吸收媒质中非线性Gauss聚焦超声场的仿真研究

通过频域有限差分法求解KZK方程,对吸收媒质中Gauss聚焦超声换能器的基波和高次谐波声场进行计算和仿真,研究了各次谐波沿传播方向的分布规律,发现高次谐波声场同样具有Gauss聚焦特性,并且谐波阶次越高,聚焦特性越好.此后讨论了不同的吸收系数对Gauss声场聚焦特性的影响,结果显示吸收系数的改变不会影响Gauss声场的径向分布形状,但吸收系数的增加导致聚焦区域声场强度的减弱,甚至聚焦无法实现.     

一种脉冲贝塞尔波的构造及其非线性声场的仿真

为了获得物理可实现的脉冲非衍射波,构造了一种脉冲贝塞尔超声波,并对其非线性声场传播特性进行了仿真研究.通过分析声压幅度、声场分布等参数得知,所构造的脉冲贝塞尔波在非线性介质中具有良好的非衍射特性,并且在一定的传播深度内保持良好的非衍射特性,这对研究超声医学检测具有重要的意义.     

球面脉冲波在凹椭球面上反射的聚焦声场

对球面脉冲波在四椭球面上反射聚焦，按数字频响求逆法给出脉冲波形的轴向和近轴分布，计算结果对实测波形作出了解释．求出脉冲幅度的空间分布，符合实际观测，说明了声音能量的空间分布特征与四椭球面聚焦器参数和波形参数之间的关系，有利于改善液电式凹椭球面聚焦器的设计．     

水槽二维聚焦波浪特性试验研究

为更好地模拟波浪的非线性变化过程,给出了在实验室水槽中采用波浪聚焦产生极限波浪的方法.针对聚焦波浪的特点,采用波峰聚焦和波谷聚焦相加减的方法分析了其谐波分量的特性,结果表明,波浪之间的相互作用,导致低频和高频谐波分量的产生;非线性波浪随着输入波幅的增大而增大,高阶分量的频率范围随着输入频率范围的增大而增大.     

偏微分方程非线性脉冲波的研究

阐述了利用偏微分方程研究非线性脉冲波的历史背景和研究现状,说明了偏微分方程非线性脉冲波研究中有待于解决的问题,以引起更多学者关注这一问题的研究。     

空心圆柱横截面内超声脉冲波声场的可视化研究

为了研究超声脉冲波在钢、铁、铝等空心圆柱状金属材料中的传播规律,用光学玻璃为样品,当超声脉冲波垂直于样品侧壁入射时,用研制的动态光弹系统,研究了超声脉冲纵波、横波声场的传播情况,自动记录了0～99.9 μs超声波在空心圆柱横截面内经内外壁多次反射的传播图像(时间间隔0.1 μs),观察了超声脉冲波在传播过程中相互耦合和频散的声场图像.由此来模拟超声波在空心圆柱金属材料中的传播行为.     

二维Bose-Einstein凝聚中孤波的非线性特性

主要研究了盘状势阱中二维Bose-Einstein凝聚(BEC)的孤立波.在平均场理论下,由BEC所满足的Gross-Pitaevkii方程出发导出了二维的非线性Schrdinger方程.运用约化摄动法得到了电子声孤波的KdV方程,从而得到孤波解.发现散射长度与玻色子之间相互作用的耦合参数与孤立波有关系.     

球面等间距阵列声场聚焦特性研究

采用超声波的相控阵聚焦技术，设计了一种球面等间距点声源阵。研究了此声源阵声场模拟计算理论，并对此阵的声场特性进行了仿真研究，模拟结果表明此声源阵对声波具有较好的聚焦效果，通过调整此声源阵的结构参数，可改善对声波的聚焦性能。     

一类非线性波方程的尖波解

利用动力系统分岔理论来分析一类非线性Degasperis-Procesi方程的全局动力学性质,给出了不同行波相互转换的分岔值,揭示了行波类型间的转换与参数变化的关系,合理的解释了该方程产生尖波的原因,并给出了相应的行波解的表达式。     

白噪声不规则波与聚焦波的水池模拟

从推导造波板的运动规律出发,讨论了海洋工程水动力学试验中白噪声不规则波及聚焦波这2类非常规波浪在水池中的生成技术;基于实测谱修正与波谱相位聚焦,在海洋工程水池生成了品质较好的白噪声不规则波与聚焦波,并给出了这2种波浪在水池中的测试结果.通过边界元数值计算方法对水池模拟的聚焦波进行了验证.结果表明:采用所述方法可以在试验水池中生成品质较高的白噪声不规则波及聚焦波,从而为提高常规海洋工程水动力试验的精度,缩短试验时间及后续开展海洋工程平台在恶劣海况中生存能力的研究提供了技术依据.     

