类比思维在时间多层介质光传输理论构建中的应用

《光学原理》作为光学和物理学专业研究生的经典教科书,详细地介绍了多层空间介质理论与传输矩阵的计算方法.鉴于时、空的二元性,本文主要通过类比空间多层介质材料,阐述光在材料参数随时间变化的时间多层介质中的传播特性,并推导时间多层介质中的传输矩阵形式.最后,通过对比时间周期性多层介质的动量带结构和空间周期性多层介质的能带结构和传输系数,深入讨论时间与空间多层介质之间的联系与区别,展现类比思维在研究生创新能力培养中的作用.

多层介质地层中有低速层出现时的陷模研究

在三维情况下，利用Ｂ，Ｐ，Ｃ坐标系研究了水平多层介质中导波的能量分布，提出了一种计算大深度处位移和能流密度的方法，避免了精度丢失问题。在有低速层介质情况下，在深入分析瑞利模的基础上，首次研究了陷模的频散及能流分布，分析了它们的传播机制。导波能量可能分布在自由表面附近，表现为面波；也可能集中在自由界面下某一深度处，表现为沿低速层延伸方向传播的导波。

多层介质阻抗匹配对隔爆效果的影响

为了有效提升隔爆结构衰减爆炸冲击波的性能,将45#钢、铝和有机玻璃进行不同组合,设计了顺序波阻抗梯度、逆序波阻抗梯度以及硬软硬三种多层隔爆结构。利用锰铜压阻传感器测压实验和数值计算对多层介质阻抗匹配特性对隔爆效果的影响进行了研究,获得了多层介质的不同组合引起的冲击波在传播过程中各层介质压力,理论分析、数值计算与实验结果吻合较好,并分析了第三层介质能量与冲量的变化规律。从不同方面得到的结果表明:逆序波阻抗梯度的输出冲击波压力最小,其第三层的能量与冲量最小,隔爆效果最佳。

多层介质对应力波传播特性影响分析

通过在气炮上进行多层介质的低速冲击实验及相应的数值计算,分析了不同组成的多层介质对应力波传播特性的影响。结果表明:多层介质中的泡沫材料不仅能够改变应力波的幅值与作用时间,而且具有显著的吸能效果,引起应力波在传播过程中在各层介质中能量与动量分配的改变。通过对泡沫铝和泡沫混凝土两种软材料在多层介质中作用的比较表明,在低速冲击的实验条件下,含泡沫混凝土的多层介质具有较好的削波作用,含泡沫铝的多层介质具有较好的吸能性能。

一维光子晶体与光学多层介质膜

本文阐述了一维光子晶体和光子禁带的概念，对比了一维光子晶体与光学多层介质膜在结构和特性方面的联系和差别，运用薄膜光学的理论和方法讨论了多层介质膜的高反射带与光子禁带和膜系结构参量的关系.

声波在多层介质中传播的四端参数模型应用分析研究

声波在两种介质的交界面透射和反射时 ,借鉴机械四端参数法 ,利用声学边界条件 ,引入了四端参数矩阵 ,建立四端参数模型。通过对四端参数矩阵的分析 ,探讨了在简谐平面波垂直入射的条件下 ,声波在多层介质中的传播特性 ,并推导出声透射系数和声反射系数的一般计算公式。

多层介质中偶极子场的系数递推关系

在求解多层介质赫兹矢量位的波动方程中，根据任意两层介质交界面上电磁场切向分量的连续性并利用电磁的对称性，可导出位于任者一层介质中的垂直电偶板子及磁偶极子、水平电偶极子及磁偶极子四种源所产生的电磁场表达式及其统一的系数递推关系。将垂直偶极子场和水平偶极子场叠加可解决地层的井－井、并－地面勘探以及水平并感应测井和感应倾角测井的正演计算问题。

地下多层介质土体等效介电常数的计算方法

城市道路包括路面层和路基层,路面层和路基层又由不同的介质层组成,各层介质的相对介电常数不相同,在城市道路上进行探地雷达探测时,用一个相对介电常数解释所有深度的数据是不准确的。为此,从不同相对介电常数的三层介质出发,推导了n层层状介质条件下地下各深度处的等效介电常数的计算公式,并分别设计了地下两层和三层介质的模型,计算得到地下各深度处的等效介电常数和深度—时间的对应关系。最后利用两层介质的探地雷达正演模拟数据,对等效介电常数计算公式的准确性进行了验证。结果表明,在地下介质呈层状分布的情况下,利用等效介电常数能够更准确地对探地雷达数据进行深度解释。

