超声波宽频谱发射技术研究

为了有效地完成超声波局部放电检测装置的性能检测,研究了超声波宽频带发射技术及其装置。采用MATLAB仿真技术分别对单频和复频超声换能器的声场轴向声压分布、声轴截面声场分布、声场指向性特性及复频焦区频谱图等声场特性进行了仿真研究,并据此设计了一款复频超声宽频带发射装置。结果表明,复频超声宽频带发射器产生的两列声波可发生声散射效应,从而达到超声场频谱变宽的目的。     

在极化声子共振区基于级联差频产生高频太赫兹波

提出了一种在晶体极化声子共振区利用级联差频在Mg O∶Li Nb O3平板波导中产生高频太赫兹波的方法。不同于传统的基于两束近红外光直接差频产生太赫兹波,本文首先利用两束近红外光在周期极化铌酸锂(PPLN)晶体中产生低频太赫兹波和一系列级联光,然后将上述级联光耦合导入平板波导中,通过改变平板波导的尺寸优化各阶差频的相位失配分布,经级联差频高效产生高频太赫兹波。借助Mg O∶Li Nb O3晶体极化声子共振区巨大的非线性光学系数,以及Mg O∶Li Nb O3平板波导中被降低的太赫兹波吸收系数,在室温下通过输入两束强度均为100 MW/cm2的差频光,得到了频率为5 THz的高频太赫兹波,太赫兹波强度为88.2396 MW/cm2,能量转换效率为44.12%。本文为产生高频、高功率太赫兹波提供了一种全新方法,可以推动高频太赫兹波在未来高速无线通信领域的应用。     

周期极化GaAs晶体中差频产生太赫兹辐射的研究

传统的光学差频产生的太赫兹辐射转换效率低,不能获得高功率太赫兹辐射。本文对周期极化GaAs晶体中差频产生太赫兹辐射进行了理论计算,通过温度调谐实现了周期极化GaAs晶体中差频获得可调谐太赫兹波的输出。为了提高差频过程的增益和量子效率,在准相位匹配基础上引进了级联差频机理,并对最佳晶体长度和最佳泵浦频率进行了计算。结果表明,利用周期极化的GaAs晶体可以获得更高能量更高效率的太赫兹波辐射。     

CO2激光辐射在ZnGeP2晶体中的差频

可以使用不同的非线性晶体在远红外区获得两台CO2激光器的差频振荡。ZnGeP2晶体的特点是不需要低温和磁场，而已在红外区及远红外区的吸收较小。该文研究了高功率脉冲CO2激光器的辐射在ZnGeP2晶体中的差频。图1ZnGeP3的折射率n0(a)吸收系数。a0(5)与辐射波长的关系图2ZnGeP3的匹配角与辐射的差频反的关系为了保证辐射在非线性晶体中相互作用的效率，实现了寻常红外线和非常红外线的共线匹配。根据文献[4]计算的寻常波ZnGeP3晶体的光谱特性曲线（图1）可以确定远红外区的匹配角（图2），并估计红外能量。这样，对计算的红外脉冲（能…     

检测Doppler-free红外激光光声信号的两种方法

讨论了检测Doppler-free红外激光光声信号的和频方法和差频方法,发现在用相同斩波叶片情况下,几乎对所有的斩波孔数比F_2/F_1差频方法在减少组合频率干扰、提高信噪比方面都好于或等于和频方法.     

产生太赫兹辐射源的Nd∶YAG双波长准连续激光器

产生太赫兹波辐射的方法可分为电子学和光子学两大类。在光子学领域,非线性光学差频方法是获取高功率、低成本、便携式、室温运转太赫兹波的主要方法之一。实验研究了激光二极管(LD)端面抽运Nd∶YAG1319nm/1338nm双波长准连续线偏振运转激光器,理论计算了输出双波长在非线性晶体DAST(4-N,N-di methylamino-4′-N′-methyl-stilbazolium tosylate)中差频产生太赫兹辐射的平均功率。在重复频率50kHz时,双波长激光平均输出功率达到2.22W,斜率效率12.72%,线偏振度0.983,脉冲宽度71.91ns。M2因子仅为1.165,不稳定性小于0.487%。根据非线性差频理论,计算出可在1mm厚DAST晶体中获得4.71mW的3.23THz高相干性太赫兹波辐射。这两条非常接近的谱线为进一步通过非线性光学差频方法获得高相干性太赫兹波提供了理论基础。     

