提高非匹配超透镜的光学成像分辨率研究

非匹配超级透镜具有类似于超透镜(Superlens)突破衍射极限的超分辨光学成像特性,为进一步提高不匹配超级透镜的分辨率,将金属膜细分为多层膜以减少金属的吸收效应,在入射波长为442 nm的p偏振光源下,保持透镜总厚度不变,将设计好的非匹配超透镜SiO2(15 nm)/Ag(25 nm)/SiO2(15 nm)划分为5组等比缩小多层膜.相应于非匹配超透镜,等比缩小后的多层膜透镜组的光学分辨率从λ/5提高到λ/7.     

相同激励下双磁透镜分幅变像管的成像研究

设计研制了大面积阴极双磁透镜分幅变像管,考察双磁透镜系统相同激励下1∶1的成像.从薄透镜成像关系出发,分析满足成像条件的4种情况,并求得各种情况下双透镜位置与焦距的关系式.通过阴极微带光刻分辨率板法进行成像的测试与验证.测试结果表明,双磁透镜仅在少数几个位置能成较高质量的1∶1像.影响双磁透镜像管1∶1成像的因素主要包括磁透镜的磁化饱和效应、铁磁材料间的磁场干扰以及透镜厚度.     

时间透镜系统在流密码二次加密中的应用研究

时间透镜成像系统可以应用在密码学实时加密系统中。数字信号的加密一般使用数字信号处理器或者计算机软件程序进行处理,而这些传统的加密方式难以处理光信号。经过理论研究和MATLAB仿真可以得出结论:当四波混频时间透镜成像系统的放大倍数为-1时,时间透镜系统会将通过的光信号波形进行反演,这就和流密码加解密的过程相近,所以时间透镜成像系统可以应用在流密码实时加解密系统中。时间透镜成像系统在流密码一次加解密应用中的安全性不高,所以提出时间透镜在流密码二次加密系统中的应用研究,最后通过仿真验证了时间透镜对高速光信号的二次加解密过程。     

基于时间透镜的光脉宽循环放大研究

利用时间透镜将超短光脉冲进行展宽后,在接收端使用低成本的示波器就可以实现光脉冲的精密测量,这是实现高精度超短脉冲实时测量与诊断的最简单有效的方法之一。在现有的四波混频原理实现时间透镜成像系统基础上,将光耦合器与时间透镜结合,使得2倍放大的时域成像系统可以实现脉宽指数倍放大,实现时间透镜成像系统的循环利用,降低系统放大倍数较大时的成像系统复杂性。通过理论分析和数值仿真验证光脉宽循环放大的可行性,实现光脉宽的5次循环放大,光脉冲宽度从5ps增大到160ps。     

天幕靶光学系统性能分析

基于天幕靶的工作原理及现场使用特点,论述了组成天幕靶光学系统的透镜、狭缝、光学变换的功能及相互之间的关系,分析了光学成像透镜的焦距和孔径、狭缝尺寸(长、宽)和位置、光学变换方法等对形成光幕、汇聚光能的作用,以及对探测视场、探测灵敏度、工作稳定性等的影响.针对天空亮度变化过高或过低两个极端条件下,给出了光学透镜、狭缝和光学变换等参数的选择原则.     

单轴各向异性左手材料的电磁特性

左手材料是近几年兴起的一种新型材料.以Maxwell方程为基础,通过理论计算,对光轴与界面成一定角度的单轴各向异性左手材料的一些电磁特性进行了研究.推导了这种材料中E偏振波和H偏振波的色散方程.对电磁波从各向同性右手材料入射到单轴各向异性左手材料时的折射和全反射现象进行了分析,得到了发生负折射和反常全反射的条件.推导了这种材料层的消逝波的反射系数和透射系数,发现当满足特定条件时,随着材料层厚度的增加,消逝波的透射率被指数倍放大.最后对这种材料层的偏振分束特性进行了研究,得到了实现偏振分束的条件.     

