变换光学的物理原理和前沿进展

变换光学基于麦克斯韦方程的形式不变性,可以任意的控制电磁场达到需要的空间分布,是最近光学以及工程领域的热门研究方向。我们从历史发展的角度回顾了变换光学概念的产生历程,简要介绍变换光学的基本物理原理,并结合光学隐身、光学幻觉和波导工程等现代光学工程实验总结了在当前科学和工程领域中的代表性应用。介绍近期变换光学新概念框架的进展以及在声学、热学、量子波领域中应用的拓展,讨论变换光学未来理论和工程方面的发展方向。     

一种运动干扰稳健滤波方法

传统的阵列干扰抑制算法假设天线阵列与干扰之间相对静止,完成干扰抑制,当阵列与干扰之间存在相对运动时,存在协方差矩阵估计快拍数不足的问题,从而导致阵列滤波性能下降。针对上述运动干扰稳健滤波问题,提出了一种算法对现有零陷展宽技术抗运动干扰方法进行改进。一方面,将零陷展宽技术与导数约束方法相结合,用得到的新协方差矩阵求自适应权值;另一方面,为了提高自适应波束形成对噪声和误差的稳健性,引入了对角加载技术,加载量通过寻找协方差矩阵的特征值曲线拐点得到,有效避免了加载量过大导致的干扰信号被淹没以及加载量过小导致噪声分量引起性能损失的问题。该算法对零陷展宽系数选取依赖性较低,且对角加载量不需要设置固定的经验值,有利于稳健运动干扰滤波,适用于实际工程中先验信息不足条件下的自适应阵列抗运动干扰情况。     

基于奇异值分解的PCNN红外与可见光图像融合

为了提升红外与可见光图像融合精度,提出了一种基于局部区域奇异值分解的自适应PCNN红外与可见光图像融合算法。利用局部区域奇异值构造局部结构信息因子,作为PCNN对应神经元的链接强度。经过PCNN点火处理,获得源图像的点火映射图,通过比较选择算子,选择源图像中明显特征部分生成融合图像。采用多组红外与可见光图像进行融合实验,并对融合结果进行客观评价。实验结果表明本文提出的算法在主观和客观评价上均优于已有文献的一些典型融合算法,可获得更好的融合效果。     

Ca3Y2(Si3O9)2:Tb3+绿色荧光粉的光谱特性

采用高温固相法制备了Ca₃Y₂(Si₃O₉)₂: Tb³⁺绿色荧光粉,研究了材料的光学性能。X 射线衍射(XRD)结果显示,掺杂少量的Tb³⁺,并未影响Ca₃Y₂(Si₃O₉)₂材料 的晶相结构。Ca₃Y₂(Si₃O₉)₂:Tb³⁺ 荧光粉的激发光谱由较强的4f^75d1宽带吸收(200～300 nm )和较弱的4f-4f电子跃迁吸收 (300～500 nm)构成,主激发峰位于236nm。取波长分别为236、376和482nm的光 作为激发源时,发现样品的主发射峰均位于544 nm,对应Tb³⁺的⁵D 4→⁷F₅跃迁发射。以236nm 紫外光作为激发源,监测544nm主发射峰,随Tb³⁺浓度 的增大,Ca₃Y₂(Si ₃O₉)₂:Tb³⁺的荧光寿命逐渐减小,但在实验范围内并未出现浓度猝灭现象。     

一种新型双吸收层光探测器的设计和分析

PIN光探测器是光纤通信系统和网络中的关键器件.量子效率和响应带宽是衡量光探测器性能的重要指标,并且这两个参数都与器件的吸收层密切相关.为了提高光探测器的性能,提出了一种新型双吸收层光探测器(即PINIP结构),利用侧腐蚀工艺减小双吸收层光探测器吸收层的结面积.对其性能进行了理论研究,结果表明该器件的量子效率达到了93％,同时响应带宽达到了26 GHz,比传统结构的双吸收层光探测器提高了44％.     

