非平衡系统的有序结构

从1979年开始,笔者对非平衡系统,特别是反应扩散系统和激光系统的非平衡相变和不稳定性进行的长期研究工作,完成了一组研究论文,所取得的研究成果主要有如下两个方面: 一、激光系统与反应扩散系统有序结构的理论研究1.1982年完成题为《三光子参量系统中的非线性波-波相互作用》的研究。研究结果表明,在三光子参量过程中存在着阈值,当驱动光束的强度超过阈值时,就会呈现出从无序到有序的转变现象。2.在〔1〕的基础上,接着又完成了题为《四光子参量系统中的非线性波-波相互作用》的研究。研究结果表明,在四光子参量过程中也存在着阈值。但其阈值与诱导     

基于电子回旋动理学和离子完全动理学的电流片不稳定性的模拟研究（英文）

采用电子回旋动理学和离子完全动理学模拟程序研究了电流片中的不稳定性问题,其中考虑了自洽电流和额外激励电流两种情况.通过对电子采用回旋平均处理,该模拟方法相对于电子离子完全动理学模拟更为经济有效,同时还保留了重要的电子拉莫尔半径、波粒共振、电子的热压力非对角项等效应.该理论框架涵盖了从低频大尺度磁流体问题到高频小空间尺度例如低杂波以及哨声波等.模拟结果给出了电流片不稳定性的实空间分布结构以及线性增长率随物理参量的依赖关系.进一步分析表明,电流片中心不稳定性为静电模式,该不稳定性不足以激发快速磁场重联.此外给出了带电粒子速度各向异性的理论推导过程.     

一种离子温度分布下的测地声模连续谱的参量激发

在离子温度为非均匀的等离子体中漂移波激发测地声模连续谱的过程中,对测地声模固有频率的径向分布函数的不均匀部分取双曲正切函数的情况,研究了漂移波边带模和测地声模连续谱的径向结构以及测地声模增长率.数值结果表明漂移波边带模的径向结构分布图都与简谐振荡都很接近,测地声模连续谱的能量都主要集中在参量激发的共振点附近,而测地声模增长率和泵波振幅的平方成正比.     

载流等离子体中的修正双流不稳定性

本文研究载流等离子体中的修正双流不稳定性.我们从Braginskii 流体方程组出发,考虑了密度梯度和电子成分与离子成分之间的碰撞相互作用,导出了一般色散关系,本征频率和增长率的公式.结果表明,粒子的热效应使得本征频率增加,并且在一定的参范围内,它对该模起解稳作用.最后,我们给出了不稳定性增长率对于传播方向,粒子漂移速度,密度梯度以及温度的依赖关系和数值结果.     

电磁除垢参数的实验研究

利用麦克斯韦方程和边界条件,计算了交变磁场在水管中的场分布.采用交变磁场的磁感应强度作为参量,用实验的方法得到水管结垢量与磁感应强度之间的关系,从而提出了结垢磁感应强度阈值的概念.根据该阈值计算出不同管径对应的功率阈值,为工程设计提供了参考.此外,对水的参数,如温度、硬度与结垢量的关系进行了实验研究.结果表明,在水的硬度小于700mg/L的范围内,不同的管径对应的结垢磁感应强度阈值相近,功率阈值不同.     

四光子参量系统中的非线性波-波相互作用

本文从分支点理论出发,讨论了四光子参量系统中泵浦波、诱导波、信号波与空闲波之间的非线性波-波相互作用。结果表明,在四光子参量过程中也同样存在着一个临界值——阈值。该阈值与诱导波的强度有关,且与之成反比。当驱动强度超过临界值之后,便呈现出从无序到有序的转变。     

激发正交相干态的构建及其量子特性

利用产生算符作用在正交相干态上构造新的量子态的方法,构造了激发正交相干态。采用数值计算方法,通过对光场的两个正交分量涨落、二阶关联函数、Mandel Q参量的计算,讨论了该量子态的统计性质,并研究了产生算符作用次数和相干态平均光子数对其量子特性的影响。结果表明:激发正交相干态不呈现压缩效应,但呈现出反聚束效应和亚泊松分布性质,并且随平均光子数增大它的反聚束效应、亚泊松分布性质均减弱。另外,算符作用次数对其量子特性有重大影响,选择二次作用对增强态的反聚束效应和亚泊松分布性质有利。     