时间透镜成像系统的数值分析

在高非线性光纤中利用四波混频（ＦＷＭ）效应产生时间透镜,由输入色散光纤、时间透镜,以 及输出色散光纤三部分构成光信号处理的时间成像系统．时间透镜将泵浦光的二次相位通过四波 混频作用传递给信号光,啁啾化的信号光在经过光纤的色散之后可以引起脉宽的放大或压缩．数值 计算表明：在时间成像系统中,采用较宽的泵浦光会导致信号光脉宽的放大倍数Ｍ 值下降,但泵浦 光输入功率的强弱对放大因子Ｍ 值没有影响．考虑到光纤的损耗会导致色散线路上信号功率的衰 减,为使色散与非线性效应动态匹配,将输入输出两段光纤的色散由固定值改进为指数渐减,可以 使放大倍数更趋近于理论值．     

虚拟弯曲透镜阵列的集成成像特性

虚拟弯曲透镜阵列已成为提高三维集成成像质量的有效手段.针对典型虚拟弯曲透镜阵列的集成成像系统,依据集成成像记录与重构原理,利用ABCD矩阵光学理论,推导了三维物体与三维集成图像的映射位置关系模型,实现了虚拟弯曲透镜阵列集成图像的计算生成与重构;引入成像取样率模型,定量分析了记录过程单元图像取样率与不同深度重构集成图像质量的关系.最后,利用相关度图像度量因子比较了虚拟弯曲透镜阵列和传统平面透镜阵列的集成图像质量,证明了虚拟弯曲透镜阵列在提高三维集成成像质量方面的优越性.     

用于近程被动成像的3mm波准光介质透镜天线设计

针对近程焦平面被动阵成像系统应用,设计了3 mm波准光介质透镜天线。根据应用需求设计成像系统光路结构,并结合高斯准光理论得出光路设计参数;选择透镜表面为双凸非球面结构,利用光学分析软件ZEMAX优化设计透镜轮廓以减小成像像差;利用电磁仿真软件FEKO计算透镜天线近场分布,对设计进行验证与修正。测试结果表明,所设计的介质透镜在像平面上形成的聚焦波束3 dB尺寸仅为29.5 mm,偏轴时波束指向均匀性好,在700 mm(H)*1 800 mm(V)视场范围内波束功率电平值性改变量小于0.9 dB。     

时间透镜成像系统中泵浦脉冲的优化研究

泵浦脉冲的宽度会对时间透镜成像系统的性能产生影响。通过理论分析得出:当四波混频时间透镜满足成像条件时,泵浦脉冲的宽度与放大倍数、输入光纤的二阶色散、信号初始宽度、信号脉冲间隔及分组脉冲的脉冲个数等参数满足一定的关系。通过对系统误差的分析计算,验证了相关理论:当直接减小泵浦脉冲宽度时,成像系统的误差变小;当增大信号初始宽度时,成像系统的误差变小;当增大输入光纤二阶色散时,成像系统的误差变大;当放大倍数远大于1时,成像系统的误差几乎不随放大倍数的改变而发生变化。     

黏接结构中超声波的能量反射与透射特性

针对黏接结构中超声波的能量反射与透射机理问题,研究了板状黏接结构界面为理想连接时,纵波以不同角度入射下的声波与界面的相互作用. 分析了入射角度、频厚积对声波能量反射与透射特性的影响. 结果表明:当纵波垂直入射时,不发生波型转换;随着频厚积的增大,纵波的能量反射与透射系数曲线出现明显的周期性谐振.当纵波倾斜入射时,波型转换会发生;随着频厚积的增大,纵波与横波的能量反射与透射系数无周期性谐振现象.当入射角小于90°时,纵波的位移势反射系数始终大于能量反射系数,而横波的位移势反射系数与能量反射系数曲线随着角度的增大会出现交叉.     

黏弹性节理岩体中应力波的传播特性分析

为探究黏弹性节理对应力波在岩体中传播规律的影响,引入饱依丁-汤姆逊模型作为位移不连续条件,基于时域递归方法推导出应力波通过一组平行黏弹性节理的传播方程;通过将饱依丁-汤姆逊模型退化为Maxwell模型和Kelvin模型所得的时域递归数值解与已有的频域内封闭解对比,验证推导过程的正确性;最后,对相关参数的影响规律进行分析。结果表明：模型无量纲系数、无量纲节理厚度、无量纲节理间距和入射角等都对波的传播产生影响;对于单条节理,应力波的透反射系数以及能量耗散率主要取决于位移不连续模型的无量纲参数、入射角及无量纲节理厚度;而对于一组平行节理,透射系数还和平行节理数与节理间距的大小有关,且节理条数的增加对入射临界角位置处透射波振幅的衰减影响更为明显。     

