基于CUDA的离散粒子系统模拟仿真及其实现

使用CUDA(compute unified device architecture,统一计算架构),利用GPU(graphic processing unit,图像处理器)强大的并行能力实现DEM(discrete element method,离散单元法)的离散粒子系统模拟仿真。邻域搜索时使用基于哈希表排序的邻域搜索算法,依据CUDA内存模型的特点对系统做出有效的内存规划,并使用CUDA流技术通过将粒子碰撞和数据输出分割成4个流异步执行,来隐藏数据拷贝的部分延迟。通过使用CUDA的事件作为GPU计时器监测,实验证明本文中的并行搜索算法的执行效率很高,而使用合理的内存策略和流技术也可以有效的提高系统的性能。

基于自适应进化算法的膜系自动设计

为获得性能更好、更易实现的膜系,提出一种基于自适应进化算法的膜系自动设计方法,并将该方法与常用设计方法进行比较。通过增益平坦滤光片、高反膜的实例优化表明,在相同设计要求下,用该进化算法可以得到更加合理的膜系结构,而且膜系结构简单,设计灵活,容易实现。理论和实践均表明该方法是高效和可靠的。

对大学物理实验教学创新的几点思考

本文指出了当前物理实验教学存在的问题,对大学物理实验教学改革提出了一些意见,并介绍了初步实施情况和方案。

3种圆孔衍射的两种计算方法研究

根据菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式,给出点源、平面光以及高斯光束照射圆孔衍射的一种数值计算方法,借鉴相关方法推导了这3种圆孔衍射的菲涅耳衍射及其特殊情况下夫琅禾费衍射的解析计算式,并利用Matlab软件模拟了它们傍轴区的衍射场。模拟实验表明:这两种计算方法对这3种常见且重要的圆孔衍射都是有效可行的。

单色点源圆孔衍射的数值模拟实验

根据平面屏衍射的特点,由菲涅尔-基尔霍夫衍射公式得到单色点源圆孔衍射的积分表达式,然后提出了单色点源圆孔衍射的一种数值计算方法,用Matlab软件进行计算机数值模拟实验研究单色点源照射圆孔产生衍射的傍轴区的光场,有助于对相关衍射实验及衍射理论与技术的进一步研究。这种计算机仿真方法扩展了衍射问题的研究途径与方法,具有一定的应用价值,尤其对于教学具有直观作用。

无像散场曲的衍射机理及其计算研究

首先由衍射成像原理出发得到用波像差函数表示的有像差像点的光强分布的积分式,再由仅有无像散场曲的像点光强分布的积分式推导出其解析计算式,进而分析了无像散场曲产生的衍射机理。模拟实验表明了这一计算和分析是有效而可靠的,有助于像差检测与校正中对场曲进行分析与处理。

单色点源矩孔菲涅耳衍射光场的计算与模拟

点源照射的衍射较平面光照射的衍射更具一般性,对光束的传输与变换、光学系统的衍射成像以及光信息处理等方面有重要作用.首先由菲涅耳——基尔霍夫衍射公式得到单色点源照射矩孔产生的衍射光场的积分表达式,然后推导了单色点源照射矩孔产生的菲涅耳衍射及其特殊情况夫琅禾费衍射的光场的计算式.利用Matlab软件计算模拟了它们傍轴区的衍射图样,模拟试验表明了推导的计算式的有效性与可靠性.这些有利于对相关的衍射理论与技术的进一步研究.

五阶非线性对光纤中高斯型脉冲传输特性的影响

从含修正项的非线性薛定谔方程出发,采用变分法,导出了五阶非线性情况下光纤中高斯型脉冲参数随传输距离的演化方程组,求出了振幅与脉宽、频率与啁啾、脉宽与啁啾之间的三个解析约束关系,得出了脉宽随传输距离演化的解析解,讨论了五阶非线性对光纤中高斯型脉冲传输特性的影响。并且描绘了五阶非线性系数和啁啾对脉宽的影响、啁啾与初始啁啾对脉宽的影响、脉宽随传输距离以及五阶非线性系数、脉宽随传输距离以及初始啁啾四种情况下的三维图形。

两种边界条件设置方法在ISPH中的比较

以平板驱动二维腔剪切流作为标准算例,对比考察镜像虚粒子与静态虚粒子两种边界设置方法,分别在两种不可压缩流SPH(ISPH-DF与ISPH-DI)中的应用。结果显示,采用静态虚粒子边界,计算精度更高;ISPH-DF算法较ISPH-DI法更加稳定。

基于衍射理论的无像散场曲的分析与处理

基于衍射成像理论,用洛默尔函数得到仅有场曲的像点的光强分布积分式,进而得到像面对高斯面的偏离误差——场曲的解析式,结合模拟实验,探讨了无像散场曲和无像散像点的光强分布,分析它的三维形态图、斯特列尔比、逆滤波场曲校正等,所得结果有利于衍射成像理论与技术的应用。

双棱镜干涉实验中干涉光场的调控

针对双棱镜干涉实验存在的问题,在分析双棱镜分波前干涉原理和讨论双棱镜干涉光场的结构及其相干性的基础上,探讨了怎样通过优化实验参数调控干涉光场获得适于观测的干涉条纹.使学生更好地领略物理思想和学会实验方法,培养研究能力和启迪创新意识,促进光学教学的改革.