光CATV系统中提高受激布里渊阈值功率方法的研究

受激布里渊散射是限制光CATV传输系统入射功率从而限制系统传输 离的主要障碍,本文研究了光CATV传输系统中提高受激布里渊阈值功率的一种方法－非均匀掺杂光纤光,若光纤纤芯和包层参杂浓度沿传输方向变化,将导致布里渊频移发生变化,增益谱结构变化,最终影响受激布里渊阈值功率。本文分析了阈值功率与布里渊频移分布之间的数量关系,设计了渐增型,周期正弦型、正弦型,三角型和平方型5种沿光传输方向频移分布的方案,比较了它们提高SBS阈值功率的效果,数值计算表明,布里渊阈值功率可提高20dB,可将传输距离提高100km.     

双共振Ⅱ类倍频过程中自发对称破缺的实验研究

对双共振Ⅱ类倍频过程中泵浦光的两个偏振模之间的自发对称破缺现象进行了实验研究,即当泵浦功率达到一定强度时,输出的两个基频光场不再平衡.此现象表明系统的非线性相互作用强度达到了光学参量振荡器(OPO)的阈值,为进一步的实验奠定了基础.     

双泵浦光纤参量放大器中泵浦与光纤长度选取的研究

研究了强非线性色散位移光纤和光子晶体光纤中的光纤参量放大增益特性.结果表明,在泵浦光功率低于受激布里渊散射阈值的条件下,当两泵浦光功率相等且功率之和与光纤长度的乘积满足某一特定值时,可得到最佳增益谱平坦性、增益峰值、增益带宽等参数;适当改变光纤长度或泵浦光功率,可以优化光纤参量放大.     

线性损耗下绝缘硅基波导调制不稳定性

考虑绝缘硅(SOI)波导线性损耗情况下,对SOI波导飞秒脉冲传输调制不稳定性进行了研究.推导了调制不稳定性增益谱的计算公式,导出了峰值增益、峰值增益频率和增益谱带宽的表达式.分析了脉冲峰值功率、群速度色散和线性损耗等参量对调制不稳定性的影响,并以具体结构SOI光子线波导为例进行了模拟.结果表明,即使在微弱光功率下,在反常色散区仍存在强烈的调制不稳定性,其增益是同等光功率光纤介质的102~103倍;线性损耗明显影响SOI波导调制不稳定性增益谱,在传输距离5 mm处,峰值增益频率和增益谱带宽分别降为其最大值的42.68%和41.38%.     

磁层顶电子剪切流K-H不稳定性

磁层顶是由经过舷激波的太阳风和地磁层相互作用而形成的边界层,其上有电流流动.本文将这种电流看成电子剪切流,来讨论夜侧磁层顶的电子剪切流所引起的Kelvin-Helmholtz(K-H)不稳定性问题.电子剪切流受到的洛仑兹力中包括了电场的作用,正是这种作用使得剪切不稳定性要复杂一些.本文对电子剪切流激发的K-H不稳定性进行了细致的分析,从而得知,电子流剪切引起的K-H不稳定性倾向于在磁层顶内侧激发,并且只有当剪切速率在上下两阈值之间时,才可能激发K-H不稳定性.本文对比了夜侧近地磁层顶和磁尾磁层顶,发现当磁层顶两侧电子数密度之比恒定时,高电子数密度的磁层顶侧易产生K-H不稳定性.而磁鞘侧电子数密度n2与磁层侧电子数密度n1之比n2/n1的改变对不稳定性的影响也很显著:较大的n2/n1产生的K-H波主要是在低速区域,其有效增长率较小.     

