基于激光全息法的复式光子晶体计算机仿真研究

复式光子晶体是指由2套或以上简单光子晶体嵌套而成的光学微结构,有效获得特殊元胞形状的复式光子晶体是人们追求的目标。从多光束干涉原理出发,探讨了激光全息法产生复式光子晶体的实现机理及光路配置,利用对称配置的六束相干光实现了3套简单晶格嵌套而成的复式三角晶格光子晶体。进一步利用MATLAB编程进行计算机仿真,系统讨论了光束偏振组合对复式三角晶格光子晶体元胞形状和对比度的影响,获得了圆环、缺口环、弯月形、矩形等不同元胞形状的复式光子晶体,并对其偏振组合的影响规律进行了分析总结。以上研究为设计复杂元胞形状的新颖复式光子晶体提供了有效途径。     

实时全息微结构制作的计算机仿真与设计

激光全息是制作光子晶体微结构的重要方法,为便于调节参数以提高实验成功率,提出利用CMOS传感器代替传统的记录材料全息干板,将全息干涉形成的微结构实时输入计算机处理。根据多光束干涉原理探讨了实现二维微结构的光束配置和设计原则,结合计算机数值仿真讨论了光束偏振对微结构"原子"形状的影响。进一步设计实验进行验证,结合实时显示技术方便、灵活调节各光束参数,获得了三角晶格和正方晶格两类典型的微结构。实验结果表明,计算机的实时显示技术有助于提高微结构的设计和制作效率。     

二维嵌套复式三角晶格磁振子晶体的带隙结构

首先构造了二维嵌套复式三角晶格的磁振子晶体模型,其散射体由2个相切的大小相同的铁磁材料圆柱体构成,它们按照一定晶格常数三角排列在另一种铁磁材料基底中;其次,发展了可用于数值计算研究自旋波在嵌套复式三角晶格磁振子晶体中本征性质的平面波展开法.以2个相切的铁圆柱代替原来简单三角晶格中的1个铁圆柱,再以三角点阵排列在氧化铕基底材料中构成的二维嵌套复式三角晶格磁振子晶体为研究对象,通过数值计算自旋波在其中的带结构,研究了带隙宽随体积填充的变化行为,并与简单三角晶格的带隙结构进行比较.结果表明,嵌套复式三角晶格的磁振子晶体可以在更低的体积填充率下产生带隙,并且能够在更高频的情况下产生较宽的带隙,从而达到带隙优化的目的,为实现自旋波的可控操作提供了一种方案.     

二维嵌套复式晶格磁振子晶体带结构的计算

基于基元替代法的思想,提出一种复式晶格结构的磁振子晶体模型,该模型用小尺寸的铁圆柱阵列替代简单正方晶格中的每个单圆柱基元,构成二维嵌套复式正方周期结构的磁振子晶体,并导出这种磁振子晶体的结构因子表达式.以氧化铕基底材料为例,通过数值计算自旋波在晶体中的带结构,研究了带隙宽随体积填充的变化行为.结果表明,嵌套复式晶格磁振子晶体在体积填充率不变的情况下,产生的低频带隙比简单晶格磁振子晶体的带隙要宽,从而达到优化和调节带隙结构的目的.     

基于实时全息法的二维微结构制作实验研究

提出结合计算机实时显示技术和激光全息法设计新型的全息实验,用于大学物理实验教学。首先根据多光束干涉原理系统探讨了平行四边形晶格、矩形晶格、三角晶格和正方晶格等四类二维微结构的设计原则和相应的光束配置,进而利用Matlab编程对各类二维微结构进行了数值仿真,最后设计实验进行了验证,通过CMOS相机将激光全息干涉形成的微结构实时输入计算机进行分析和处理,成功获得了三角晶格和正方晶格微结构。本实验与全息照相实验具有很好的互补性,由于无需进行光刻胶的曝光、显影和定影,具有直观、方便、快速等优点,可大大降低实验成本;此外,本实验还具有良好的开放性,可进一步用于开展创新性实验探索。     

