实现无衍射光束的纯位相衍射光学元件的设计

实现无衍射光束的纯位相衍射光学元件的设计张静娟王京从霍俊岭（中国科技大学研究生院物理学部北京１０００３９）近几年无衍射光束的研究引起了科研和应用领域的普遍重视。这种无限大自由空间的无衍射光束包含了无穷多能量，原则上来说是不可能实现的。但在有限孔径下的...     

用于惯性约束核聚变(ICF)激光驱动系统中集成衍射光学元件的特性研究

基于标量衍射理论，分析了集成光束采样光栅和色分离光栅于一体的衍射光学元件的衍射效率，及其结构和主光束低频波前畸变量的关系。并将其衍射效率、能量损耗以及分离角，和使用单个的采样光栅和色分离光栅进行了比较。计算分析表明，集成后的衍射光学元件基本上没有改变各级衍射效率的大小，也没有改变基频光和二倍频光的分离角，但可提高光能利用率。以上结果，可为此类集成光学元件应用于ICF的可行性提供理论依据。     

被动单脉冲导引头旁瓣目标识别方法

主要讨论被动单脉冲导引头对旁瓣目标的识别。通过分析被动单脉冲导引头测向特性，利用主瓣区和旁瓣区测向特性的差异，提出了一些识别被动单脉冲导引头是主瓣目标跟踪还是旁瓣目标跟踪的方法。计算机仿真结果证实了该方法的正确性。     

基于二次约束二次规划的窗函数设计方法

为降低高功率雷达系统中脉冲压缩后输出的高峰值旁瓣进而提高成像质量,通常的方法是在接收端进行加窗处理,在信噪比损失、积分旁瓣和主瓣宽度上做出一定权衡。为了进一步提升窗函数的成像性能,以不同的目标函数和约束条件构建能够高效准确求解的凸优化模型来设计优化窗函数。建立了以优化峰值旁瓣为目标的二次约束二次规划的凸优化模型,并给出了优化积分旁瓣能量的凸优化模型。通过线性加权求和,对峰值旁瓣、信噪比损失和积分旁瓣能量的线性组合得到的结果作为目标函数建立了多目标凸优化模型。通过对凸优化问题求解,得到的优化窗函数在峰值旁瓣、积分旁瓣、信噪比损失和主瓣宽度上均优于或不劣于在雷达系统中常用的性能优良的Taylor窗函数。仿真结果表明,优化窗函数能够比Taylor窗函数提供更好的性能。     

节点本振误差对分布式发射波束形成性能的影响

采用核密度估计方法,对存在本振误差时的分布式发射波束形成(DTBF)性能进行统计分析.考虑存在载波初始相位偏移、载波频率偏移、相位噪声等3个偏差项,推导了对应的任意阵平均波束图和互补累积分布函数的理论表达式,并选用衰减因子和波束图特征参数分析本振误差对远场波束性能影响.理论分析和模拟结果显示,本振误差会导致DTBF性能出现衰减,并使合成波束图的平均主瓣水平下降,主瓣变宽,旁瓣区域扩展,波束图出现高旁瓣.随着时间的增长,本振误差累积增大,所致性能衰减增大,聚集到目标方位的能量减少.     

超短超强激光波前修正

对自适应波前修正系统进行了探讨和研究, 并将其应用于20TW的CPA激光放大装置中. 在没有进行波前修正前, 该激光系统输出的激光光束的波前畸变的P-V值约为20l, 对应的光束质量约为3.5倍的衍射极限; 使用自适应波前修正系统后, 激光光束的波前畸变的P-V值达到了0.15l, 相应的光束质量改进到了1.5倍的衍射极限, 不仅使同样能量的超强飞秒激光的可聚焦功率密度提高了约1个数量级, 而且也明显地改善了聚焦激光与周围背景的对比度.     

