水下声学超表面异常折射方向调控研究

针对波束调控的问题,本文提出了一种控制波前相位的声学超表面。本文依据广义斯奈尔定律,利用不同声速的均匀介质构建了水中多频声学超表面模型,给出声学超表面产生异常声折射的基本原理,验证了声学超表面在多个频点下可以实现异常声折射现象,揭示了频率以及声波入射角对声学超表面异常折射现象的影响规律,制备了声学超表面实物在水箱中对理论结果进行验证。结果表明:在入射波频率为基频的整数倍时,超表面模型可以实现折射角相同的异常折射现象,并且入射角在一定范围内可以实现负折射现象。实验测量了水中钢板和超表面的折射情况,相较于均匀介质,在不同入射角度下设计的超表面均可以实现异常折射,并且测量值与理论值吻合较好。

一种基于迈克尔逊干涉仪的浓度/折射率在线测量系统的研究

浓度是表征溶液性质的重要物理参数之一。本文设计了一种基于旋转比色皿结合迈克尔逊干涉仪的浓度/折射率在线测量系统。将液体加入比色皿并旋转5°,利用CCD采集光强数据和自编的计数程序,可实时测量旋转前后干涉条纹移动数目之差,并由此计算NaCl和葡萄糖溶液的折射率和浓度。对质量百分比浓度为0、10%和20%的NaCl溶液进行了折射率测量和误差分析,发现与相关理论值的相对误差仅为0.61%、0.63%和2.2%。葡萄糖溶液的浓度—折射率关系曲线也呈现出线性良好、可靠性高的特点。总之,基于迈克尔逊干涉仪的浓度/折射率在线测量系统具有测量非接触、结果可靠、高效实用的特点。

黄渤海地区大气折射环境参数统计分析

大气折射环境显著影响微波、超短波无线电装备的性能,能够减小或者扩展标准大气环境下的无线电视距。文中以黄渤海交界处的荣成为例,基于2018年探空数据统计分析了荣成站的大气折射环境参数,包括地面折射率、1 km折射率梯度、100 m折射率梯度等参数。其中,地面折射率年度变化范围可达100 N单位,地面折射率年平均值为332.3 N单位;1 km折射率梯度年平均值为-48.5 N/km;100 m折射率梯度年平均值为-44.2 N/km,100 m折射率梯度小于-100 N/km的时间概率为3%。进一步地,文中给出了计算雷达视距需要用到的等效地球半径因子以及用于表征相对标准大气无线电视距的扩展或减小的视距因子分布。结果表明:等效地球半径因子最大可达4.5;相对标准大气环境下,大气折射环境对视距影响的最大变化范围可达80%以上。研究结果可为黄渤海地区试验装备的系统设计、性能评估提供大气折射环境参考。

草状氧化铝微结构渐变折射率的计算及实验研究

针对草状氧化铝的微纳结构对折射率的影响,采用台体计算法与柱体计算法计算氧化铝的体积,使用Clausius-Mossotti方程式与MATLAB软件拟合计算微纳结构的折射率变化,使用TFC软件进行拟合,最终计算出草状氧化铝的渐变折射率,研究其微结构的形貌特征及渐变折射率的分布,计算其可见光减反射性能。采用电子束沉积氧化铝薄膜,通过对沉积温度、水煮工艺等参数的优化,获得了不同结构的草状氧化铝纳米薄膜,制备了可见光波段420~680 nm的减反射薄膜。

一种光波大气折射率剖面模型构建方法

根据经典光波折射率计算公式和ITU-R建议书中水汽密度经验公式,给出了一种新的光波大气折射率计算公式;借鉴Hopfield折射率静力项剖面模型和ITU-R建议书中水汽密度剖面模型,给出了一种基于历史气象探空数据构建光波大气折射率剖面模型的方法。以青岛地区为例,通过对1986—1995年历史气象探空数据的处理并结合参考标准大气,建立了适合当地的光波大气折射率剖面模型;统计剖面模型预测折射率剖面与实测折射率剖面的均方根误差,结果表明:构建的剖面模型具有较好的预测精度,这对光学外测设备的折光修正数据处理具有很好的参考价值。

