涡旋光束轨道角动量在大气湍流传输下的特性分析

从拉盖尔-高斯涡旋光束表达式出发,基于瑞利衍射理论,通过研究涡旋光束在大气湍流中传输时的旋转相干函数的变化规律,总结了涡旋光束在大气湍流中传输时各轨道角动量之间的串扰情况,使用了拓扑荷数探测概率描述串扰规律,并推导了拓扑荷数探测概率的解析表达式。研究了涡旋光束通过湍流后的拓扑荷数的分布情况,并将结果与涡旋光束通过大气随机相位屏的数值仿真结果进行了对比,给出了理论与仿真的拓扑荷数的探测概率随湍流强度以及初始涡旋光束拓扑荷数大小的关系图对比,验证了推导的拓扑荷数探测概率解析表达式的正确性。通过该表达式可进一步研究大气湍流与涡旋光束相互作用从而影响涡旋光束轨道角动量散射的本质,为涡旋光束的空间光通信中选择合适的拓扑荷数间隔,以及在不同湍流强度下选择合适束腰大小以减少串扰带来的误码率提供了理论依据。     

双模态涡旋电磁波阵列天线设计

为了提高频谱利用率,设计了一种可生成l=+1和l=-2两种模态的轨道角动量涡旋电磁波阵列天线.阵列天线由两组辐射贴片与功分相移馈电网络组成,功分相移馈电网络为每组阵列天线依次提供相等幅度和恒定相位增量的信号,从而生成不同模式的OAM涡旋波.通过合理调节两个馈电网络的相位,使得两个微带天线阵生成l=+1和l=-2的轨道角动量涡旋电磁波,由于辐射阵元之间相互耦合,阵列天线获得了比较宽的带宽.测试结果表明,两个阵列天线的阻抗带宽分别达到780 MHz和610 MHz,两端口之间的隔离度大于32.5 dB.     

细颗粒物声波团聚的微观机理研究

为拓展声波团聚机理,对声波团聚过程中的声流与声涡作用进行了理论和实验研究。利用声流测试系统,发现在0～1 kHz低频与5 kHz高频时,团聚室内声流现象较为明显;并通过可视化测试,在7 kHz高频时观察到明显的漩涡。结果表明,流场中的声流与声涡对颗粒团聚会产生很大的影响,声流或声涡越强,团聚效果越好。在0～1 kHz低频与5 kHz高频时,声流产生的切应力带动气溶胶颗粒发生碰撞团聚;高频时声涡力矩较大,其产生的轨道角动量带动粒子发生圆周和自旋运动;当声压级大于132 dB时,声涡团聚开始发挥作用,与声流一起促进颗粒团聚,且声压级越大团聚效果越强;与波节相比,波腹处的声流速度更大,声涡现象更明显,团聚效果也更好。     

深度迁移学习方法识别轨道角动量光束

为了加快基于深度学习的轨道角动量光束识别模型的训练速度,提出使用迁移学习的方式识别轨道角动量光束,并利用次谐波法生成大气湍流相位屏仿真大气湍流,以空间光调制器加载相位屏的方式搭建模拟湍流环境,基于迁移学习的轨道角动量光束识别系统在弱湍流和中湍流环境下均获得了90%以上的识别率。并与传统深度学习方式在模型训练速度、识别率等方面进行性能对比,证明了在弱、中湍流环境中,基于迁移学习的轨道角动量光束识别方法在保持较高识别率的前提下可以减少训练时间。     

水中声波非线性相互作用的声吸收声研究

为研究声波非线性变参数相作用后的能量转移问题,本文利用谱分解方法对整倍频声波相互作用后的幅度解进行了理论研究和仿真分析。研究表明：高频声源级大于低频声源级,且高频声源级取定值时,频率比N越大,声吸收声效果越小。频率比N 3时,两列声波的初始相位关系对声吸收声的影响可忽略不计。高频泵源越强,高频对低频声的声吸收声效果越弱;相反,低频泵源越强,高频声波对低频声的声吸收声效果越强。非线性累积效应在间断距离处达到最强。     

相位共轭方法的声源定位分辨率研究

相位共轭方法可实现声波的反向传播和自适应聚焦,可用于声源定位。基于有限阵元平面阵列和球面阵列使用数值方法对相位共轭方法的定位分辨率进行了研究,研究了相位共轭阵列的形式及阵列与声源间距和声源定位分辨率的关系,还研究了在声源处设置声汇对噪声源定位分辨率的影响。数值结果表明:只有在近场测量声压梯度并使用偶极子源的相位共轭才能突破声波衍射极限分辨率;平面阵列距离点声源的距离越远分辨率越低,闭合球面阵列的分辨率不随阵列距离点声源距离的改变而改变;使用声汇后基于非近场测量也能突破声波衍射极限分辨率。     