多层介质中爆炸破坏效应的实验研究

多层介质由压实层、碎石层和混凝土层组成。用量纲分析法导出多层介质中爆破混凝土层破坏效应的函数表达式。通过模拟实验,获得了药包不同药量、不同埋深条件下多层介质破坏效应的试验数据,并通过回归分析,拟合出漏斗的可见深度、实际半径与装药量关系的经验表达式。试验中利用高速录像研究了介质表层鼓包运动的规律。试验结果表明,混凝土层和碎石层在鼓包运动的中期对爆炸破坏效应有较明显的影响。

在多层介质中的频域OCT蒙特卡罗仿真

选择多层介质作为样品,根据波恩一阶近似理论建立了单次散射的无限细直光束频域OCT模型,并分析了散射积分方程很难得到精确解的原因。蒙特卡罗仿真结果表明,一类和二类光子出射后在空间的分布存在着一定的差异,通过调整接收器的面积,可以在一定程度上很好地抑制二类光子,尽可能多地接收一类光子;通过分析时域OCT与频域OCT的区别,进一步确立了频域OCT的优势地位;通过改变复杂生物组织的模型结构,对由于能量衰减而造成的图像灰度失真做了近似的补偿。

黏弹性多层介质中SH波动的一种吸收边界条件

提出一种高精度时域吸收边界条件,与有限元法结合用于模拟瞬态标量SH波在达朗贝尔黏弹性多层介质中传播问题.建立时域吸收边界条件的过程是:首先将半无限域沿着竖向半离散得到半离散的位移方程以及人工边界处的力-位移关系,再通过引入模态分解,将物理空间下的量转化到模态空间,从而获得半无限域模态空间下的频域动力刚度;其次采用一种在全频范围内收敛的连分式精确逼近单层介质模态空间下标量形式的频域动力刚度,将标量连分式扩展为矩阵形式用来表示多层介质的频域动力刚度;最后通过引入辅助变量技术,将模态空间下基于连分式的频域动力刚度关系转化为时域吸收边界条件,进一步转换到物理空间后得到物理空间下的时域吸收边界条件.单层介质和五层介质的数值算例表明,建立的高精度时域吸收边界条件对于达朗贝尔黏弹性单层介质是精确且稳定的;对于达朗贝尔黏弹性多层介质,为了保证其高精度特性,需要将人工边界放置在距离感兴趣区域约为0.5倍无限域高度的位置处.

多层介质中电磁波的反射与透射

从电磁场的边值关系出发导出了任意多层的层状介质中反射和透射电磁波的振幅与层状介质表面入射电磁波的振幅之间的关系。并对一些层状结构作了数值计算,绘制了曲线图。

多层介质膜光谱调制反射镜的反应离子束刻蚀误差容限

在千焦拍瓦高功率放大系统设计中,激光脉冲的时空和光谱整形技术一直受到人们的广泛关注。利用反应离子束刻蚀等微纳超精细加工而成的多层电介质结构反射镜可在高功率条件下实现啁啾脉冲的光谱整形。在光谱整形介质结构反射镜的设计与制造中,需要根据要求的反射率来合理提出反应离子束刻蚀误差容限指标。推导出反应离子束刻蚀误差容限的解析表达式。针对神光Ⅱ千焦拍瓦高功率放大系统设计中提出的多层介质光谱调制反射镜,分析了调制结构反射镜各层加工的容许误差,确定了反应离子束刻蚀误差容限指标。研究表明:刻蚀高折射率介质的加工误差容限为35 nm;刻蚀低折射率介质的加工误差容限为62 nm。此外,还从使用需要和加工难易的角度,对刻蚀方案进行了讨论。就加工难易程度而言,优选反应离子束刻蚀方案,且采用刻蚀并残留低折射率介质的方案更容易实现。

三维多层介质重力-地震同步联合反演

联合反演是地球物理勘探的重要解释手段,能够提高模型参数的反演精度.本文在归纳和分析重力与地震资料联合反演的研究和应用现状的基础上,利用三维多层介质模型的地震走时和重力正演公式,推导了地震走时和重力异常对界面深度的雅可比矩阵,实现了三维重力-地震同步联合反演界面成像.最后进行了数值理论模型模拟和实例计算,结果表明地震走时和重力同步联合反演很好的重建了三维多层介质界面.

