带色散的四阶抛物型方程的紧致差分格式

本研究提出一种有效求解带色散四阶抛物型方程的四阶紧致差分格式。对该方程的空间变量用四阶紧致差分格式进行离散,对离散之后得到的常微分方程组用三次Hermite插值法进行求解,得到一种空间和时间方向上都具有四阶精度的数值格式,并用傅里叶方法证明了该格式的无条件稳定性。数值实验中给出三种类型的算例,并将本研究格式与Crank-Nicolson格式进行数值比较,证明了本研究格式的有效性。结果表明,本研究格式对求解带色散的四阶抛物型方程具有很好的实用性。

基于非线性色散方程组的全柔性航天器的动力学分析

空间太阳能电站等大型结构由于采用轻质材料且结构尺寸大,呈全柔性状态,即不存在刚性构架,使得传统的中心刚体附加截断模态的方法在处理动力学问题时会出现显著的误差.从连续空间的角度对空间太阳能电站的动力学性质进行分析,以确定不同条件下起主导作用的动力学行为,为控制系统设计提供足够准确的模型简化原则.将空间太阳能电站看作平面内运动的自由边界非线性梁,根据Hamilton原理得到描述局部弹性运动与全局刚性运动的动力学模型.分析小变形情形下动力学方程在给定初始条件下的稳态解及其渐进性,讨论模态解或考虑了波动效应的色散解与结构尺寸、刚度等参数的关系,初步分析有限变形情形下可能出现的动力学行为,如动力刚化、非线性正规模态和孤立子解.总结空间太阳能电站在不同结构参数或运动条件下的动力学模型简化原则.对关键要素分析结果进行数值仿真,以此验证了理论分析结果.

波长色散X射线荧光光谱法测定进口八氧化三铀中的铀

为满足天然铀贸易复检对准确性和时效性的要求,对采用波长散射X射线荧光光谱法测定进口八氧化三铀中的铀工作条件进行了优化研究,对消解方式、消解器皿、消解时间和温度、麦拉膜、测定用样品质量等样品前处理条件进行了优化选择,确定了X光管电压电流、分光晶体、波峰和背景角度(2θ)、测定时间等仪器测定条件,并对方法的精密度、准确度、可靠性等进行了评估。结果表明:该法工作曲线的线性相关系数为0.9996,相对标准偏差(RSD)在0.029%~0.056%之间;测定结果与标准物质推荐值之间相对偏差≤0.027%;与滴定法相比,该法绝对偏差在0.003%~0.093%之间,结果准确可靠,工作效率是滴定法的5倍。该法可满足进口八氧化三铀样品快速批量分析的要求。

基于色散调控氟碲酸盐玻璃光纤的O-U波段平坦光频梳产生

光学频率梳(简称光频梳)作为一种优秀的多波长光源在通信领域具有巨大的应用潜力。通过将光频梳光源与波分复用技术(WDM)、空分复用技术结合(SDM),通信系统可以具有百Tbit/s量级的传输速率,在5G/6G通信、物联网、自动驾驶等方面具有重要的应用价值。目前实现光频梳的方法主要有以下四种,分别为基于锁模激光器产生飞秒光频梳、基于光学微腔产生光频梳、基于电光调制器产生光频梳以及基于行波四波混频产生光频梳。它们各具特点,但均很难同时实现宽光谱、高信噪比、高平坦度、高的单梳齿功率以及梳齿频率间隔大范围可调,这在一定程度上影响了光频梳在光通信领域的应用。本文提出基于受激布里渊激光腔产生种子梳,采用腔外负色散光纤进行脉冲压缩,进一步利用色散调控的高非线性氟碲酸盐光纤进行扩谱,从而实现光频梳产生。数值计算结果表明,通过该系统,我们可以得到重复频率大范围可调、光谱覆盖整个O-U波段且在O-U波段梳齿强度标准差小于5 dB的平坦光频梳,证明了通过基于布里渊激光腔与色散调控高非线性氟碲酸盐光纤的光学系统产生可用于光通信的平坦光频梳的可行性。

基于双频泵浦正常色散碳化硅微环谐振腔的光频率梳设计

提出一种利用锁相双频激光泵浦正常色散碳化硅微环谐振腔产生光频率梳的方案.对绝缘体上碳化硅微环谐振腔光波导进行色散调控,实现1550 nm波段平坦正常色散优化设计.利用Lugiato-Lefever方程对锁相双频激光泵浦正常色散碳化硅微环谐振腔的光频率梳产生进行仿真,研究了泵浦失谐量改变时光频率梳产生的时域和频域演化过程.同时探究了泵浦功率、微腔波导损耗、微腔色散、双频激光功率占比、双频激光频率间隔等各项参数对光频率梳产生的影响,仿真产生的光频率梳带宽可覆盖1500—1600 nm.仿真结果有助于推动基于正常色散碳化硅微环谐振腔的1550 nm波段高重复频率宽带光频率梳的研究和应用.