论无衍射发散光束

从傅里叶光学的概念出发,指出傅里叶光学的本征模和具有一定特征的一些本征模的组合就是无衍射发散光束,这为寻求和判断无衍射发散光束提供了一个简单的方法．同时也指明对无衍射发散光束的任何有限孔径的截取,所得的都不再是无衍射发散光束,即无衍射发散光速充满全部空间．     

任意阵列天线自适应方向图综合的模值逼近法

基于自适应理论提出了一种任意阵列天线方向图综合算法。该算法采用模值逼近，并利用牛顿迭代法二次收敛的特点，使综合最优化方向图的速度达到非线性收敛，该方法能够有效地控制主瓣和旁瓣的形状，大大加快算法的速度。     

Airy光束通过一维光子晶体的传输特性研究

利用柯林斯公式推导出Airy光束通过一维光子晶体的传输解析公式,并利用该解析公式分析了Airy光束通过一维光子晶体的传输特性。研究结果表明,通过调控一维光子晶体的相关参数就可以实现对Airy光束的光强和自加速的控制。此研究结果为人们实现对Airy光束的操控提供了一种新方法。     

二元光学在强激光波面整形中的应用

文章首先介绍了二元光学波面整形器件的理论基础。在分析GS、YG等正反迭代算法存在问题的基础上，提出三种优化算法，即全局/局部联合搜索算法（GLUSA）、爬山-模拟退火混合算法及多分辨率的混合优化算法。以惯性约束核聚变中光束匀滑为例，进行了二元光学器件的位相设计，获得了良好的位相结构与焦斑性能。采用旋转镂空掩膜板制作了准连续位相器件，并利用CCD与多种光强衰减片进行焦斑光强测量。实验结果表明：获得了较好的顶部均匀性、陡边、小旁瓣、高主瓣能量利用率以及光斑中心没有锐脉冲的光强分布。     

一种低副瓣宽零点的自适应波束形成算法

自适应波束形成算法能自动地将波束的主瓣对准期望用户信号的来波方向,零陷对准干扰信号的来波方向;但是常规的自适应算法形成的干扰零限比较尖锐,副瓣容易产生畸变,在干扰、天线平台快速移动的情况下,其性能将会严重下降.基于对权值的范数约束和对零点的最小二乘线性约束优化,提出了一种降低副瓣电平并且加宽零点的自适应波束形成算法.理论分析和计算机仿真结果证明了新算法的有效性.     

带电粒子束在真空中传输时的扩散研究

根据相对论力学对带电粒子束在其自生场作用下通过外层空间的真空中传输时束的扩散进行了研究。提出了一种计算粒子束径向半径扩散的方法;计算并讨论了粒子束类型、能量、流强和出口初始半径等各种因素对束扩散的影响;得出了尽可能减少粒子束扩散的束参数,所得结果同现有公布的数据相符合。     

基于压缩感知的频率不变波束旁瓣水平优化方法

频率不变波束形成技术属于恒定束宽波束形成,能解决宽带信号中不同频率分量对应的波束响应不一致的问题.针对现有的一类将恒定主瓣宽度作为约束条件的频率不变波束形成方法,当阵元个数确定以后,形成的波束旁瓣水平往往达不到实际需求的问题,借助压缩感知理论,提出了一种改善波束旁瓣水平的新方法.提出的方法引入压缩感知理论(compressed sensing,CS)进行信号的预处理,并利用二阶锥规划(second order cone programming,SOCP)进行频率不变波束形成.由于压缩感知的恢复算法可以对压缩采样矩阵采集的信号进行精确重构,从而达到以更少的阵元获得相同的波束形成器性能.换言之,在相同的阵元个数条件下,通过阵列虚拟扩展增大了阵列的孔径,提出的方法比基于SOCP的频率不变波束形成方法有更低的旁瓣水平,仿真结果也表明了该方法的有效性,在相关的工程实践中具有一定的参考价值.     

梁侧锚固钢板法加固混凝土梁的非线性有限元分析

以4根梁侧锚固钢板加固混凝土梁(BSP梁)受剪性能试验研究为基础,基于弹塑性有限元软件OpenSees,建立了BSP梁的非线性有限元模型,模拟了构件加载全过程和受剪破坏时的受力性能.模型中考虑了材料的非线性、钢板和混凝土梁交界面上滑移等.计算结果与试验结果吻合良好.并对影响BSP梁性能的主要参数进行分析,包括锚栓行数、纵向锚固间距、钢板高度、钢板厚度、钢板屈服强度、锚栓直径及混凝土强度等,得出了各参数对BSP梁受剪承载力和纵横向滑移的影响规律,为BSP法加固设计提供了依据.     