任意方向发射源在柱状多层介质中的电磁场的理论计算

针对柱状多层介质测井模型,本文给出了井轴上沿任意方向的发射源在介质空间的电磁场的理论公式,利用递推方法可以很方便地进行数值计算.文中还分别对轴向与径向的电偶极子源和磁偶极子源共4种情况,给出了井轴上接收区磁场强度与侵入半径的关系曲线.

声波在球状准周期多层介质中的传播

运用转移矩阵方法研究了声波在准周期球形多层介质中的传播,与周期性结构比较它具有不 同结构的通带和禁带,且随介质层数的增加声波衰减速度变慢。声波透射系数还随介质厚度的改变 发生周期性的变化。

沿任意方向运动多层介质分界面上电磁波的广义传播特征分析

利用静止和沿任意方向运动坐标系间的Lorentz变换矩阵,以及运动分层介质界面上的边界条件、电磁场的状态方程和本构关系,推导平面波入射下多层介质沿任意方向运动时电磁波的广义传播特征.分析沿某一坐标方向运动多层介质电磁波的矩阵传递关系,并将这种传播关系退化到半空间分层介质界面沿任意方向,或且当多层介质运动速度为零时,其传播特征被证明是沿任意方向运动介质界面电磁场量广义传播特征的一种特殊形式.

应力波在多层介质中传播特性数值分析

通过与相关文献结果的对比 ,在验证了数值模拟应力波传播可行性的基础上 ,比较了应力波通过 3层花岗岩和夹层为泡沫铝的 3层介质后 ,发现后者应力波幅值的衰减远大于前者 ,应变能增加为前者的 1.6倍 ,证明了软夹层在研究的速度量级上对能量耗散具有显著作用 ;在入射波波长为 3层介质总厚度 1/ 2的条件下 ,当泡沫铝的厚度占总厚度约 0 .2时 ,得出了 3层介质的应变能约为系统总能量的 6 0 % ,此时入射波波长为泡沫铝厚度的 2 .5倍 ,组合介质获得较佳的衰减性能 .

复杂多层介质电磁分析的几何建模及剖分技术

三维复杂介质结构高精度的几何建模和高质量的离散网格数据文件是应用体积分方程矩量法(VIE-MoM)分析其电磁问题的重要前提。借助商用CAD建模软件,针对复杂多层非均匀介质结构的特点,采取了一种由面到体的几何建模思路快速地建立其三维实体几何模型,有效地解决了非均匀介质突变表面上四面体网格的匹配问题,从而实现对实体模型的快速网格离散,获取高质量的四面体网格数据文件。对双层半球壳、双层直锥形、正切卵形天线罩等几种多层介质结构的建模和网格剖分实例表明,采用本文所述方法,在不同形状的介质交界面上都能够实现优良的网格匹配效果,可为VIE-MoM计算复杂多层介质电磁问题提供高质量的网格数据文件。

近似声斗篷的多层介质覆盖水中弹性球壳的声散射

对水中弹性球壳的低频覆盖层消声效果和消声机理进行研究。声斗篷(Acoustic cloak)是各向异性的超常材料,根据有效介质近似理论(Effective MediumApproximationTheory),采用各向同性多层介质近似各向异性材料的声斗篷,推导出覆盖多层介质水中弹性球壳散射声场的解析表达式,计算了弹性球壳覆盖多层介质前后的散射形态函数、谐振模态以及声场分布,分析了覆盖前后球壳的声散射特性和声传播机理。研究表明,覆盖层内的声波在多层介质之间的声传播方向发生改变,声场形成弯曲变形,声能流绕过目标,这不仅极大的降低了低频散射强度,而且使到达弹性体表面的声场强度非常小,散射频响中除了0阶子波产生的第一个谐振峰外,无法激发弹性球壳的其它谐振模态,有效的抑制弹性球壳的谐振散射。