用介电质超表面产生准艾里光束

艾里光束通常是在液晶空间光调制器上加载立方相位后再作傅里叶变换产生,或者在材料表面设计微结构来激发表面等离激元产生。但是前者不利于系统的集成化和小型化,后者通常用于产生一维艾里光束。为了克服这些缺点,利用具有亚波长单元结构的介电质超表面产生艾里光束。将高斯分布的振幅信息和立方相位信息同时编码来对平面波进行调制,并对比了振幅和相位同时调制以及仅相位调制的差异,同时利用有限时域差分(FDTD)算法进行了仿真。研究表明:在工作波长为630 nm时可以产生准艾里光束,并发现这种利用傅里叶变换来产生艾里光束的方法,其傅里叶频谱的振幅信息是可以忽略的,由此简化了超表面编码流程;所设计的超表面的偏振转化效率高达83%,器件直径仅为35μm,厚度仅为380 nm,可为光学系统的集成化提供参考。     

一次谐波锁频的快速光腔衰荡光谱检测

本文介绍了一种赫兹级响应速率的光腔衰荡光谱探测大气痕量气体的检测技术.将100 MHz正弦波调制信号加载在电光相位调制器上产生边带,用混频器提取载波与边带通过3m气体吸收池后拍频所产生的一次谐波作为误差信号,实现了1572 nm分布式反馈激光器对于二氧化碳气体分子6361.25 cm-1处超精细跃迁线的频率锁定.采用波...     

消色差超构表面复合透镜

超构表面因其体积轻薄易于集成化，有望在某些特定场合取代传统透镜实现多功能光学器件。超构表面的光束偏转角随波长的增加而增大，与传统折射透镜相比产生相反的色散，这种色散又被称为“异常色散”或“负色散”。理论上利用超构表面的负色散和传统折射光学器件的正色散相抵消，可以完全矫正光学系统的色差。由此出发，设计了一种基于光刻胶材料，由Pancharatnam-Berry（PB）相位型超构表面作为第一透镜，传统球面透镜作为第二透镜的消色差超构表面复合透镜，利用时域有限差分数值模拟软件FDTD Solutions探索了该透镜在780～980 nm波段的聚焦性能，证明了消色差光刻胶超构表面复合透镜优异的消色差效果。相对传统的消色差超构表面通过相位补偿来消色差的方法，这种消色差设计简单且高效，为特定波段内的消色差成像提供了一定的借鉴意义。     

基于相位计算全息的完美涡旋光产生和调控方法

空间光调制器模拟锥透镜法是目前最为广泛使用的产生完美涡旋光的方法,但是该方法无法调控光束环宽,为了解决这个问题,提出了使用傅里叶空间相位计算全息法产生、调控完美涡旋光。通过理论分析和实验测量证明,改变编码相位可以实时调控完美涡旋光的光环半径、环宽和拓扑荷数。该方法光路简单,产生的光束质量高,且光路只需进行一次调整,操作简便。另外,该方法还具有通用性强的优点,可用于产生各类变形完美涡旋光。实验产生了不同参数的椭圆形完美涡旋光,实验测量结果与理论结果吻合得很好。因此,傅里叶空间相位计算全息法是一种简便、通用、实用性更强的完美涡旋光产生、调控方法。     

纳米级针孔矢量衍射波前误差分析

应用哈特曼-夏克(H-S)波前检测仪检测大数值孔径(NA)透镜时,需要采用纳米级针孔产生参考球面波前对H-S传感器进行标定.为了制作出满足要求的高质量针孔,本文对影响参考波前质量的各种要素进行了仿真计算和分析,以获得最优针孔加工参数.基于矢量衍射理论,在会聚高斯光束照射下,计算了针孔厚度和直径大小对衍射波前误差的影响,衍射波前中的像差成份、能量透过率、强度均匀性、针孔加工误差及光束相对针孔中心发生平移、离焦、倾斜时衍射波前误差的变化.分析计算显示,在NA为0.6时,为了使相对于理想球面波的波峰波谷值(P-V)偏差不大于0.005λ(λ=193 nm),在实际针孔的加工制作中,应选取材料铬,并取厚度200 nm,直径180 nm为适宜.     

利用棱镜结构高效率地耦合出表面等离子波

表面等离子波是指在金属和介质表面传播的电磁波,在垂直界面方向上呈指数衰减,提出了一种棱镜结构用以耦合出由K retschm ann结构产生的表面等离子波,使反射、吸收能量转化为透射光。棱镜结构在数值模拟中可以被简化为多层介质结构,利用传输矩阵方法模拟了高斯光束入射到这种结构中的传播情况,形象地得到了产生表面等离子体共振和表面等离子波耦合的结果。模拟结果显示提出的棱镜结构达到了接近70%的耦合效率,可以应用于偏振分光器件;并且利用这种结构还可观察到高斯光束分裂现象。     