光学差频的大信号处理

光学差频是产生可调谐相干红外辐射的重要方法之一。通常用小信号近似作定量讨论。本文在大信号的情况下直接求解三波相互作用的耦合波方程,给出差频信号强度和转换效率。     

覆盖L 波段的宽带隐身雷达天线罩设计

设计了一款极化和角度不敏感的宽带频选吸波体,在X 波段实现了宽带透射窗口以及包含L波段在内的宽频带吸收。该频选吸波体采用频率选择表面与电磁超材料吸波体相结合的方式,通过级联加载多层耦合型频率选择表面和双层高阻表面完成总体结构设计。理论上,利用等效电路法对多层耦合型频率选择表面及整体结构展开分析,论证频选结构和频选吸波体的谐振机理。数值仿真结果显示,该频选吸波体可以实现8.1～11.7GHz频段内的宽频带透射,以及1.18～4 GHz、15～18 GHz 频段内的宽频带吸收,其中透射窗口的插入损耗不大于3 dB。将该频选吸波体作为平面雷达天线罩与微带天线相结合,分析天线的辐射性能和散射特性。研究结果显示,天线在工作频带内保持了良好的辐射性能,而在带外实现了RCS 的有效缩减,达到了天线系统的隐身目的。     

日食声重波效应

介绍了1997年3月9日日食期间，首次利用地跨主食带区两侧的电离层台阵，食甚前后采用1min 1次的同频加密观测的资料。观测证实：日食期间在主食带区日食确有可能诱发声重波所致的电离层行扰现象（TID。并对其运动学特征作了粗浅的讨论。     

产生太赫兹辐射源的Nd:YAG双波长准连续激光器

产生太赫兹波辐射的方法可分为电子学和光子学两大类.在光子学领域,非线性光学差频方法是获取高功率、低成本、便携式、室温运转太赫兹波的主要方法之一.实验研究了激光二极管(LD)端面抽运Nd:YAG1319 nm/1338 nm双波长准连续线偏振运转激光器,理论计算了输出双波长在非线性晶体DAST(4-N,N-dimethylamino-4'-N-'methyl-stilbazolium tosylate)中差频产生太赫兹辐射的平均功率.在重复频率50 kHz时,双波长激光平均输出功率达到2.22 W,斜率效率12.72%,线偏振度0.983,脉冲宽度71.91 ns.M2因子仅为1.165,不稳定性小于0.487%.根据非线性差频理论,计算出可在1 mm厚DAST晶体中获得4.71 mw的3.23 THz高相干性太赫兹波辐射.这两条非常接近的谱线为进一步通过非线性光学差频方法获得高相干性太赫兹波提供了理论基础.     

凹球面双频聚焦超声声场的线性声学分析

在线性声学条件下,研究了差频相干模式下的双频聚焦声场的空间-时间特性,分析了换能器分割面积、不同频差对声场的影响.通过计算两波在不同初始相位时轴上瞬时声压起伏的周期性变化规律,证明其合成声场是统计平稳和均匀的.结果表明,适当选择分割面积比和频差,双频声场的"损伤声焦域"相对于单频有明显扩大,并在离体牛肝的损伤实验中得到初步验证,为双频高强度聚焦超声(HIFU)换能器的设计及提高治疗效率提供参照.     

激光空泡溃灭辐射声波声谱特性研究

为了对高功率激光与液体物质作用时产生的激光泡溃灭辐射声波的声谱特性进行实验研究,采用压电陶瓷水听器测量了不同情况下的激光泡溃灭声波,对采集的信号经过傅里叶变换后得到相应的声谱进行谱分析.结果表明,激光泡半径大小对应着不同的声波频率,泡半径大的,声波频率较低.这一结果对空化噪声的理论与应用研究是有帮助的.     

基于四维切片图的相控阵超声辐射声场研究

声束聚焦是超声相控阵区别于常规超声检测方式的主要特点之一。该文研究了单源矩形换能器与一维线阵的辐射声场。在四维切片图的基础上详细分析了频率、阵元数和阵元间距对声束聚焦时焦斑和焦深的影响,进而分析了对检测分辨力和声压值的影响,换能器参数的优化结果对于相控阵探头的优化设计具有一定的参考价值。     

TeO2压电换能器的外部匹配网络设计

TeO2晶体作为声光性能优越的材料之一,在设计过程中由于阻抗不能完全匹配及声波在不同声学阻抗的弹性体间传播时,分界面处会发生反射和透射,导致损耗在中间频率处过大,频率特性不稳定;分析TeO2压电换能器的阻抗特性呈容性电抗,所以采用感性的电感器件对其进行外部补偿,可提高换能器的性能.     

