基于硅基石墨烯的全光控太赫兹波强度调制系统研究

在太赫兹通信等系统中需要利用太赫兹波调制器对信号进行调制.基于GaAs 等传统半导体材料设计和制作的调制器在太赫兹波段的响应过低,因而很难应用于太赫兹系统.为了弥补传统调制技术在带宽和调制深度不够的缺点,设计了一种全新的基于硅基石墨烯的全光控太赫兹强度调制系统.该调制系统利用材料中光生载流子对太赫兹波的吸收特性,通过调节照射到材料上的可见光光强来改变光生载流子浓度,从而实现对太赫兹波强度调制.从理论和实验两方面对这种新型太赫兹强度调制系统的调制深度和调制带宽进行了研究.研究结果表明,在泵浦光功率密度为18 mW/mm2时,该调制系统能在实验使用的THz-TDS 测试系统(0.1~2.5 THz)的整个频谱范围内进行有效的调制,调制深度可达到12 %.且随着泵浦光能量的增大,调制深度增大.     

Experiments and Numerical Simulation of Small-scale Slapper Driven by Electrical Explosion

Based on the low inductance technology and parallel-plate transmission principle, an experimental apparatus of small-scale slapper initiating primary high explosives driven by electrical explosion is designed and established. The prob- lem of instantaneously and continuously measuring the velocity of the small-scale slapper is successfully solved by using the technique of laser interference. Compared with the results published on the literatures at home and abroad, data of the experimental and the numerical simulation shown in this paper are more proper to reflect the physical process of electrical explosion driving slapper. One-dimensional numerical simulation of electrical explosion driving slapper is done using the hydrodynamic code. The experimental results are consistent with the computed ones by introducing a power correction factor. In the end, the introduced power correction factor is discussed.     

激光驱动准等熵压缩实验研究

利用激光驱动的等离子体实现平面准等熵压缩是近年发展起来的一种新型动高压加载方式,同时也是目前加载应变率最高的准等熵压缩方式,该技术为研究材料准等熵压缩特性和物态方程提供了一条新的途径。探索了激光驱动下平面准等熵压缩的实验技术,在100J固体激光器上成功开展了金属样品的准等熵压缩实验,利用位移干涉测速技术获取了Al/LiF样品界面的速度历史,在样品中获得了接近500m/s的原位粒子速度,应变率达106s-1,准等熵压缩峰值约7GPa.     

微创手术过程中的手术烟雾仿真

手术烟雾是微创手术过程中对患者和医师健康产生危害的重要来源,也是手术风险控制中的重要环节。现阶段对这一复杂流体现象的仿真在精确性和可交互性等方面都有一定局限。通过改进的涡粒子方法将传统的流体模型与基于无网格的算法相结合,实现了面向微创消融术的手术烟雾仿真。该方法将传统模型在计算烟雾流体时因数值耗散而丢失的流体细节以涡量约束力的形式重新耦合进流体方程中,实现了对包括小尺度涡在内的流体细节的还原。同时通过GPU并行加速的方法和基于患者医学图片重建的三维模型实现了可交互式的仿真。仿真结果展现了较高的真实性和流体细节,实现了良好的计算优化及程序拓展性,为未来应用中的手术规划及训练奠定了基础。     

表面气流环境下激光辐照碳纤维复合材料实验研究

以跨音速风洞为平台, 开展了表面亚音速气流环境下, 连续激光辐照碳纤维复合材料实验研究。研究表明, 无气流时, 喷出的热分解产物会降低激光能量透过率; 有气流时, 气流快速带走热分解产物, 并对基体分解后裸露的碳纤维材料进行冲刷和剥离, 加速了材料的烧蚀。表面亚音速气流的加载有利于激光对碳纤维复合材料的破坏, 且马赫数越大越有利; 在激光总能量不变的情况下, 适当降低激光功率密度, 延长激光作用时间, 有利于激光对碳纤维复合材料的破坏。     

激光辐照下旋转充压柱壳失效的数值模拟

建立了激光辐照下充压旋转柱壳热力学响应的物理模型和数值计算模型,求解了激光产生的非线性温度场。在此基础上,考虑塑性和屈服强度的温度相关性,求解了非线性的应力场,分析了柱壳裂纹萌生的可能位置和条件。通过计算发现,旋转充压柱壳在过光斑中心外表面圆周上有最大应力值这说明在过光斑中心的外表面环带区域将有可能最先发生破坏。激光辐照薄壁柱壳时有较高的温升其更容易发生破坏;旋转柱壳在过光斑中心圆周上应力分布随旋转频率增加而趋于均匀这是因为旋转频率增加激光辐照的环带区域温度分布更加均匀;在激光总能量相同条件下,小光斑辐照时易产生裂纹。     