高斯光束质量因子的研究

应用标量光场横截面上光强的精确定义,计算了基模高斯光束的光强二阶矩及光束质量因子,结果表明,当基模高斯光束的束腰半径ω0 λ时,光束质量因子M2非常接近于1,当光束束腰半径较小时,计算的光束质量因子存在较大误差。文章进一步用严格的光场角谱表示法计算了非傍轴标量高斯光束的质量因子,并对一些相关问题进行了讨论。     

平顶方波和高斯光束倍频转换效率的分析

对平顶方波在CLBO晶体上的Ⅰ类及Ⅱ类相位匹配条件下的倍频光束转换效率，进行了理论模拟计算，给出了影响谐波转换效率的各种因素；并将其与高斯光束的谐波转换效率进行了比较，得出在相同条件下，平顶方小的倍频转换效率大于高斯光束。     

高斯光束的光场分析

应用非涅耳衍射原理 ,推导出了高斯光束通过透镜后在光轴上的光场分布 ,并分析了几种特殊情况 .     

平顶高斯光束谐波场的横向分布

对平顶高斯光束用于倍频和混频后的谐波场场强分布进行了理论计算,模拟了相同基波峰值强度下,不同阶数和不同偏振分量比的平顶高斯光束在长度为5mm的非线性晶体CsLiB6O10上的Ⅰ类、Ⅱ类倍频光场及Ⅱ类混频光场的横向分布曲线,并将其与基波场分布进行了比较,得到了谐波场仍为均匀平顶分布形式,但出现了横向光斑压缩现象,且基波光束的阶数愈高,横向压缩现象越弱;阶数相同,偏振分量不同的基波产生的谐波场光斑大小基本相同,但光场强度不同。     

基于波束级数展开的粒子椭圆高斯波束散射特性

基于矢量波函数之间的正交性等,得出了任意电磁波束的零阶场和x,y,z一阶场等粒子散射场的表达式,给出了各阶入射场展开系数与散射场展开系数的通用关系,以椭圆高斯波束为例,研究了椭圆高斯波束中粒子的散射特性,通过仿真分析了波束腰宽、照射距离等对散射特性的影响,验证了本文算法的有效性;研究表明:波束腰宽可以改善粒子的识别性能,波束中的粒子具有较强的前向后向散射特性.方法简单,为研究电磁波束的粒子散射特性探索了新的途径.     

另类非傍轴TM高斯光束的传输解

当激光束的横向光斑尺寸是波长量级甚至是亚波长量级时,傍轴近似失效,必须采用非傍轴描述.高斯光束作为球面激光腔的横基模,迄今为止已提出很多方法来描述非傍轴条件下的高斯光束.赫兹矢量呈高斯分布的另类非傍轴TM高斯光束,是麦克斯韦方程组的高斯波解,是共焦腔和半共焦腔的本征值.为了进一步分析其传输特性和指导应用,在近场将另类非傍轴TM高斯光束的积分解表示成f的幂级数形式的级数解,并退化到傍轴条件给出了傍轴解.所给出的级数传输解对传输距离和初始高斯半宽度有一定的适用范围.在远场利用静止位相法给出了解析的光场,同时对另类非傍轴TM高斯光束的源分布和传输强度分布作了计算和分析,显示了其与一般非傍轴高斯光束的差异.     

高斯光束对三维共焦扫描成像的影响

应用传递函数方法研究了高斯光束对三维共焦扫描成像的影响．计算与分析表明，光束的束腰半径越小，三维成像时横向和轴向的截尾空间频率都减小。成像品质下降，分辨率降低．当束腰半径2倍于光瞳半径以上时，成像质量几乎不受高斯光束的影响．焦平面上的二维传递函数的分析和计算也有相类似的结果。     

0.2μm聚焦离子束系统中电源稳定度的研究

为了在所研制的二级透镜聚焦离子束系统中获得直径小于０．２μｍ的稳定束斑，并进行亚微米微细加工，分析了影响束斑大小及稳定性的因素，并着重从像差、散焦和漂移的角度，利用理论分析和模拟计算，研究了决定系统光学性能的离子源、离子引出极、预聚焦极、聚焦极所用高压电源及电对中、消像散透镜、偏转器所用低压电源的稳定度对离子束径的影响，得到了束直径小于０．２μｍ时电源必须达到的稳定度，即高压电源的纹波系数１×１０－４～１×１０－５，低压电源的纹波系数６×１０－４～１×１０－４。     

聚焦离子束刻蚀多晶TiNi薄膜的表面形貌

报道了TiNi薄膜的聚焦离子束刻蚀特征及刻蚀后的表面形貌．测量结果表明薄膜的表面粗糙度随刻蚀深度呈非线性变化,当刻蚀深度等于0．1μm时,表面粗糙度为最小（5．26nm,刻蚀前为14．88nm）;刻蚀深度小于0．1μm时,表面粗糙度随刻蚀深度的增大而减小;当刻蚀深度大于0．1μm时表面粗糙度随刻蚀深度增大而增大,其原因是刻蚀深度大于0．1μm后表面出现了清晰的周期性条纹结构．此外,表面粗糙度随聚焦离子束流的增大而减小,当离子束流为2．5nA时,表面粗糙度从刻蚀前的14．88nm减小到4．67nm．