荷电粒子与磁单极运动系统电磁场的角动量

本文计算了荷电粒子与磁单极子两者都作匀速运动时二个特殊相对方向(互相垂直和互相平行)的电磁场角动量。结果表明角动量为 eg/c,方向为荷电粒子与磁单极子的连线上,且指向磁单极子,它是一个运动常量。     

利用灰度掩膜光刻技术制备螺旋相位片

螺旋相位片(Spiral phase plate简称SPP)是产生轨道角动量光束的一种重要光学器件,在光束调控、量子信息等领域有着重要应用.本文提出了一种基于计算机打印灰度掩膜的螺旋相位片的加工方法,详细讨论了SPP设计方法和光刻工艺,并实验制作了拓扑电荷为3的螺旋相位片,利用马赫-策德尔干涉仪实验对SPP产生涡旋光束进行了检测,获得良好的螺旋相位干涉图.本文的研究结果为低成本、高质量、高效率的螺旋相位片加工技术提供了一种有用途径.     

角动量算符的矢积与标积的并矢计算和它的应用

在量子力学中求解球对称辏力场中的薛定锷方程时,角动量算符的几个代表关系起着关键作用．笔者利用矢量算符的并矢计算的方法,对在量子力学中常用到的角动最算符的矢积与标积的公式,给出了一个不依赖于角动量算符的坐标表示的推导,并将它们应用于推导薛定锷方程的球坐标表示,角动量算符的矢量积公式实际上就是角动量算符之间的对易关系．最后我们将对易关系、经典泊松括号与矢量积三者作了一个有趣的对比,得出了这三者所具有的共同性质：反对易性和Jacohi恒等式．     

一种用于产生OAM波束的集成圆极化天线阵列

提出了一种在S波段内产生轨道角动量(OAM)波束的集成圆极化微带天线阵列.天线采用同轴馈电的方式.为了获得良好的圆极化特性,利用CST软件对天线结构参数进行了仿真优化分析,最终确定天线整体尺寸为0.416λ_0×0.416λ_0×0.026λ_0,3-dB轴比带宽为3.79～3.85 GHz,S_(11)-10 dB的工作带宽为3.74～3.96 GHz.该天线结构简单紧凑,易于实现.天线阵列由6个相同的圆极化天线组成,相邻阵列单元沿顺时针方向旋转60°,通过仿真和实验结果得知,在对阵元进行等幅、等相位的馈电的条件下,该天线阵列能够产生模态l=-1的OAM波束,这能够有效避免复杂馈电网络结构的设计.     

对称引力场中的电磁波

星体的质量、电量或角动量都会产生时空弯曲，它的两个重要的广义相对论效应就是光线偏折和雷达回波延迟．作者利用流形中的对称性群及它们的Killing方程严格推导了一般静态球对称度规的表达式，并得出了一般静态球对称引力场中光子运动的运动方程；详细求解了Reissner—Nordstr6m度规中雷达回波的延迟；以Kerr度规作为一般稳态轴对称度规的特例讨论了其中的光线偏折效应，为日后的引力透镜效应的研究提供了理论基础．     

复合相位调控的单层双功能反射型超表面

基于传输相位与Pancharatnam-Berry（PB）相位的复合相位调控机制，采用单层介质结构，提出了一种单一圆极化（circularly polarized, CP）波入射和在反射的正交双极化信道条件下实现两种独立功能的双功能超表面。推导分析了传输相位与PB相位对同极化与交叉极化反射分量的相位调控机理，并提出了实现同时调控两种分量的单元设计要求。针对单元旋转造成的PB相位失真，提出了一种加载空心圆形贴片的单元改进模型，确保了相位的稳定性。通过精确调控两极化分量的波束空间相位分布，在单圆极化电磁波入射条件下，该超表面可利用两正交极化信道同时实现两种不同功能。仿真和测试结果表明，在右旋圆极化（right handed circularly polarized,RHCP）电磁波入射下，在13~15 GHz工作频段内，所设计的双功能超表面可在同极化反射信道获得携带轨道角动量（orbital angular momentum,OAM）的偏折涡旋波束，在交叉极化反射信道获得偏折笔形波束。该设计具有结构简单、加工成本低等优点，为实现圆极化信道复用与多功能集成提供了新的思路。     

中心力场中的电子涡旋

电子涡旋波最早是在轨道角动量守恒的系统中被发现.对于轨道角动量不守恒的系统,涡旋波的存在与否尚不清楚.以相对论情况下的中心力场中的电子为例,构建了在轨道角动量不守恒但总角动量守恒的情况下,当携带固定总角动量的电子沿z轴传播时,对此时系统所对应的电子涡旋波进行微扰求解;并结合Foldy-Wouthuysen(F-W)变换,说明了在相对论情况下,中心力场下携带轨道角动量的电子沿z轴传播时确实存在涡旋解,同时展示了相对应的涡旋波解和螺旋等相位面.     

基于模糊PID控制的空间吊装物姿态控制

针对在装配式房屋建造过程中，房屋构件及其姿态只能依靠人力才能够准确地调整到目标位置，不仅工作效率低且容易造成人员伤亡的问题。本课题组对空间吊装物姿态位置控制进行了研究，将角动量交换原理运用到空间吊装物姿态控制上，通过改变飞轮速度与加速度达到控制空间吊装物绕吊装线水平旋转角度姿态。文章介绍了飞轮系统，推导了整个实验装置的动力学方程和运动学方程。考虑到被控对象吊装物负载经常改变，于是设计了模糊PID控制器，使控制效果达到最佳。文章首先对控制算法进行了simulink仿真研究，然后在搭建的实验装置上进行了实验。实验结果表明，能够实现空间吊装物姿态位置控制，且模糊PID控制更适合于实际控制。