供水管道泄漏声信号及其传播特性

相关仪利用供水管道泄漏时产生的泄漏声波对漏点定位。泄漏信号验证为高斯分布,泄漏声波主要是在管道里的水中传播,与管壁发生流固耦合作用,引起管壁振动。用FIR滤波器对管道系统建模,采用最小均方误差(LMS)自适应系统辨识方法得到管道的冲激响应函数,与线性相位FIR滤波器的冲激响应相比较,表明泄漏声波在传播过程中存在频散。泄漏声信号受各种噪声干扰,根据互谱相位谱信息估计泄漏信号的频带范围,对信号滤波后作时延估计,结果表明,提高了泄漏定位的置信度。     

OAM光通信技术研究进展

涡旋光束携带的轨道角动量(OAM)为光波的空间域提供了新的维度资源,吸引了越来越多研究人员的关注。由于具有不同OAM模式值的涡旋光束相互正交,因此将OAM模式引入传统光通信领域,衍生出两种新的应用机制--OAM键控(OAM-SK)与OAM复用(OAM-DM),这为未来实现高速、大容量及高频谱效率的光通信技术提供了潜在的解决方案。本文将从OAM光束的类别和产生方法等基本概念理论出发,对这两种通信应用机制相关的典型研究案例做简要概述,并重点论述三种关键技术,包括OAM光束复用技术、OAM光束解调技术以及OAM光通信的大气湍流效应抑制技术。最后,对OAM光通信技术的未来发展趋势及其前景进行了分析与展望。     

管道结构中含同轴穿孔管时的声传播特性

本文着重分析研究管道结构中含同轴穿孔管时的声传播特性，借助成熟的管道声学理论对典型结构作了严格的分析，阐明了结构内的存在两种类型声波：一为普通的平面声波，声压的相位和振幅在穿孔管内外区域保持相同；另一为特殊的声波，它由于穿孔管壁的耦合作用而产生，其声压的相位在内外区域正好相反，而振幅与截面积成反比，并且波数也与平面波的波数有所不同。文中对含同轴穿孔管的一些典型结构，作了定量分析，导出进口界面上声阻     

超表面实现复杂矢量涡旋光束的研究进展

作为一种人工微纳器件，超表面能够对光束的传播和相位进行精确的调控。具有不同偏振矢量特性的涡旋光束具有独特的光场分布特性，利用超表面生成复杂状态的矢量涡旋光场具有越来越广泛的研究前景。本文针对产生矢量涡旋光束超表面的材料进行分类，介绍了金属超表面、全介质超表面和智能超表面在矢量涡旋光束生成和调控方面的研究进展。我们详细阐述了超表面利用不同相位理论对入射波前调制的原理和超表面生成的不同矢量涡旋光束的特性，并探讨了这两者之间的联系。此外，我们总结了利用超表面代替传统光学器件生成矢量涡旋光束的优势，并展望了未来利用不同材料的超表面进行矢量光场调控研究方面的挑战和可能性。     

基于相位关联有源谐振辅助换流的电磁干扰抑制

研究了一种基于辅助谐振换流极的能馈型电子负载电磁干扰抑制方法.开关管寄生电容中储存的电荷及反向恢复电荷在开关导通瞬间产生大的尖峰电流,从而产生了极宽频谱的电磁干扰.移相全桥网络经隔离变压器为辅助谐振电感充能,换流充能相位与复位相位锁定反相关联,磁化电流双向复位,实现主开关和辅助开关的零电压开通,以抑制电磁干扰.所研制的1.0 kW实验样机验证了相位关联的磁化电流双向复位在减小传导电磁干扰和辐射电磁干扰方面的有效性.与传统的升压能馈型电子负载相比,本文所提出的拓扑可以将辐射和传导EMI大约降低23 dB.     

弱散射体产生的菲涅耳极深区散斑场相位涡旋演化的实验研究

实验提取了弱散射体产生的菲涅耳极深区的散斑场.发现当散射距离一定时,弱散射体光场的相位分布特征随散射体的粗糙度的变化而变化;对于某一弱散射体,相位分布特征随散射距离的变化而变化;当弱散射体的粗糙度大到一定程度时,才产生相位涡旋现象;散射体表面上存在相位涡旋;弱散射体产生的相位涡旋的密度随散射屏粗糙度的增大而增大,还随散射距离的增大而增大.研究结果对于认识弱散射体的相位及相位涡旋分布特征随粗糙度和散射距离的演化具有重要意义,而且对于认识散斑场随散射距离的演化有一定的帮助.     

轨道交通嵌入式声屏障设计及现场声学性能仿真研究

针对目前轨道交通车站的实际情况,设计并研制可以有效降低列车进出站时产生的轮轨噪声的轨道交通嵌入式声屏障.该声屏障充分利用了轨道床两侧架设通讯电缆的凹型空腔,并依据列车噪声分布进行了针对性设计.同时根据声波的传输规律,利用有限元分析软件ANSYS和边界元分析软件SYSNOISE对嵌入式声屏障的现场声学性能进行仿真研究,得到列车进出站时的现场噪声分布及该嵌入式声屏障的现场声学性能.     