激光烧蚀对石英/氰酸酯透波复合材料电性能的影响

研究激光烧蚀对石英/氰酸酯复合材料电性能的影响并揭示其影响机制,对极度恶劣热环境条件下石英/氰酸酯复合材料透波性能评估分析、热防护设计等具有重要意义。利用激光作为外热流加载手段,对石英/氰酸酯复合材料进行激光辐照烧蚀实验,对实验前后的介电常数进行了测试。为分析介电常数变化机制,对石英/氰酸酯复合材料激光烧蚀前后的表面产物进行了透射红外光谱、XRD测试,对实验后的石英/氰酸酯复合材料表面进行微观形貌观察,并对氰酸酯和石英纤维进行了热失重测试。结果表明：与初始状态相比,激光烧蚀后的石英/氰酸酯复合材料在7~18 GHz范围内的介电常数为6左右,增大近1倍。分析认为激光烧蚀对石英/氰酸酯复合材料电性能的影响机制为：在激光辐照作用下,材料吸收激光能量升温,使氰酸酯树脂基体发生热分解、裂解等变化,在表面原位生成具有导电能力和岛链状态的炭黑物质,致使发生烧蚀炭化石英/氰酸酯复合材料的介电常数增大,将增强对雷达波的吸收。同时烧蚀形成的粗糙表面状态和疏松状态对电磁波的反射、散射作用增强,可进一步削弱石英/氰酸酯复合材料的雷达波透射能。     

利用近红外扩散相关谱同时测量生物样品光学特性和动态特性

由于近红外光对于大多数生物样品具有较高的穿透深度,因此近红外光谱技术广泛用于生物医学、化工、食品安全以及农产品等领域的无损检测,但是多局限于生物样品的光学性质测量,即光吸收测量.利用最新研制的近红外光扩散相关谱系统和采用脂肪乳作为生物样品的替代物,同时测量了国产30%脂肪乳的光学特性和动态特性,约化散射系数约为303 cm~(-1),吸收系数约为0. 037 cm~(-1),30%脂肪乳稀释为0. 85%(体积比)浓度后的布朗扩散系数约为8. 40×10~(-9)cm~2/s,根据Stokes-Einstein关系可推算出脂肪乳的颗粒半径约为253 nm;研究了脂肪乳随时间演化特性,在七天时间内约化散射系数上升106%,布朗扩散系数下降到63%,研究表明利用近红外扩散相关谱系统的光强衰减可以获得生物样品的光学特性(约化散射系数和吸收系数),利用光强随时间的波动可以获得生物样品的动态特性(布朗扩散系数),因此能够更加准确的测量生物样品的性质变化,为生物样品检测提供一种新的技术手段.     

中低密度材料飞片超高速撞击铝防护结构实验研究

空间碎片相对于在轨航天器具有10 km/ s 左右的平均撞击速度,且处于低轨道90% 数量的空间碎片密度属于中低密度材料,针对空间碎片撞击速度及材料密度的特点,采用电炮、磁驱动超高速飞片发射技术,开展了14 km/ s 速度低密度材料( Mylar) 和近9 km/ s 速度中密度材料(2A12 铝)超高速撞击单/ 双层铝防护结构的实验研究,得到了低密度材料飞片对2A12 铝单/ 双层防护结构撞击损伤实验结果,以及中密度材料飞片超高速撞击形成碎片云对舱壁的损伤结果。结果分析表明:14 km/ s 速度的低密度材料飞片撞击2A12 铝材料形成的碎片云中无熔化成分,而近9 km/ s速度的中密度材料飞片撞击形成的碎片云以液态、甚至是气态为主;与单层防护结构相比,双层防护结构对14 km/ s 的低密度材料飞片有着更好的防护效果。     

RDX激光点火特性数值分析

用数值模拟分析计算了黑索今(RDX)的激光点火过程。结果表明,RDX经加热、熔化、分解、蒸发,反应物进入气相后,随反应物的积累,温度和气相反应速率的增加,气相被点着。讨论了环境压力和激光功率密度对点火延迟时间和临界点火距离的影响,计算所得的点火延迟时间与文献报道的研究结果一致。