处理双曝光数字全息的一种新方法

在分析传统双曝光全息术和常用数字全息干涉术不足的基础上,利用数字全息术在全息记录与数字处理方面的灵活性,提出了一种处理双曝光数字全息记录结果的新方法——差值数字全息法。该方法首先将记录物体变形前后物光波与参考光波干涉场的2个数字全息相减,形成差值数字全息;然后对差值数字全息直接进行模拟衍射再现,就可以得到物体变形前后2个物光波的高质量干涉条纹。与通常的双曝光数字全息干涉技术及叠加数字全息法相比较,差值数字全息法的优点在于,既不需要事先专门消除数字全息中的零级强度项,只需要一次再现过程,并且所得干涉条纹的质量较高。在给出处理双曝光数字全息干涉技术记录结果的叠加数字全息法和差值数字全息法原理之后,通过实验及对实验结果的对比证明了差值数字全息法的可行性与优越性。     

正方晶格微结构光纤的色散特性研究

应用多极法对正方晶格微结构光纤的色散特性进行了数值模拟,并与空气填充率相同的六角晶格微结构光纤进行了对比,发现正方晶格微结构光纤更容易实现超平坦色散;研究了包层空气孔直径、孔间距和孔层数对色散特性的影响,得到了色散随各个结构参数变化的规律;文章的计算和分析可以为设计适当色散特性的微结构光纤提供理论依据．     

非线性光子晶格的制作及光传输现象研究

采用数值和实验方法研究了非线性光子晶格图样的形成规律及光传输现象。采用光束传输法(BPM)模拟研究光波在由干涉图样及非线性作用下形成的光子晶格中的导光现象。通过多光束干涉观察了干涉图样,并由此制作了光子晶格。研究结果为利用非线性效应制作周期性光子晶格和准周期性光子晶格,并以此实现导光功能提供了新的思路和方法。     

亚波长双光栅共振光谱与角谱展宽特征研究

提出了一种亚波长双光栅结构,并用涂布及全息干涉光刻的方法制作了该结构,检验了其共振光谱的特征.分析了亚波长光栅的共振光谱和角谱的带宽展宽、线形改善的原理,用数值模拟的方式研究了双光栅和亚波长光栅的共振光谱和角谱的带宽展宽、线形改良的规律.研究表明:双光栅是性能较好的防伪光栅微结构,可以展宽亚波长光栅的共振光谱、角谱的带宽并能改善光谱线形,获得更佳的彩色光变效果.     

土地利用演变元胞自动机仿真系统设计与实现

元胞自动机模型是土地利用演变模拟与预测的重要工具.文章基于组件式GIS平台SuperMap Objects,利用微软C#语言构建了一套土地利用演变元胞自动机模型仿真系统:LUCC-CA,用于城市土地利用演变的模拟与预测分析.该软件主要包括简单的数据预处理、模型数据输入、各种模型参数设定、模型运行控制、结果精度评价以及模型仿真结果输出等几部分功能.以广东省广州市花都区为例,利用LUCC-CA系统对花都区1995～2005年土地利用演变模拟进行了实证研究.通过精度分析得出2005年模拟结果与该年实际土地利用现状的平均符合度为75.23%.结果表明该模型系统能够较好地反应区域土地利用演变动态,可为相关研究提供参考.     

涡旋光束的轨道角动量双缝干涉实验研究

利用计算机全息振幅二元光栅对基模高斯光束进行衍射,实验产生不同阶次拉盖尔-高斯（Laguerre-Gaussian,LG）涡旋光束,用得到的不同阶的LG光束进行双缝干涉实验,根据采集到的干涉条纹扭曲方向及条纹扭曲程度实现涡旋光束轨道角动量的测量,通过调整实验光学系统,分析了LG光束轨道角动量的测量精度.结果表明,基模高斯光束束宽与全息光栅尺寸的合理选择会影响到生成的涡旋光束质量.在确定基模高斯光束束宽的情况下,双缝间距与光束束宽的比例为1：1.5时,双缝对生成的LG光束干涉条纹扭曲效果明显,LG光束轨道角动量测量误差最小.     