（英）340GHz倒圆角交错双栅行波管的仿真与冷测

近些年来交错双栅行波管由于其高功率容量和易加工等优点受到了很多的关注。然而随着器件工作频率的升高,尤其对于太赫兹频段,结构的损耗严重限制了行波管的性能。本文考虑了损耗和加工所导致的圆角等因素,针对交错双栅结构提出了一个更切实际的设计。仿真结果表明该行波管在320GHz到342GHz频率范围内能获得大于5W的输出功率。此外采用了相速跳变方法来提高输出功率,在整个工作频带内输出功率都得到了大于28%的提升。在此基础上加工了340GHz交错双栅慢波结构并开展了冷测实验,在330GHz到360GHz范围内盒型窗的S21测试结果大于-2.1dB且电压驻波比在334GHz到355GHz范围内小于1.35。同时对包含盒型窗部件的高频系统进行了冷测,其电压驻波比测试结果在335GHz到344GHz范围内均小于2,且该冷测结果与仿真结果之间趋势基本一致。     

浇注炸药PBX-1侵彻安定性试验与数值模拟

为了研究浇注型高聚物黏结炸药(PBX?1)在侵彻过程中的安定性,开展155 mm火炮发射平头试验弹侵彻混凝土靶板试验,获得了该试验条件下装药安定的临界侵彻速度约为490 m·s^-1。基于黏弹性统计裂纹(Visco?SCRAM)模型,采用流固耦合方法模拟了安定性试验中装药的力学响应,计算了装药黏弹性变形和宏观裂纹损伤导致的温升。数值模拟结果与试验结果相一致,试验弹弹体侵彻后无明显的变形和破坏,但浇注PBX炸药在侵彻过载下发生大变形流动,部分装药从尾部缝隙挤出并发生了局部点火反应;侵彻过程中装药尾部会与药室底部发生高速碰撞,形成局部高压区,最高压力超过500 MPa,装药尾部变形和损伤严重,装药尾部在碰撞和挤出时,温度会急剧升高,从而导致意外点火。     

一种燃速可调的光控固体推进剂燃烧特性

为了研究光控固体推进剂在激光辐照下的可控燃烧特性以及推力性能,采用高速摄影、高精度压力传感器、R型热电偶以及微推力测试平台等装置分别获取了不同激光功率密度下,光控固体推进剂的燃速、点火延迟时间、燃烧室压强、燃烧火焰温度以及微推力等性能参数.结果表明:光控固体推进剂的燃速与燃烧室压强均随激光功率密度的增加而线性升高,与之相反,其点火延迟时间随激光功率密度的增加呈下降趋势.结合热电偶测温曲线,发现光控固体推进剂的燃烧过程主要分为五个区域:预热区、凝聚相区、三相区、气相区以及火焰区,与此同时,在1.343 W·mm-2的激光功率密度下,推进剂的燃烧火焰温度为1202.3℃.光控固体推进剂燃烧状态对于激光功率密度的依赖性对于实现推力的精确控制具有重要意义,通过改变激光功率密度的大小,成功实现了光控固体推进剂的推力控制;随着激光功率密度由0.344 W·mm-2增加到1.343 W·mm-2,光控固体推进剂的推力由1.58 mN上升至2.28 mN.     

基于地面传感器的低空目标跟踪算法研究

研究了用地面声阵列传感器进行低空飞行目标跟踪问题。采用了3种类型的关联门,即初始波门、小波门和中波门,使用Kalman滤波算法来实现对方位角的跟踪。充分考虑声音传播的延时,进行传感器的方位角数据匹配,计算目标的位置。通过判断上报方位信息的各传感器是否在同一有效探测范围内,降低了计算量。仿真结果表明,该低空飞行目标数据融合算法是有效的。     

表征高温超导YBCO薄膜表面酸性液膜特性的红外方法

利用自行研制的红外实时监测系统,对YBCO高温超导薄膜上酸性液膜的红外辐射灰度进行实时采集,拟合出不同时刻的红外热像与三维相对灰度分布图及其红外辐射灰度平均值随时间变化的曲线,并在液膜微小立体液柱热交换简化模型的基础上,研究了YBCO上液膜平均温度的变化特性及其特征点.研究表明:红外实时监测技术可以清晰地观测到液膜的温度抖动特性,并且可以表征出液膜各微小区域之间的温度差异,以及各微小区域温度的实时变化;在一次喷涂形成液膜的情况下,YBCO上液膜的平均温度分为抖动变化、快速上升、逐渐下降和趋于平缓四个阶段,每个阶段都有其特定的响应时间、变化速度、变化趋势以及反应机理.根据平均温度变化的特点,将划分这四个阶段的三个特征点相应定义为灰度陡增点、灰度极值点和灰度平稳点.