折射率湿项对靶场经纬仪测高精度的影响分析

针对部分靶场经纬仪外测数据处理时常忽略折射率湿项对大气折射效应影响的现状,基于2019年环渤海某地区626组气象探空数据,利用射线描迹法计算了考虑折射率湿项和忽略折射率湿项两种情况下大气折射导致的经纬仪测高偏差。通过统计全年内不同仰角、不同高度等情况下折射率湿项对测高精度的影响,结果表明:折射率湿项是构成靶场经纬仪测高残差的一个重要误差源,对于目标高度测量有较高精度要求的试验任务,特别是在低仰角测量的情况,不能忽略折射率湿项的影响。

区域折射型人工晶状体对散光的包容性

目的:探讨年龄相关性白内障患者行白内障超声乳化摘除联合区域折射型人工晶状体(IOL)植入术后残余散光对视觉质量的影响,评估区域折射型IOL对散光的包容性。方法:回顾性队列研究。收集2020-07/2022-03于我院眼科行白内障超声乳化摘除联合区域折射型IOL(Lentis Comfort LS-313 MF15)植入术的年龄相关性白内障患者62例73眼的临床资料,根据术后6 mo残余散光度数进行分组,0.75 D<残余散光度数≤1.50 D的患者35例40眼作为试验组,残余散光度数≤0.75 D的患者27例33眼作为对照组。比较两组患者术后6 mo视力、离焦曲线、客观视觉质量[波前像差、斯泰尔比值(SR)、调制传递函数(MTF)]、主观视觉质量(视功能问卷评分)、满意度及脱镜率情况。结果:两组患者术前散光度数及术后6 mo残余散光度数均有差异(P<0.01)。术后6 mo,两组患者裸眼远、中、近视力、客观视觉质量、主观视觉质量、满意度及脱镜率均无差异(P>0.05),离焦曲线显示,两组患者在附加球镜度数+2.00--4.00 D离焦范围内各点视力均无差异(P>0.05)。结论:Lentis Comfort LS-313 MF15 IOL能够包容1.50 D以内的规则散光。

声学双曲构型超材料的负折射特性研究

声学双曲超材料是具有双曲色散特性的人工材料,具有极强的各向异性,其负折射特性是研究实现高分辨率聚焦型超透镜的理论依据。针对远场噪声源识别受制于0.5倍波长声波瑞利衍射识别分辨率问题,结合声学超材料对声波的优异调控效果,引进可以实现亚波长超分辨率成像的双曲超材料,利用其负折射特性设计了一种用于工作频率为2 271.5 Hz的声学双曲结构。分析了该构型的双曲结构色散特性及负折射特性,结果表明声波在该双曲超材料中传播的群速度方向垂直于波矢,并沿着色散曲线的法线方向。本文的研究为实现对声波和弹性波的任意调控,以及噪声源的聚焦定位、识别放大等提供了一定的设计参考。

基于FBG和F-P的温度和折射率双参量传感器

提出了一种由单模布拉格光栅和多模Fabry-Perot腔级联而成的温度和折射率双参量传感器。对多模光纤的末端采用氢氟酸进行腐蚀,在腐蚀后形成的凹陷处填充紫外胶,从而形成Fabry-Perot腔。Fabry-Perot腔和单模光纤布拉格光栅级联后,构成最终的传感结构。Fabry-Perot腔对温度和折射率敏感,而光纤布拉格光栅对温度敏感而对折射率不敏感。利用上述特性,采用灵敏度矩阵法可实现对温度和折射率的同时测量。实验结果表明,传感器的温度和折射率灵敏度分别为-0.4832nm/℃和-508.64pm/RIU。该传感器具有制作工艺简单、结构紧凑、成本低、灵敏度高的优点,有很好的应用前景。

