不同光线入射角度下超声速湍流边界层气动光学效应的实验研究

利用基于纳米粒子的平面激光散射技术获取超声速(Ma=3.0)湍流边界层的密度分布,采用光线追迹方法计算其对应的光程差分布,并结合边界层气动光学相似律验证实验结果的可靠性.着重研究了光线入射角度对超声速湍流边界层气动光学效应的影响,并对其内在机理进行了分析.研究表明,气动光学效应对光线入射角度的依赖性源于光线在流场中的传输路径,传输路径的不同导致了光线在流场中的传输距离以及对应密度脉动互相关结果的差异.光线倾斜入射导致其在流场中传输距离增长,进而气动光学效应出现恶化.光线入射方向与壁面垂直方向之间的夹角越大,气动光学效应越显著,而且不同时刻的差异性增加,气动光学效应校正的难度增加.超声速湍流边界层中大量具有特定方向的涡结构导致了湍流边界层气动光学效应的各向异性.当光线倾斜向下游入射时,光线传播方向与流场中的涡结构具有较好的一致性,体现为此方向上密度脉动互相关系数较大,故气动光学效应比较严重.而当光线倾斜向上游入射时,相关系数较小,故气动光学效应较弱.     

含有密集随机分布内核的椭球粒子光散射特性研究

给出了一种结合射线追踪和蒙特卡罗方法计算含核粒子光散射的方法,内核粒子可以为稀疏分布也可为浓密分布.粒子外边界的反射和折射由射线追踪方法计算,而粒子内部的多次散射过程由蒙特卡罗方法模拟;当内核粒子为浓密随机分布时,其单次散射特性由基于静态结构因子（static structure factor）的浓密介质光散射理论计算.最后讨论了含核椭球粒子模型的单次散射特性. 关键词： 射线追踪技术 蒙特卡洛方法 光散射 椭球粒子     

闭域空间泄漏同轴电缆和单极天线辐射场的比较

从泄漏同轴电缆和天线的辐射理论出发，利用射线追踪法，以屏蔽良好的室内空间为例分析了其中由泄漏同轴电缆和单极天线产生的辐射场．通过比较，体现出了泄漏同轴电缆的场强在这种特定环境下具有分布均匀的优越性．该理论和结果可以扩展到其他场所，对于进一步研究闭域空间中的无线通信问题具有较强的参考价值．     

毫米波段多波束偏置抛物反射面天线平面接收阵列研究

对毫米波段90°偏置抛物反射面天线的多波束接收特性做了研究分析,尝试用平面接收阵列来代替传统的曲面接收阵列,采用射线追迹与Stratton-Chu矢量衍射积分相结合的方法,计算分析了不同角度的入射波束在接收平面上的衍射斑.数值分析结果表明:毫米波段90°偏置抛物反射面天线对一定入射角范围内的波束,用平面接收阵列来代替曲面接收阵列是可行的.     

多程放大系统总体光路的稳定性研究

 根据打靶精度要求分解系统的稳定性指标,利用光线追迹并通过三维矩阵与代数运算相结合的方法,开发了分析多程放大系统总体光路稳定性的仿真软件。针对神光-Ⅲ原型装置的总体光路的数学模型,完成了各单个元件稳定性对打靶弹着点的影响的模拟计算。     

地震波旅行时二次/线性联合插值法

为了提高地震波旅行时的计算精度,基于Asakawa的旅行时线性插值法(LTI)提出了一种改进的射线追踪法——旅行时二次/线性联合插值法(QLTI),即在震源的近场采用二次插值计算旅行时,在远场仍用LTI算法。QLTI算法改善了近场旅行时的精度,降低了累加误差,进而提高了全场(尤其是远场)旅行时的计算精度。数值模拟和模型实验的结果表明,本文提出的QLTI算法较传统的LTI算法更为精确。     

线性菲涅耳反射聚光器聚焦光斑能流密度分布的计算

利用光线追迹的方法,考虑太阳形状、余弦损失、阴影及遮挡损失的影响,建立线性菲涅耳反射（LFR）聚光器的三维光学几何模型,给出其光斑能流密度分布的计算式,采用Matlab软件编程实现该算法。将计算结果与美国国家可再生能源实验室（NREL）开发的SolTrace软件仿真结果相对比,光斑能流密度分布曲线基本吻合,证明了该算法的正确性。为了获得更高的镜场聚光效率,对比了不同反射镜面型对LFR聚光器的影响。     

Discrete curved ray-tracing method for radiative transfer in an absorbing-emitting semitransparent slab with variable spatial refractive index

A discrete curved ray-tracing method is developed to analyze the radiative transfer in one-dimensional absorbing-emitting semitransparent slab with variable spatial refractive index. The curved ray trajectory is locally treated as straight line and the complicated and time-consuming computation of ray trajectory is cut down. A problem of radiative equilibrium with linear variable spatial refractive index is taken as an example to examine the accuracy of the proposed method. The temperature distributions are determined by the proposed method and compared with the data in references, which are obtained by other different methods. The results show that the discrete curved ray-tracing method has a good accuracy in solving the radiative transfer in one-dimensional semitransparent slab with variable spatial refractive index.     

基于光线光学的非线性自聚焦现象的仿真分析

采用光线光学方法对非线性自聚焦现象进行仿真, 能够从宏观上直观地体现强激光的传输过程, 同时避免采用近轴近似、自相似近似等. 本文采用在光传输路径上垂直于光轴切片的方法, 将光的非线性传输转化为切片上的光对折射率的调制作用和切片间的线性传输. 在切片端面上统计光强后对量化误差进行了抑制, 而线性传输过程采用了亚当斯法求解光线方程从而解决了龙格库塔法等不能用于非线性光传输仿真的问题. 仿真结果显示, 强激光自聚焦在轴上有多个焦点, 且第一个焦点的位置随光功率的增大而更靠近入射位置; 由于追迹的是实际光线, 故可以得到近轴区以外区域自聚焦及成丝(环)的情况, 这对于强激光系统安全是有重要意义的. 利用已有的同样基于光线追迹方法的光学设计、仿真软件, 可以把非线性自聚焦介质和线性介质结合起来, 仿真光在实际强激光系统中的传输. 关键词： 实际光线追迹 非线性自聚焦 光传输仿真     

不同插值算法在波前构建射线追踪中的应用与对比

针对波前构建法射线追踪中遇到的波前非网格节点处速度及速度导数的插值问题,对比分析目前在数字地形、数字导航中常用的几种插值算法(邻近域、双线性、分片线性、二维三次卷积)的插值误差.并结合波前构建法的特征,针对不同的插值算法,采取合理的程序设计思想,对同一模型应用不同的插值算法进行射线路径和计算效率的对比.通过对比分析可以得出,在波前构建法射线追踪中应用二维三次卷积插值,不但提高了射线路径的准确度,而且提高了射线追踪的效率,为下一步做偏移成像提供了精确的数据.