和1.0 mm)对应的微波功率抑制范围不同。采用PIC-MC仿真模拟槽内倍增电子的时空演化,仿真结果很好地验证了试验现象。     

ICF分解实验用双介质调制靶的研制

为了研究惯性约束聚变（ICF）实验用靶丸不同密度界面的流体力学不稳定性增长,设计并制备了聚苯乙烯（CH）/碳气凝胶（CRF）, CRF /硅气凝胶（SiO2）和CH/Al三种双介质调制靶。采用溶胶-凝胶工艺制备了密度分别为250和800 mg/cm3的CRF气凝胶薄片;采用激光微加工工艺分别在两种不同密度的CRF薄片和工业用纯Al箔上引入调制图形;采用旋涂工艺在Al箔和CRF薄片（250 mg/cm3）的调制表面制备一层CH薄膜,得到CH/Al和CH/CRF双介质调制靶,采用溶胶-凝胶工艺在CRF薄片（800 mg/cm3）表面制备一层低密度SiO2气凝胶,得到CRF/SiO2双介质调制靶。采用电子天平、扫描电子显微镜、工具显微镜和台阶仪对所制备的CH/CRF, CRF/SiO2和CH/Al三种双介质调制靶进行靶参数测量。结果表明:三种双介质调制靶层与层之间结合紧密,界面清晰,调制图形为正弦,靶参数测量准确。     

电磁超表面

光学是认识光和控制光的科学,其中光相位的调控扮演着重要角色。最近人们提出了电磁超表面的概念,通过设计非均匀人工微结构来实现亚波长尺度下的任意电磁相位分布,根据惠更斯原理进而实现任意波前调控。