从能带结构到声波的零/负折射——声学基础教学设计

针对传统声折射定律在声学人工材料研究领域的不足,引入能带结构理论,阐明声波在不同声学介质界面的传输特性。以二维声子晶体为例,通过理论计算声子晶体的能带结构及对应的等频率曲线,并根据等频率曲线的分布情况分析声波从均匀介质入射到声子晶体中的传输行为。采用有限元方法仿真实验验证声波在常规介质中的正常折射,二维声子晶体中的负折射和零折射现象。

基于双折射晶体透镜的自干涉全息成像系统

该文介绍了采用α–BBO双折射晶体透镜进行分光和光程差补偿方法,以及使用偏振相机进行单次采集的自干涉全息成像方法。该方法不需要使用额外器件补偿共轴干涉光路的光程差,适用于非相干白光照明情况下日常物体的全息图采集与图像重建。该文推导了再现距离与放大率等重要参数,并在此基础上,搭建了单发成像系统,还进行了实验验证。实验通过单次曝光采集了LED灯组的四幅不同偏振态全息图,并用四步相移法得到复振幅全息图,最后通过图像重建算法反演计算获得准确的再现图像。实验验证了基于α–BBO双折射晶体透镜的单次曝光自干涉全息成像方法的三维成像能力。

层析+折射约束迭代反演近地表建模方法及应用探索

塔西南山前带是塔里木盆地重要的勘探接替领域之一,其地表为巨厚黄土覆盖,黄土厚度可达500 m以上,速度在纵、横向上变化快,表层结构复杂。为改善地震成像效果,针对复杂地表区表层模型精度难以满足需求的问题,开展了拟合时深曲线量板、层析反演及折射反演等方面研究工作。结果表明:多种表层建模方法综合运用是提高近地表模型精度的有效途径;黄土曲线量板可反映连续介质区近地表速度变化规律;层析+折射约束迭代反演近地表建模方法能够将模型精度误差控制在5%以内;逐级递进约束层析反演可拓展可信速度场深度约1500 m。以上成果认识,对类似探区构建高精度近地表模型及提高地震成像精度具有指导意义。

基于等离激元法布里-珀罗腔折射率测量的实验设计

利用自下而上的纳米加工工艺,制备了一种由银纳米线对和金膜构成的等离激元法布里珀罗(F-P)腔。暗场散射光谱和数值模拟表明,金膜表面传输的表面等离激元经银纳米线对的多次反射下,会在腔内形成驻波现象,并在散射光谱中呈现出多光束干涉调制的光谱线型。利用这一原理设计一个折射率测量实验,通过测量不同浓度甘油溶液的折射率,得到了F-P腔共振波长随溶液折射率增大的线性红移规律。进而通过调谐F-P腔的长度,得到该F-P腔最高的探测灵敏度为555 nm/RIU。

超声临界折射纵波定量评定合金钢近表层布氏硬度试验方法的研究

为了解决合金钢构件布氏硬度无损、在线、在役定量监/检测问题,构建并使用先进临界折射纵波参量试验装置,开展了超声临界折射纵波定量评定合金钢近表层布氏硬度的试验,测量超声临界折射纵波在合金钢标定试件上的传播特性参量,计算评定布氏硬度所需的检测参量,即声速及衰减系数。通过改变收、发探头前沿间距和标定试件的显微织构,观察上述变化对超声波传播特性参量的影响,遴选并评定合金钢标定试件布氏硬度敏感检测参量,建立了临界折射纵波定量评定45#钢标定试件近表层布氏硬度标定映射关系的数学模型,并验证其预测准确度。结果表明,试验所得的临界折射纵波检测参量对标定试件布氏硬度的敏感程度不同,声速与布氏硬度具有较强的关联性,且声速预测模型的测量误差为实际应用的10%,满足要求;而衰减系数不能作为评价合金钢近表层布氏硬度性能的检测参量。本研究为采用超声无损检测方法评定合金钢构件布氏硬度提供了一定的借鉴。

用分光计测三棱镜折射率光路图的MATLAB动画演示

建立了三棱镜光路图的数学模型,应用MATLAB绘制光路图,检验了模型的正确性.随着三棱镜的旋转,直观地演示了分光计中光路图和偏向角的变化过程,指出了最小偏向角.