混合远近场太赫兹通信中波束色散分析及预编码设计

为解决宽带太赫兹通信中传统混合预编码架构中的波束色散问题,将时延器引入到该架构中,并研究基于时延器的混合预编码架构性能。讨论了混合远近场太赫兹通信中的波束色散问题,分析了引入时延器后的混合预编码架构及其性能,提出了一种基于远近场的混合预编码算法,对所提算法和传统的混合预编码算法进行了仿真。仿真结果表明,所提算法在性能上优于传统算法,可以有效缓解混合远近场中的波束色散。

基于LDBP的色散和光纤非线性损伤补偿

【目的】在长距离光通信系统中,由于克尔非线性、色散和放大自发辐射噪声之间的相互作用,使用传统的数字信号处理(DSP)来补偿光纤非线性损伤十分困难。机器学习算法可以用于在传统DSP的基础上对信号进行进一步处理,以缓解光纤非线性损伤并提高长距离光纤传输系统的性能。【方法】为了更好地补偿光纤传输中色散和非线性损伤,文章将传统的数字反向传播(DBP)算法和深度神经网络(DNN)相结合,将DBP中的线性步长和非线性步长作为一个神经元,即将线性步长看作DNN的权重矩阵,非线性步长看作激活函数,并将DSP作为DNN的静态层,提出了一种基于DNN的自学习DBP(LDBP)算法。【结果】为了验证文章所提算法的可行性,在单通道偏振复用16阶正交幅度调制(QAM)的光传输系统中进行了仿真。综合数值仿真结果表明,与线性均衡相比较,每跨一步的LDBP算法将最佳发射功率从-2 dBm提高至1 dBm。同时,与相同计算复杂度的DBP算法相比,LDBP算法在1200 km的传输距离下,信噪比(SNR)提高了0.82 dB。此外,与线性均衡和相同计算复杂度的DBP算法相比,LDBP算法所对应传输系统的SNR随着传输距离的增加,下降速度更加缓慢,并且该算法可以在无需预知链路参数的情况下工作,具有普适性和鲁棒性。【结论】文章所提LDBP算法与传统DBP算法相比,更加适用于实际的长距离相干光通信系统。

球形双曲色散超材料腔的多重窄带回音廊模式及透明显示应用

本文提出并设计了一种用于提高彩色透明显示性能的球形双曲色散超材料(HMM)腔.该腔由介质/银层交替包裹银核组成,具有深度亚波长性质,并支持和银层数目相同的同阶回音廊模式.这些模式能够将电磁波能量高度局域在不同介质壳层内,从而降低欧姆损耗,减小共振线宽.针对5层银/介质交替包裹形成的HMM腔,详细分析了结构参数对回音廊模式的调谐作用.发现仅改变最外层介质或银层厚度,几乎不影响TM1,2和TM1,3模式的共振位置,但对TM1,1模式的共振位置及3个模式的强度产生明显调谐.通过优化HMM腔,在红绿蓝波段实现三重窄带共振,且在三重共振位置均具有偶极辐射特点,能够将散射光限制在和入射光夹角为-45°—+45°范围内.该HMM腔不仅支持红绿蓝三重窄带共振,并具有宽的散射角,可应用于实现高透明度、高亮度和宽视角的全彩透明显示.

离散色散光域傅里叶变换的延时和带宽扩展研究

光域傅里叶变换为射频频谱分析提供了一种新的解决方案。光域傅里叶变换主要受限于大的二阶色散的获得,而离散傅里叶变换只需要控制离散点的相位,理论上可以解决大色散的获得问题。文章利用光纤环作为离散色散器件,用线性调频信号作为待测信号,进行了光域离散傅里叶变换的研究。该系统是一个快速傅里叶变换系统,每次变换用时约2.07ns。用示波器观测线性调频信号变换前与变换后的波形延迟,可以测出该系统的变换延时,约为100ns,其延时大小主要取决于系统中的光纤长度。该系统可以实现对信号的不间断处理。为了扩展系统的瞬时带宽,对片上集成光微环组方案的可实现性进行了分析。

基于外部气相沉积的S+C+L波段低色散斜率大有效面积非零色散位移光纤的设计与制备

针对现有光纤无法满足宽带光密集波分复用系统传输和S+C+L波段粗波分复用的要求,设计了一种具有中心凹陷的三角形芯+环形的折射率剖面,利用外部气相沉积工艺制备了一种非零色散位移光纤,并通过调整第一芯层的相对折射率和第二芯层与第一芯层的半径比,探究了其对光纤衰减、色散斜率和有效面积等参数的影响。研究发现,当第一芯层的相对折射率逐渐增大且第二芯层与第一芯层半径比逐渐减小时,零色散波长和有效面积逐渐减小。当第一芯层的相对折射率在0.52%~0.53%,芯层半径比在2.6~2.7时,光纤的有效面积接近70μm^(2),零色散波长在1420 nm附近,在1550 nm波段的色散系数大于8 ps·nm^(-1)·km^(-1),色散斜率为0.059 ps·nm^(-2)·km^(-1),可以较好地抑制传输过程中光非线性效应,满足长途干线网与城域网的使用要求。