交叉效应对光栅光调制器阵列的影响

为了讨论交叉效应对无源矩阵驱动的光栅光调制器的影响,建立了无源矩阵驱动光栅光调制器的电学模型.介绍了光栅光调制器的工作原理和驱动电压.利用基尔霍夫的电流定理和电压定理,对该无源矩阵驱动阵列的电学模型进行化简分析,得到了交叉效应中半选点像素、非选点像素与全选点像素之间的电压关系.实验测得器件的驱动电压,并对加工的阵列器件进行交叉效应验证,得到这3种像素的±1级衍射光强与全选点像素驱动电压的关系.最后,提出两种抑制交叉效应的方法.实验结果显示:光栅光调制器的工作电压为8 V,吸合电压约8.5 V时;对于加工的16×16阵列,半选点像素电压约为全选点像素电压的1/2,且远大于非选点像素电压,结论与交叉效应理论分析一致.结果表明:交叉效应会降低阵列的光学对比度和光利用率,而器件较低的驱动电压有利于与有源矩阵电路实现单片集成,消除器件的交叉效应.     

水凝胶支架的飞秒激光全息加工

为了实现以水凝胶为材料的细胞支架快速加工,将计算全息法引入传统的飞秒激光双光子加工中,并对全息图的生成方法和全息图对加工结构的影响进行了研究。首先,根据贝塞尔光波动方程和其透射函数生成贝塞尔光束全息图,分析两种参数对环形结构大小和质量的影响。然后利用生成的全息图加工得到壁厚800nm、直径为8~15μm不等的水凝胶(PEGDA)圆管结构。最后,实现了基于圆管道的水凝胶细胞支架高效快速加工,支架中圆管道壁厚800nm、直径为8μm。本文首次将飞秒激光全息加工技术应用于水凝胶三维支架加工,解决了飞秒激光单点加工效率的问题。该技术在生物医学中具有广阔的应用前景。     

有序金纳米棒阵列的超分辨成像

显微成像技术受限于光学成像系统的衍射极限，无法分辨亚波长尺度的结构。通过饱和散射抑制成像技术已经实现了单个纳米颗粒的超分辨成像，但是涉及到纳米颗粒集合，需要考虑纳米颗粒间的耦合作用。利用超越衍射极限的双光束方法，可以在有序金纳米棒阵列上实现远场超分辨光学成像。本文设计了纳米棒长径比为2的5×5金纳米棒阵列，通过矢量光场理论和热扩散理论计算了金纳米棒阵列在连续波激光下的热分布，并模拟了双光束激光即脉冲激发光和连续波抑制光下的散射成像。仿真结果显示，连续波激光能够有效抑制金纳米棒阵列对脉冲激光的散射，双光束方法实现了80 nm横向特征尺寸的超分辨成像。     

液晶空间光调制器对真实人眼畸变波前的校正研究

目的:本文对一个用于人眼畸变波前探测和校正的自适应光学系统的性能进行测试和研究。方法:沙克-哈特曼波前探测器,高分辨率的液晶空间光调制器分别被用来探测和校正人眼的畸变波前。结果:对近视500度的人眼进行自适应校正后校正精度达到波前残差的均方根误差为0.013个波长（=0.808 nm）。眼底原来模糊的细胞可以被清晰分辨。结论:液晶空间光调制器可以有效校正人眼畸变波前,达到提高成像质量的目的。     

Quantum Cooperative Robotics and Autonomy

The intersection of Quantum Technologies and Robotics Autonomy is explored in the present paper.The two areas are brought together in establishing an interdisci...     

考虑进油孔有限长滑动轴承油膜力的近似解析解

针对具有进油孔的有限长滑动轴承油膜力求解问题,采用变分原理和分离变量法,求得了有限长滑动轴承油膜压力分布的近似解析表达式。将油膜压力分布的近似解析表达式在油膜存在区域上进行积分,即得到了油膜力。将提出的计算有限长滑动轴承油膜力方法与无限长轴承模型、有限元方法的计算结果进行了比较,发现了提出的方法与有限元方法的计算结果很接近。最后,研究了进油孔位置和进油压力对油膜存在区域、油膜力等的影响,研究结果表明进油孔位置和进油压力对油膜存在区域和油膜力有较大的影响。     

基于多目标非支配解提取法的电力系统无功优化

针对传统的电力系统多目标粒子群优化算法采用权重系数法将多目标转化为单目标,从而忽视了各目标函数间的竞争关系这一问题,提出将非支配解提取法运用到电力系统多目标无功优化中,并设定了一套提取规则,以电力系统中的有功网损、电压偏差和电压稳定裕度为目标,使目标在充分竞争的情况下得出Pareto最优解,利用IEEE-14节点系统对多目标非支配解提取法的电力系统无功优化进行了仿真测试。研究结果表明,该算法一次运行可以得出多组非支配解,既有偏向单个目标的解也有兼顾所有目标的解,克服了权重系数法的盲目性和单一性,可使电力决策者根据实际问题选择最优解,具有较好的灵活性与多样性。     