卷曲空间型超表面对声波的调控

声学超表面具有天然材料所不具备的独特属性,为声学器件的设计提供了多样性。以广义斯涅尔定律为理论基础,设计了具有多种声波调控能力的折射型相位梯度超表面。该超表面由8个具有不同结构参数的卷曲空间单元结构组合而成,在中心频率3 500 Hz附近,8个单元结构的相位覆盖π范围且声波透射率较高。通过合理地设计超表面水平方向上的相位梯度变化,能够实现对声波的任意调控,在理论和有限元仿真上依次实现了异常折射、无衍射贝塞尔声束和声聚焦。这种厚度薄、透射率高的声超表面,在声学器件设计方面具有潜在的应用价值。     

基于带状线的混合模态涡旋波天线设计

鉴于涡旋电磁波所体现出的独特空间电磁场分布特征,以及其携带的轨道角动量在理论上所具有的无穷维度模态正交特性,涡旋电磁波在无线通信领域和雷达探测与成像领域均表现出重要的研究价值和应用潜力;从涡旋电磁波的电磁场分布和原理入手,针对当前混合模态涡旋波天线结构尺寸大、模态干扰大的问题,设计了一种基于带状线的叠层结构的抗干扰混合模态涡旋电磁波阵列天线;在C波段设计叠层结构的混合模态天线阵列,并基于带状线屏蔽性能优势设计1分4和1分8两种馈电网络,以及进行实物加工和近、远场测试;通过加入软件无线电平台,搭建无线收发传输链路,验证该天线阵列多路信号传输特性能正确解复用且隔离度较好,实现频谱效率的提升。     

基于近场波束形成法的声发射源定位研究

引入近场波束形成法处理声发射信号,研究在小区域布置少量传感器来实现声发射源定位的新方法.首先,利用板波理论进行声发射信号传播特性研究,对比了板中声发射信号与空气中声波传播的差异性,分析了波束形成法应用于声发射源定位的问题.并在板上进行断铅实验,验证了近场波束形成法进行声发射源定位的有效性.最后,在旋转机械碰摩模拟实验台上进行了碰摩实验,利用波束形成法进行碰摩声发射源定位,所提出的方法能有效地定位旋转机械初始碰摩位置.所得结果可为声发射源定位提供一种新途径.     

利用声频特性提高民族音乐录音质量

1声音的几个特性声音在传播的过程中,遇到障碍物时,只要障碍物的尺寸大于或近似等于声波的波长时,就会产生反射而改变它的传播方向。部分声波则会绕过障碍物的边缘进行传播,而声波在通过小孔时,是趋向于均匀地扩散,这就是声音的绕射。对于频率越高的声音,声绕射不会轻易地产生,它传播辐射的指向性就会越强;     

基于PVDF薄膜的智能材料回声控制实现

提出了用高分子压电材料——PVDF薄膜作为激励声源，将其内嵌于基体材料聚氨酯橡胶中制成具有特殊功能的消声材料。通过声时延的方法，用布置在消声样件前方的两传声器检测出平面入射声波和反射声波，利用压电材料PVDF薄膜的逆压电性能，对其施加具有一定幅值和相位的电压，实现样件材料的声阻抗和介质声阻抗的匹配，以使得反射声波达到最小或零，从而实现回声控制的目的。最后对不同频率的入射声波进行了基于声阻抗管的回声控制实验测试并对结果进行了分析。     

中小厅堂扩声中声反馈的抑制

声反馈是厅堂扩声中经常遇到的令人头疼的问题。无论是在剧场还是歌舞厅,一但出现声反馈就会破坏会议演出效果,甚至烧毁音响系统中的功放和扬声器。许多音响系统中,使用很多功放和扬声器,为避免啸叫的产生使实际使用的功率远远低于设备的设计功率。这种设计方式会造成资金的浪费。下面谈一下笔者在工作中是怎样抑制声反馈的。声反馈的产生当扬声器发出的声波反射到传声器,与传声器的输入信号叠加,当相位相同时产生更强的输入信号进入系统,同样产生更强的输出信号,再反馈到传声器。多次反复此过程就会引起系统自激振荡,出现啸叫。抑制反馈的…     

基于演化相位谱的脉动风速模拟

基于理性分析,提出了一种演化相位谱模型,并由此发展了脉动风速模拟方法。根据湍流中不同频率涡旋的特征速度,提出了相位演化速度这一概念;进而,说明具体的风速时程可由所有初始相位为零的涡旋经过时间 演化而来。通过对实测脉动风速 值的识别和统计,给出了 的概率分布。据此,可以得到演化相位谱的样本,结合Fourier幅值谱,应用逆Fourier变换便可进行脉动风速模拟。本文所建立的演化相位谱模型是对Fourier相位谱的一种理性描述,可用于各种结构抗风计算及可靠度分析的风荷载模拟当中。