大元格结构吸附岛之间的干涉对LED超晶格衍射束强度角分布的影响

本文计算了其元格基矢大于衬底元格基矢两倍的有公度吸附岛的LEED(低能电子衍射)超晶格衍射束强度的角分布,指出了对于无规分布的吸附岛或具有短程位置相关的吸附岛,吸附岛之间的干涉对LEED超晶格衍射束强度角分布的影响很小。本文也推导了饱和复盖度情况下大元格结构吸附层衍射束强度的计算公式,表明了对于无规分布的吸附畴,其超晶格衍射束强度为各吸附畴衍射强度的简单迭加。     

金属材料高温蠕变变形的云纹干涉法实验研究

为了研究金属材料高温蠕变及其不均匀应变场的变形规律，使用高温双镀层全息光栅（线密度为 １２００ｍｍ－１）并应用云纹干涉法对 ２０号钢带孔拉伸试件在 ６００℃下的拉伸蠕变进行了测量研究，提出了云纹干涉法测量残余蠕变变形的基本原理，得到了该试件在 ４０ ｈ范围内的残余蠕变云纹场和试件应变集中系数随蠕变时间的变化规律，且应用蠕变理论对所得结果进行了分析。实验结果表明，使用双镀层高温栅进行高温蠕变的云纹干涉法测量是可行的。     

三维元胞自动机及其在材料模拟中的应用

元胞自动机是一种时空、状态离散的数学模型,适于计算机模拟实施。特别适合于处理那些难以用数学定量描述的复杂动态体系问题,如材料微观组织的演变。本文阐述了元胞自动机法的产生和发展及其在材料模拟中的应用情况。并以Visual C 为编译平台建立了一种三维元胞自动机模型。该模型具备了经典元胞自动机的基本特征,因此可以根据需要进行扩展。文中运用该模型进行了简化的枝晶生长模拟,并与二维的模拟结果进行比较,验证了该模拟的正确性。     

材料微观组织CA法模拟的研究现状

建立微观组织演变模型,模拟晶粒形核生长过程及组织分布和偏析情况在近年来已经成为国内外科研工作者的研究热点。在微观组织的模拟方法中,常用的有蒙特卡罗(MC)法和元胞自动机(CA)法。CA法由于其模型结构简单,在空间和时间尺度上都不受限制,适合于大型机的并行计算,而受到更多研究者的青睐。研究表明CA法在金属凝固,静态再结晶及轧制变形所引起的动态再结晶等过程的模拟中,表现出了其特有的优越性。概述了元胞自动机(CA)方法在微观组织模拟中的建模方法及应用,并综述了目前此方面研究工作的进展现状。     

基于元胞自动机制度下组织化群体行为的模拟研究

研究群体性事件中群体内行为演变趋势的总体规律.基于元胞自动机概念和制度设计理论,引入元胞影响力和外力惩罚的概念,采用Matlab编程和图像处理技术对组织化群体中人们的行为状态进行模拟,得出影响力、行为初始比例和惩罚力度等因素与群体行为总体趋势之间的关系,根据模拟结果提出对于管理组织化群体有益的建议.     

元胞自动机与神经网络相结合的土地演变模拟

提出了将数据挖掘技术应用于元胞自动机（CA）进行地理模拟的新方法.基于CA原理,利用学习矢量量化神经网络,从不同时相遥感数据中挖掘土地利用演变的内在规律,自动找到土地利用元胞的转换规则,并以该规则反演和预测土地利用格局.在上海市区典型边缘带的应用显示,挖掘出的元胞转换规则,与同期上海城市发展状况相吻合.表明该模型可以满足土地利用演变模拟预测的要求,大大缩短了建立CA转换规则所需时间.     

六角光子晶格波场的模拟及结构分析

通过在振幅掩膜上的六孔加不同的相位模拟产生了多种二维光子晶格波场,并对模拟得出晶格波场进行分析比较.此外,在该掩膜上的六孔中心加一孔,并施加不同拓扑荷的涡旋相位生成了相应的三维六角晶格波场,这对三维微结构的制作及光在其中传播的特性的研究具有一定意义.     

126号初等元胞自动机时间序列的非周期性

元胞自动机是结构简单但行为复杂多样的离散动力系统.本文以模拟90号初等元胞自动机为基础,证明了126号初等元胞自动机下任意有限初始条件迭代产生的时间序列是非周期的.     

基于MATLAB的杨氏双缝干涉实验的研究

应用MATLAB软件编程,模拟了杨氏双缝干涉实验光强分布图形,通过改变波长、缝宽等参数,研究了双缝干涉条纹的光强变化规律。得到双缝的宽窄是造成杨氏双缝干涉实验条纹光强分布不均的主要因素,以及杨氏双缝干涉条纹宽度与波长反比等规律,这与光学理论相符合。并且通过对该实验进行计算机模拟,可以直观地分析各参数对干涉结果的影响,对光学教学有重要的意义。