On the Relation of Load to Average Gap in the Contact Between Surfaces with Longitudinal Roughness

A computer simulation model for the contact between longitudinally-oriented rough surfaces has been formulated. This model closely duplicates the actual surf ace contact deformation behavior by taking into account the elastic interactions between the asperities. There were no assumptions made about the shapes, or any deformation behavior of the asperities, except for their obeying the laws of elasticity. The plastic deformations on the high asperity peaks were taken into account by setting a ceiling on their contact pressures at the material hardness value. The simulations used real surface profiles which were digitized from unworn circumferentially ground steel surfaces. Each pair of these profiles was mathematically combined to form an equivalent rough profile pressing against an infinitely rigid flat and having the appropriately adjusted elastic modulus. A total of 28 different pairs of profiles were used in the simulations. Each contacting pair was subjected to 30 different load levels and the local contact pressures and deformations were calculated. The contact simulations yielded some important mathematical relationships between parameters, such as the real area of contact, average gap, and average asperity load through statistical curve fitting. Two analytical functions were generated to relate the average load to average gap and the real area of contact to load.     

三绕组变压器的双绕组等效建模及在Matpower中的应用

针对实际电网存在着大量的三绕组变压器,但国际上一些著名商业软件,如BPA仿真软件、Matpower这一权威潮流计算开源软件,均只提供双绕组变压器模型,限制了其在具有三绕组变压器的电力系统中的应用的问题,潮流计算是自主开发的电力系统各种应用软件的核心模块,因此依托国际权威开源程序进行二次开发,是一种较好的选择。对Matpower要求的数据格式进行了归纳,对变压器的一般的等值电路及带理想变压器的等值电路和带标幺值的等值电路进行了分析研究,提出了三绕组变压器转换为双绕组等效模型的建模方法,使得原先只适应双绕组变压器的潮流计算软件可以适用于三绕组变压器电网的潮流计算;最后以Matpower软件为例进行了案例计算,并用PSASP仿真软件进行对比验证。研究结果证明,所提出的建模方法是有效的。     

电站锅炉模糊风险评价方法研究与应用

针对电站锅炉风险等级评价问题,将模糊综合评价技术应用到电站锅炉风险等级评价中。开展了电站锅炉失效影响因素及模糊评价因素的重要程度分析,建立了一套科学合理适于在线评价的电站锅炉风险评价体系,提出了模糊综合评价技术与改进的模糊层次分析法相结合的模糊风险评价方法,利用改进的模糊层次分析法计算了指标体系中各层指标权重。对某一台电站锅炉的实际运行工况影响子因素进行了模糊风险评价,采用模糊合成算子进行模糊综合运算得到电了站锅炉运行工况影响子因素的评价向量。研究结果表明:电站锅炉的运行工况影响子因素的风险评价等级为第6级,失效可能性等级为小,该电站锅炉运行工况良好。     

Hybrid inversion method for equivalent electric charge of thunder cloud based on multi-station atmospheric electric field

This article proposes the hybrid method to inverse the equivalent electric charge of thunder cloud based on the data of multi-station atmospheric electric field. Firstly,the method combines the genetic algorithm( GA) and New ton method through the mosaic hybrid structure. In addition,the thunder cloud equivalent charge is inversed based on the forw ard modeling results by giving the parameters of the thunder cloud charge structure. Then an ideal model is built to examine the performance compared to the nonlinear least squares method. Finally,a typical thunderstorms process in Nanjing is analyzed by Genetic-New ton algorithm with the help of weather radar. The results show the proposed method has the strong global searching capability so that the problem of initial value selection can be solved effectively,as well as gets the better inversion results. Furthermore,the mosaic hybrid structure can absorb the advantages of tw o algorithms better,and the inversion position is consistent with the strongest radar echo.The inversion results find the upper negative charge is small and can be ignored,w hich means the triple-polarity charge structure is relatively scientific,w hich could give some references to the research like lightning forecasting,location tracking.     

虚拟式流体参量集成测试系统及其实现

为了实现对流体参量的自动测量,运用虚拟仪器设计思想,采用组件技术、海量数据存储技术及仪器通用化设计方法,设计并实现了虚拟式流体参量集成测试系统.该系统能同时对流体的温度、压力和流量等进行动态测试.实验室演示表明,该集成测试系统性能稳定,操作简单,功能较强大.     

交通荷载作用下桥梁结构参数识别方法

应用动力节点加载法,将作用在桥梁上的交通荷载转化为等效节点荷载,再用两步构造法识别结构物理参数.第1步,用Newmark-β方法变换结构运动方程,并用结构的加速度响应求得变换空间内的位移、速度和加速度响应;第2步,基于最小二乘原理,构造出变换空间内求解结构参数的递推式,进行结构物理参数识别.数值模拟结果表明,在交通荷载作用下,该方法能够快速、准确地进行桥梁结构参数识别.