体外预应力钢筋混凝土梁非线性静力分析

为了研究体外预应力结构的非线性性能,在截面条带法的基础上,将体外钢筋对梁的作用力看作是梁的外力,分析了体外钢筋应变和应力增量与梁体挠度之间的关系,建立了一种新的体外预应力钢筋混凝土梁非线性分析方法,避免了变形不协调和二次效应的影响,计算结果与有限元模拟结果和试验数据进行了比对分析。结果表明,该方法能较好地模拟外预应力钢筋混凝土梁从加载至破坏的全过程,并指出非预应力筋配筋率、初始预应力大小和高跨比等对梁承载力都有重要的影响。     

带可更换连梁的新型剪力墙仿真分析与试验验证

鉴于传统连梁在震时破坏后修复比较困难,近年来部分学者研究在连梁的跨中设置可更换耗能部件,使其在中震或大震时耗能,震后便于修复更换.本文基于ABAQUS有限元程序,建立一片带可更换连梁的大比例双肢剪力墙试件的精细有限元模型,阐述了其材料本构模型和建模过程,对其进行精细仿真分析.计算与试验结果均表明,可更换连梁能够将破坏位置集中在保险丝,而且模拟的初始刚度和峰值承载力与试验结果比较接近,模型可较好地预测试件各部分的屈服顺序,该模拟方法对类似联肢剪力墙结构的数值模拟具有较好的借鉴意义.     

薄壁梁轴向碰撞下的动力弹性分析

对薄壁梁的轴向碰撞问题进行了理论分析．考虑具有非对称断面和弯曲初始缺陷的薄壁梁受质量轴向对心碰撞的情形，计及弯扭耦合、轴向惯性、横向惯性和扭转惯性的影响，建立了薄壁梁轴向碰撞下的动力学方程式．采用有限差分的方法对控制微分方程进行了求解．以槽形断面薄壁梁为例进行了算例计算和分析．分析中考虑梁的动力弹性屈曲问题，并对初始缺陷和碰撞速度的影响进行了讨论，得出了有意义的结论．     

部分预应力混凝土连续梁桥施工过程中梁体纵向缩短的原因分析

广深准高速铁路在运营过程中发现线路多座部分预应力混凝土连续梁桥出现不同程度的梁体纵向缩短、支座偏移的病害,增大了设备维护部门日常维修养护工作量和难度,并形成安全隐患。结合广深铁路石龙大桥连续梁的观测和实验,采用桥梁博士中杆系有限元法模拟实际的施工过程,研究分析了施工过程中梁体纵向缩短的原因。通过计算分析得出:施工中移动挂篮、浇筑梁段和张拉预应力筋对梁端的缩短影响甚微,体系转换才是促使梁体纵向缩短的主要因素。     

变截面梁变形计算的等效梁法

本文利用变截面梁和相同长度等截面梁的变形能之差为极小值，求得相应等截面梁的刚度，从而把变截面梁化为等截面梁，使变截面梁挠度易于求解。     

Simultaneous micromanipulation in multiple planes using a self-reconstructing light beam

Optical tweezers are commonly used for manipulating microscopic particles, with applications in cell manipulation, colloid research, manipulation of micromachines and studies of the properties of light beams. Such tweezers work by the transfer of momentum from a tightly focused laser to the particle, which refracts and scatters the light and distorts the profile of the beam. The forces produced by this process cause the particle to be trapped near the beam focus. Conventional tweezers use gaussian light beams, which cannot trap particles in multiple locations more than a few micrometres apart in the axial direction, because of beam distortion by the particle and subsequent strong divergence from the focal plane. Bessel beams, however, do not diverge and, furthermore, if part of the beam is obstructed or distorted the beam reconstructs itself after a characteristic propagation distance. Here we show how this reconstructive property may be utilized within optical tweezers to trap particles in multiple, spatially separated sample cells with a single beam. Owing to the diffractionless nature of the Bessel beam, secondary trapped particles can reside in a second sample cell far removed ( approximately 3 mm) from the first cell. Such tweezers could be used for the simultaneous study of identically prepared ensembles of colloids and biological matter, and potentially offer enhanced control of 'lab-on-a-chip' and optically driven microstructures.