两种SPH算法在模拟不可压缩流中的比较

基于二维腔剪切流模型,对弱可压缩光滑粒子流体动力学(WCSPH)和不可压缩光滑粒子流体动力学(ISPH)两种SPH算法进行了对比分析。分别使用了排斥力方法与静态粒子法来设置边界。结果显示:ISPH算法在计算速度场和压力场时,计算精度均较WCSPH算法高;时间步长不像WCSPH算法受声速的限制,计算效率更高。

复振幅型兰维超分辨光瞳滤波器的优化设计

提出一种基于进化算法的复振幅光瞳滤波器光瞳函数参数优化设计的新方法.通过计算机的模拟,结合实际使用场合对光能效率、旁瓣影响效应和超分辨能力的要求,选择合适的参数实现最佳三维超分辨成像效果,给出超分辨优化设计模型和实例,并作图验证其结果.对超分辨率伴随的旁瓣效应,把滤波器应用于共焦扫描系统,可有效地抑制旁瓣,提高成像信噪比和对比度。利用进化算法设计的光瞳滤波器设计简单,同时有较好的综合效果,具有较大的G_A,G_T,S值。理论和实践均表明该设计方法是高效和可靠的.

点源圆孔衍射光场的计算

圆孔衍射对光束的传输与变换、光学成像系统的衍射成像及光信息处理的调制与滤波等方面有着重要作用。先由菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式得到点源圆孔衍射的积分表达式,然后提出点源圆孔衍射的一种数值计算方法,推导了点源圆孔菲涅耳衍射及其特殊情况夫琅禾费衍射的解析计算式,并利用M atlab软件模拟了傍轴区的衍射场,模拟实验表明了这两种计算方法都是有效而可靠的,有利于衍射理论与技术的发展。

单色点源矩孔衍射的模拟与分析

为探究更具一般性的点源矩孔衍射,先推导单色点源矩孔衍射的积分表达式,再用MatLab软件计算模拟单色点源照射矩孔产生的衍射光场,有助于衍射实验及相关理论和技术的研究。

通过误差修正改进RLC串联谐振实验

学生在做RLC串联谐振实验时出现较大的实验误差,对RLC串联谐振理论与实验产生难解之惑。为此本文首先分析理想RLC串联谐振的原理,然后考虑电阻器、电感器和电容器等元器件对实际RLC串联电路的影响确定误差修正的方法。实验表明了该误差修正方法的有效性,使学生能够通过实验更好地理解RLC串联谐振的原理与特性,有助于培养学生分析解决实际问题的能力,实现知识-能力-思想一体化教育。

光纤中随时间变化的三阶非线性对类明孤子传输特性的影响

为了研究在光纤中光孤子的传输特性,将三阶非线性视为微扰作用,由修正的非线性Schr(o|¨)dinger方程(MNLS)寻求类明孤子的尝试解,采用变分法求得拉格朗日密度函数表达式,在此基础上推出了类明孤子的脉冲参数随传输距离的演化方程组。分析讨论了微扰的直接作用和微扰通过a、b、ω、ξ产生的间接作用,用Matlab软件作出图像给出参数|b|随a变化、ξ随β和Z变化、ω随β和Z变化、a随b和Z变化等情形,直观反映出三阶微小量对类明孤子传输特性的影响.

非对称苝酰亚胺衍生物的研究

有机半导体材料具有低成本、可制备柔性器件等优点,广泛应用于有机薄膜光电器件。如今迫切需求同时具有较高迁移率和较好溶解性能可溶液加工的有机电子传输材料来支撑其发展。但分子的功能化使其刚性越来越大,溶解性能受到了影响。设计合成了N,N′-二苯基苝四羧基二酰亚胺(DiPP)和N-十二烷基-N′-苯基-苝酰亚胺(DoPP)两种苝酰亚胺衍生物,研究长链烷基对苝酰亚胺衍生物性能的影响。结果表明,长链烷基的引入大幅度提升了苝酰亚胺衍生物的溶解性能,但是其在空气中的热稳定性和抗氧化性有所降低。

光纤中三阶色散对类明孤子传输特性的影响

从含修正项的非线性薛定谔(MNLS)方程出发,采用变分法,推导出在三阶色散情况下类明孤子参数随传输距离的演化方程组及其解析解,研究了三阶色散对光纤中类明孤子传输特性的影响。

酞菁铜/氟代苝酰亚胺异质结性能研究

合成一种氟代n型有机半导体材料2,5-二氟代苯基苝酰亚胺(D25DFPP),制备CuPc/D25DFPP异质结,研究异质结的结构和性能,并将其引入ITO/PEDOT:PSS/CuPc/D25DFPP/Al结构光伏器件。结果表明,D25DFPP与CuPc的紫外-可见吸收光谱有较好的光吸收互补特性。通过紫外光电子能谱(UPS)研究CuPc/D25DFPP异质结的电子结构,发现在两者的界面处同时存在能带弯曲和界面偶极作用,异质结中发生较强的电荷转移,并且两者能级匹配。异质结在120℃下退火后有较大的晶粒和较强的荧光猝灭,使得退火后光伏器件的光电转换效率比未退火时提高1倍以上,达到0.82%,显示在光电转换领域有着潜在的应用前景。