空气孔正方形排列光子晶体光纤的有限元分析

采用全矢量有限元法结合完美匹配层吸收边界条件对渐增型空气孔正方形排列的高双折射光子晶体光纤的模场分布、限制损耗及双折射特性进行了数值模拟。仿真结果显示：该种结构的光子晶体光纤可以在包层空气孔层数仅为四层的情况下即可将限制损耗控制在1.31×10E-6 dB/m附近;同时横排内层空气孔的直径的变化可以有效地改变光纤的模式双折射曲线的走向,在长波长区间这种影响更为明显。     

金属圆管管壁厚度对瑞利波影响的研究

为了探究管道中瑞利波信号的产生、传播规律,基于热弹激发机制,建立了激光线源在偏心圆管侧面激发超声波的有限元模型,研究了在不同激发源厚度下及不同曲率半径下铝质圆管中瑞利波的产生、传播规律。结果表明,均匀薄管中,管壁厚度在一定程度上决定了所产生的超声信号的成分,并且在一定范围内,超声信号也会随着管壁厚度的变化而变化;在非均匀管道中,激发源处的管壁厚度对超声信号的产生有很大影响,能在一定程度上决定超声信号的成分。这一结果对激光超声在管状材料的无损检测中的进一步应用是有帮助的。     

硅基结构混合等离子激元波导模式特性的数值研究

首先建立了一种由相同宽度的金属带,SiO2间隔层与Si介质脊构成的导体-夹层-硅基结构(Conductor-Gap-Silicon,CGS)的混合等离子激元波导模型,分析了间隔层的厚度以及波导宽度对模式传输特性的影响,提出了模场面积为0.08 m2与430 m传输距离的设计方案.在此基础上,通过增加数值模型中介质脊的宽度而形成硅基板CGS波导结构.数值分析结果表明:硅基板CGS波导可将模式有效折射率增至2.8,同时传输长度能够延长到1.74 mm.并且模场面积可以进一步压缩到0.025 m2.此外,硅基板CGS波导制作更加简便,并可采用现有COMS制作技术完成,进而具有较大的实用前景.     

含正交矩形腔MIM波导电磁感应透明及慢光效应的数值研究

通过在金属-电介质-金属(MIM)波导单侧引入正交的双谐振腔结构,得到了实现等离激元诱导透明效应的结构模型。采用有限元法计算得到了该结构的透射谱曲线。仿真结果显示,波导系统的谐振波长随着正交双谐振腔有效谐振长度(L_eff)的增加而红移,且当正交矩形腔为对称的T形结构时,会出现传输禁带。在此基础上讨论了当正交矩形腔为非对称结构时,在传输禁带处产生类电磁诱导透明峰的物理条件,以及该透射峰的变换规律。类电磁诱导效应可改变光的群速度,从而产生慢光效应。研究结果表明,含正交矩形腔MIM的波导结构可以得到0.086ps的最大光时延,为光路延时以及光数据存储提供了理论参考。     

激光超声在缺陷材料中散射波形的声谱分析

利用有限元法模拟了脉冲激光作用于单层铝板表面,由热弹机制产生超声波及其传播过程。针对相同厚度而含有不同深度的表面裂痕与给定埋藏深度的亚表面裂痕的单层铝板进行了对比计算,初步得到了声表面波经过表面裂痕及其亚表面裂痕时产生的反射及透射波形的特征;同时基于Wigner Ville分布的时间频率分析,得到了在裂痕前、后激光激发的瞬态表面波形的能量在时间频率平面内分布的情形,并就时频分析结果提出了不同深度的表面裂痕与亚表面裂痕对声表面波的声谱特征产生的显著影响,为激光超声的无损检测技术走向定量化提供了初步的理论依据。     

涂层-基底系统激光激发表面波的时间-频率分析

基于Wigner-Ville分布的时间频率分析方法,对用有限元方法得到涂层-基底系统中的模拟激光超声信号进行分析,得到了在该系统中激光激发的瞬态表面波形的模态和能量分布的特征。只需利用单次测量波形,通过群延迟时间估计,得到涂层-基底系统中表面波的群速度分布。时间-频率方法计算群速度只要单个位移时间波形,相比传统群速度的计算和测量比较简单。     

金属和非金属材料中激光超声前驱小波分析

根据激光脉冲的时间分布、空间分布及材料物理参数与激光超声波形特征的关系,采用有限元方法(FEM)建立了激光超声的热弹有限元数值模型,得到了金属和非金属材料中的温度场分布,将温度场作为超声力源进而得到热弹激发的超声对心波形。根据对心波形,分析了前驱小波的成因和规律。结果表明,金属材料中由于热扩散效应在金属表面附近激发出一个位于表面的力源;非金属材料由于同时存在光学穿透效应,在材料表面层下形成一个有一定深度的体力源。激光辐照导致金属材料中加热区域急速膨胀进而产生垂直于表面方向的应力,而非金属材料该垂直表面方向的应力作用于材料表面下方一定深度处。因此金属材料中前驱小波为单极波形,而在非金属材料中表现为双极波形。前驱小波波形的特征反映了材料的物理性质和参数。该研究为利用前驱小波进行材料的定量检测和无损评价提供了依据。     

Simulation of beam steering control in arrayed liquid prisms system based on electrowetting-on-dielectric

In this paper, an arrayed liquid prisms system based on electrowetting-on-dielectric (EWOD) is proposed to modulate the three-dimensional beam steering control. The relationships between beam steering control range, electrowetting contact angle, and liquid refractive index are derived. COMSOL is employed to demonstrate the beam steering control properties of the electrowetting-based arrayed liquid prisms when bias voltages are applied. The influence of contact angle, liquid refractive index, and interval between adjacent prisms are discussed. The results show that the beam steering control performance of the system will be greatly improved, and the range of beam steering angle is ?20° to 20° by selecting optimum combinations of liquids and rational interval between adjacent prisms. The arrayed liquid prisms system can succeed to achieve continuous control of beam steering in a conical region with an apex angle of 40°, and the vertex of the circular cone is located at the 15.02 mm in the z-axis. The proposed system will promote the development of non-mechanical beam steering technology and have a wide range of applications.     

介电润湿液体透镜仿生复眼的设计与仿真

为解决仿生复眼系统不能自适应变焦的问题,提出了一种基于介电润湿液体透镜曲面阵列的可变焦仿生复眼系统。分析系统结构对成像性能的影响,计算系统的自适应变焦能力及相应像平面可移动范围。结果表明:系统成像的视场角随着基底曲率的增大而增大。相比于非均匀透镜阵列,均匀透镜阵列可明显降低系统的离焦像差。适当减小子透镜单元尺寸,也可以达到降低边缘透镜离焦像差的目的。当物距或者接收器位置发生改变时,通过调整子透镜单元焦距降低系统的离焦像差。系统接收器可移动范围为1.9 mm~15 mm。