基于角谱法分析圆形活塞声源近场声特性

圆形活塞的声辐射应用较广,大多数超声检测应用中所用的声源,都可视为活塞式辐射器。利用角谱法分析了传播波和倏逝波在声场轴线上的分布与空间位置、声源半径及辐射频率间的关系,通过比较两种波的声压幅值确定了倏逝波的有效传播距离。利用近场声全息(NAH)理论计算了倏逝波在换能器近场空间的声压分布,并对结果进行误差分析。仿真结果表明,基于空间傅里叶变换的角谱法和NAH法均可准确反映圆形活塞辐射近场声压呈现数衰减的分布规律。     

激光光束检测圆对称超声换能器焦点声压的可行性

根据Raman and Nath理论,光在声场中传播可认为是在多层薄光栅中传播,而薄光栅的参数则由光栅平面内的声场分布决定。本文通过圆对称聚焦换能器在焦平面附近的声场分布,得到光束的偏转角与换能器焦点声压的关系。通过测量光束偏转距离得到换能器焦点声压。虽然本文的声压与偏转角的关系是基于理想超声聚焦换能器的线性理论,但通过激光检测声压与光纤水听器测量的结果,表明该方法可用于检测较高的焦点声压检测。     

聚焦超声换能器的仿真与性能分析

高频声透镜聚焦超声换能器在电子器件评估与检测、材料微观机械性能表征、生物医学成像、细胞操控等方面具有重要的应用。结构参数是影响其性能的主要因素之一。该文通过有限元法对基于声透镜结构的高频聚焦超声换能器进行仿真模拟,分析了声透镜的开孔角度对该类换能器聚焦区域声压模式、横向分辨率、-6 dB景深等关键性能参数的影响。仿真结果表明,换能器的焦距和横向分辨率与理论计算结果接近。随着声透镜开孔角度的增大,换能器的横向分辨力随之提高,焦点处声压级逐渐增大,-6 dB景深逐渐下降。这为声透镜聚焦超声换能器的优化设计提供了一定的技术基础。     

压电双叠片复合弯曲振动换能器辐射声场研究

采用瑞利法对固定边界条件下双叠片复合弯振换能器进行理论研究,在计算谐振频率及位移分布函数的基础上,利用声场迭加原理推导出双叠片复合弯曲振动换能器辐射声压及其指向性表达式,数值计算分析了复合换能器结构参数对指向性的影响,并与相应活塞板指向性进行比较。结果表明,复合弯曲换能器各结构参数对声场指向性会产生不同影响,当其他参数给定,其声场指向性具有无旁瓣,瓣角大,声压作用距离短,频率增大时指向性瓣角变小等特点。     

一种声学发射换能器的实验研究

采用有强磁化特性的磁性液体作为换能器中制动元件,实验建立一个交变的梯度磁场作用于磁性液体,通过压电陶瓷换能器检测到磁性液体振动而产生的声波,发现磁性液体在交变梯度磁场作用下有磁致伸缩效应。导出了磁性液体振动特性的动力学一般方程,揭示了交变的梯度磁场作用引起了交变的磁性液体的内压强,从而引起磁性液体的体积发生伸缩,产生机械振动,激励空气产生声波的机理。以磁性液体为制动元件可以研制较理想的大功率低频宽带声学发射换能器。     

纵弯转换超声振动球面聚焦系统聚焦特性研究

该文提出了一种由夹心式纵振动换能器与带孔球壳组成的纵弯转换型球面聚焦系统。应用弹性力学的板壳振动理论和亥姆霍兹-基尔霍夫声场理论分析了新型聚焦系统的振动特征和声场聚焦特征,并通过实验进行了验证。研究结果表明,球壳弯曲振动的辐射声场具有显著的聚焦特性,焦点位置、声压强度、焦区形状受球壳曲率半径的影响。在结构一定的情况下,聚焦的特性受谐振频率的影响,高阶谐振频率的聚焦效果比低阶谐振频率好,但焦点声压低于低阶谐振频率。由于弯曲振动与气体介质的辐射阻抗匹配要好于纵向振动,因此这种新型聚焦系统具有更强的实际应用意义。