瑞雷面波在弹性楔状体中的传播特性研究

瑞雷面波在弹性楔状体中传播特性的研究,由于其涉及地形对面波传播的影响等,因而是一个长期受到地球物理学家关注的问题。瑞雷波在弹性楔状体中传播时,不仅与介质的性质有关,而且与楔状体的角度（地形起伏）有关。由于人射面波总是和体波耦合在一起,精确而完备的分析方法目前尚处于探索之中。本文着重对负地形进行了分析,以势函数表示波的传播,并使其交替地满足楔状体两侧界面的边界条件。通过模型正演分析,得到了不同楔状体角度与泊松比、透射能量的定量关系以及剩余场位移的极化曲线。正、负地形的数值计算结果,可以在实际应用中分析地形对瑞雷面波的影响时参考。     

十二重准晶中负折射的研究

周期性的光子晶体中存在电磁波的负折射现象．然而,这些研究主要集中在周期性结构中,对非周期结构的研究还没有相关的报道．研究从实验和理论两个方面证明了非周期性十二重准晶光子结构同样存在负折射,并且可以实现超透镜的远场成像．利用楔形结构来验证这些条件：在频率为11．82GHz时,准周期光子晶体可以实现负折射,并且对应的有效折射率接近于-1．与周期性光子晶体相比准晶更接近于各向同性．     

Energy flux characteristics of seismic waves at the interface between soil layers with different saturations

Based on the multiphase poroelasticity theory describing the propagation of waves in the unsaturated fluid-saturated porous medium, the reflection and transmission coefficients of the seismic waves at the interface between soil layers with different saturations are obtained. Our unsaturated model consists of a deformable skeleton in which two compressible and viscous fluids (i.e., water and gas) flow in the interstices. Three compressional waves (i.e., P1, P2, and P3 waves) and one shear (i.e., S wave) wave exist in the unsaturated soils. The expressions for the energy ratios of the various reflected and transmitted waves at the interface during the transmission and reflection processes are presented in explicit forms accordingly. At last, numerical computations are performed and the results obtained are respectively depicted graphically. The variation of the energy ratios with the incident angle, wave frequency and saturation degrees of the upper and lower soil layers is illustrated in detail. The calculation results show that the allocation of incident seismic waves at the interface is influenced not only by the angle and frequency of the incident seismic waves, but also by the saturations of the upper and lower soil layers. It is also verified that, at the interface, the sum of energy ratios of the reflected and transmitted waves is approximately equal to unity as was expected. This study is of importance to several fields such as geotechnical engineering, seismology, and geophysics.     

基于粒子群算法的多层介质透波性能优化

雷达罩多采用单层结构设计,但是其工作带宽较窄,难以适应宽频段的透波要求。对于大入射角情况下的透波要求,单层结构设计更是难以满足要求。随着雷达导引头的工作频率逐渐加宽,以及雷达导引头的宽扫描角要求,单层结构设计的雷达罩越来越难以满足要求。为了适应宽频带的透波要求,该文从介质平板透波性能分析出发,推导出多层介质平板的透波性能,并利用粒子群算法,设计出相应的优化适应度函数和目标函数。对多层介质平板的厚度在多频点、多入射角条件下进行优化设计,得出了可以满足宽频带、大入射角透波要求的多层介质平板结构。     

Reflected Characteristics of Interface between Ceramic and Ceramic／Metal Graded Materials on Elastic Wave

The propagation characteristics of impact waves across a planar interface between a ceramic layer and a ceramic/metal ( C/ M ) composite layer were investigated. Two interfacial boundary conditions were considered : one was a shear coupling boundary condition that simulated a perfectly bonded interface between the ceramic and composite, and the other was a slip boundary condition that only allowed a transmission of the transverse motion and normal stress at the interface. The ceramic was subjected to an inchtent impact wave. The ceramic and composite was assumed to be elastic during impact. The stndy was based on a basic method provided by Furlong, Westburg and Phillips for predicting the reflection and refraction of spherical waves across a planar interface separating two elastic solids. Emphasis was put on the effect of the metal volume fraction in the composite, ceramic thickness and interfacial boundary condition on the reflected waves. New and interesting results are obtained that provide a very useful guidance for design of a ceramic/composite armor and of a C/M functionally graded applique.     

正交各向异性圆柱板中周向衰逝导波频散特性

针对复数根描述的衰逝波难以求解的问题,提出一种基于正交多项式级数法计算导波问题的改进方法,使其能够求解衰逝波问题,该方法可同时求解得到纯实数根、纯虚数根和复数根.计算了大径厚比圆柱曲面板中的周向衰逝导波频散曲线,并与已有文献计算的板频散结果进行比较,验证了提出方法的正确性.应用提出方法计算得到了不同圆柱板中周向衰逝导波频散,给出了完整的三维频散曲线,研究了不同径厚比和材料弹性参数对衰逝导波频散特性的影响.