口诀法巧画单轴晶体的双折射光线

基于惠更斯原理作出单轴晶体双折射光线一直是教学中的难点,在教学中,初学的学生往往不能准确完整地画出单轴晶体双折射光线的示意图,原因是该知识点对于初学者来说具有概念多、模型抽象、辅助线多的特点,要正确掌握其画法具有一定难度。文章根据学生在学习中的困难和容易出现的错误,将惠更斯原理波面作图法进行程序化并总结成口诀,按照口诀能够简单方便地画出单轴晶体双折射光线。该方法能够帮助初学者正确画出单轴晶体双折射示意图,帮助准确理解抽象概念、掌握双折射光线的画法,值得初学者和教师在学习和教学中参考。

空间目标监视雷达大气折射修正技术研究

无线电波在大气层中传播时,大气介质的不均匀分布会对电波产生折射效应,从而影响雷达的探测精度。对于航天目标的雷达探测,影响无线电波的介质主要是电离层。本文利用实时TEC数据同化的方式,建立了电离层电子密度现报模型,实现了电离层折射率剖面的实时构建。在此基础上,利用射线描迹法完成了航天目标雷达探测的折射误差修正。结果表明,相对于单纯使用电离层经验模型-国际参考电离层(International Reference Ionosphere,IRI)模型,利用电离层同化现报模型建立的电离层折射率剖面可大大提高折射误差修正的精度。

聚苯基甲基硅氧烷分子量-折射率模型研究

聚硅氧烷是应用广泛的一种特种有机硅材料,折射率是衡量聚硅氧烷性能的重要指标。应用基团贡献法建立了适用于聚苯基甲基硅氧烷体系的分子量-折射率模型,结合自由体积理论对模型进行了修正。修正后的模型能够根据分子量和温度有效地预测聚苯基甲基硅氧烷的折射率,相对误差在±0.2%范围内。根据修正后的模型阐述了分子量、温度对折射率的影响:折射率随着分子量的增大而升高,最终趋于一定值;折射率随着温度的升高明显下降。研究结果可为高折射率聚硅氧烷的设计与合成提供参考。

冰面放电的纹影图像处理及折射率场重建方法

相比于电流、电压等传统测量方法,利用纹影技术拍摄得到的冰面局部电弧等放电的图像更加直观,其图像处理和折射率场重建是定量分析放电的几何尺寸、密度、粒子分布等物理特性的基础。从放电通道的光偏折特性出发,介绍了利用纹影成像技术测量放电通道的原理;提出了一套覆冰表面放电通道的图像处理和折射率场数值重建方法,通过数值实验验证了算法准确性。实测结果表明,所设计的纹影系统空间分辨率为10~100μm/像素可调、时间分辨率为1~38.45μs可调;提出的折射率场重建方法具有较高精度,能够有效得到冰面局部电弧形成过程中各个放电阶段的折射率场。

用于应力双折射分布测量的多构型扫描系统设计

为了实现对不同构型光学样品进行应力双折射分布测量,在使用双弹光调制方法的基础上,设计了一种应用于双折射分布测量的多构型扫描系统。该系统在保证测量的高分辨率的同时,通过保持激光器静止,同时使样品进行快速移动,提高了测量精度与广度。在样品测量方面,采用633 nm(1/4)玻片测试,测试相对误差的范围为0.79%~0.95%,波动范围为0.12 nm,标准差为0.0352;采用BK7玻璃样品测试,波动范围为0.25 nm,标准差为0.0389。在扫描精度方面,连续扫描精度误差不超过0.05 mm,连续寸动扫描精度误差不超过0.009 mm。对比实验结果可得出,该多构型扫描系统可有效解决对样品任一区域实现高精度应力双折射测量的问题。