多条件数控铣床切削振动控制

为了合理控制铣削过程中产生的振动,利用切削振动信号、机床主轴电机功率和主轴转速信号等多控制条件,设计了数控铣床切削振动控制系统。对VMC850数控铣床切削振动信号进行了检测,通过时域和频域分析确定了均方根和功率谱密度等数控机床切削振动控制的参量的阈值和切削加工参数的回避值;结合主轴电机的功率和主轴转速等信息,对机床切削参数进行了控制,实现了对进给速度和主轴转数的智能控制。该控制系统的使用,提高了数控机床的振动控制能力。     

诊断中性束热量测试系统的设计与实现

文章论述了利用Sensoray 2600系列智能模块开发DNB热量计测试系统,以及对注入中性粒子束流功率和束分布测量的工作原理.该系统将使从DNB装置中引出的束流的功率和束分布得到准确测量,以达到对中性束注入器装置放电过程的精确控制,指导对束线工作参数进行优化选择,从而得到高品质的束流.     

相对论激光等离子体中的电磁孤波

激光在等离子体中传播时发生调制相互作用,导致产生调制不稳定性。随着不稳定性的非线性演化,在一维情况下将形成电磁孤波。利用电磁波在相对论等离子体中的非线性色散关系以及Karpman方程,分析强激光在相对论性等离子体中的调制不稳定性,获得一般情况下调制不稳定的增长率与扰动态波数之间的函数关系,同时得到一维情况下的电磁孤波。分析表明,随着激光功率的增大,相对论性强激光与等离子体发生相互作用产生的调制不稳定性的时间增长率峰值显著增大,但是电磁孤波的半宽明显减小。     

用元胞自动机模型研究二维激发介质中的行波

采用Greenberg-Hasting元胞自动机模型,在零流边界条件下计算机数值模拟研究激发介质中行波的性质.结果表明,行波波速随邻域半径增大而增大,随激发域值增大而减少.得到了系统激发条件与邻域半径、激发阈值的关系,并据此解释了行波波速随激发阈值、邻域半径的变化关系.     

自然循环过冷沸腾流动不稳定性的实验研究

以氟里昂作工质,对自然循环过冷沸腾流动不稳定性进行了实验研究,重点研究了加热段几何结构和系统操作参数对流动不稳定性的影响规律。实验过程中使用了三种不同结构的加热段。结果表明,流动不稳定性的发生不仅与加热段的加热功率有关,还与加热段的结构有关;自然循环过冷沸腾系统可能发生高频脉动和低频脉动二类流动不稳定性,系统操作参数对二类不同频率的流量脉动的发生有重要影响;流动不稳定性的发生主要取决于加热段的总加热功率,而与加热段内局部热流密度的大小关系不大。得出了判断系统稳定性的界限,并使用积分方程无因次分析方法得出了预测流动不稳定性的经验公式。     

基于数字全息的金属薄膜热形变测量

提出了一种利用数字全息来检测飞秒激光脉冲激发金属薄膜产生的表面热形变的方法.主要研究了2束飞秒脉冲激光在低于烧蚀阈值的条件下激发金属薄膜表面所产生的热形变.通过菲涅耳离轴数字全息,记录金属薄膜表面在激光脉冲激发前后的2幅全息图.通过数值再现得出2幅全息图的相位差分布,再由相位差分布确定金属薄膜表面产生的热形变.实验结果表明,低于烧蚀阈值的条件下,飞秒脉冲激光激发金属薄膜的表面形变主要由热效应引起,其分布可以通过热传导微分方程和热弹性理论来模拟计算,数值模拟结果与实验结果相一致.在脉冲激光与物质相互作用及利用所提方法探测光热物理参数方面可以提供理论与实验支持.     

激发qs变形奇偶相干态的反聚束效应

构造了激发双参数qs变形奇偶相干态,并利用数值计算方法研究了激发qs变形奇和偶相干态的反聚束效应.结果表明,随着激发光子数m的增大,奇和偶相干态的反聚束效应减弱.     

反常耗散对磁旋转不稳定性的影响

我们利用吸积盘中新的反常磁普朗特数来研究耗散过程对开普勒盘磁不稳定性的影响。通过分析年轻恒星周围和黑洞周围吸积盘的数值解可以得到：(1)在磁场比较小的一段阈值内，这种耗散过程是不可忽略的。(2)开普勒盘中，磁场越小，由反常粘滞及反常阻抗引起的耗散偏离理想情况就越大。(3)随着半径r的增大，耗散过程对磁不稳定性的影响也随之减小。