修正Kawahara方程的收敛问题与色散爆破

该文主要研究修正Kawahara方程的收敛问题与色散爆破.首先,利用傅里叶限制范数法,高低频分解技巧以及Strichartz估计,用三种不同的方法证明在空间H^(s)(R)(s≥1/4)中,对几乎处处的x∈R,当t→0时,u(x,t)→u0(x),其中u(x,t)是修正Kawahara方程的解,u0(x)是其柯西问题的初值.其次,利用三线性估计和傅里叶限制范数法,证明在空间H^(s)(R)(s>0)中,当t→0时,u(x,t)→U(t)u0(x)(与x无关).最后,给出方程解的色散爆破.

基于外差相敏色散光谱技术的宽动态范围甲烷气体检测

为实现痕量甲烷气体的宽动态范围高灵敏度检测,本文开展了双边带拍频抑制模式的外差相敏色散光谱技术研发,研究了电光调制器工作特性以及偏置电压调控方法,对比了抑制与非抑制模式下的色散相位谱轮廓与信噪比,并对检测性能(如线性动态检测范围)进行了系统研究。基于近红外分布式反馈激光器和电光调制器,搭建了外差相敏色散甲烷气体检测系统,通过探索和分析电光调制器的最佳工作区间,实现了双边带拍频抑制进而得到了大幅值、高信噪比的色散相位信号。测量了典型高频(1.2 GHz)强度调制下甲烷/氮气标气的色散相位信号,获取了色散相位信号峰峰值随气体浓度的变化规律。同时开展了波长调制光谱技术实验,对两种技术的线性度、检测动态范围和对光功率波动的抗干扰性能进行对比研究。最后,通过测量不同浓度的标气验证了该系统在宽动态、快速时间响应下的性能。所开发的基于外差相敏色散光谱技术的甲烷检测系统具有线性度高(R^(2)=0.9999),动态检测范围宽(38.5 ppm~40%),且对光功率波动免疫性高的显著优势。本文研发的基于外差相敏色散光谱技术的气体检测技术在宽动态范围检测和实际现场检测应用领域具有广阔的前景。

非色散红外CO_(2)传感器温度补偿研究

为了解决非色散红外CO_(2)传感器在测量过程中易受温度影响的问题,提出双半椭球形双通道气体吸收腔室和广义高斯径向基函数神经网络补偿温度的新方法。首先双半椭球形双通道气体吸收腔室的半椭球形长轴右侧焦点与右半椭球形长轴左侧焦点重合,红外光源位于左、右半椭球形长轴的焦点重合处,检测器位于半椭球形长轴的另外一个焦点处,该结构能够使光线被气体充分接收,减小了光线传播过程中的损耗。接着差分计算单波长双通道热释电探测器输出电压获得CO_(2)气体浓度。最后分析广义高斯径向基函数神经网络形状参数与辅助形状参数对提高逼近效果的影响。实验显示在双半椭球形双通道气体吸收腔室结构中,长轴长度为4cm和短轴长度为3cm则CO_(2)气体吸收率达到最大值。常温25℃时,CO_(2)不同浓度测量误差变化不大,绝对误差波动范围在0.004%~0.006%之间,相对误差波动范围在0.067%~0.100%之间。CO_(2)浓度2%时,不同温度测量误差变化较大,绝对误差波动范围在0.001%~0.024%之间,相对误差波动范围在0.017%~0.400%之间,测量浓度为2%的CO_(2)气体传感器响应时间的6次平均值为27.46s,具有较快的响应时间。

一般情况下一维三原子链的求解及其色散关系

求解一般情况下一维三原子链的色散关系,讨论恢复力系数对色散关系的影响规律.研究结果表明,一般情况下一维三原子链不同的原子间恢复力系数对各支格波的频率、频谱宽度以及频率禁带宽度的影响规律均表现出不同特点,可实现对频率禁带宽度的精细调节.本文的相关研究结果是对固体物理学基础理论的深入探讨,可为带通滤波器的工程设计提供理论指导.

双程色散声光可调谐滤波器设计

声光可调谐滤波器(Acousto-Optic Tunable Filter,AOTF)是一种基于声光效应的色散器件,通过改变超声频率的大小,可以使光的衍射方向发生变化,从而进行波长选择。本研究设计了一种新的双程色散AOTF结构,并利用有限元分析软件对其滤波特性展开研究。研究结果表明,这种双程色散AOTF的设计可以有效地压缩光谱线宽,当中心波长为1064 nm时,在超声工作频率为84 MHz的情况下,线宽压缩效率达到了28.6%,明显提高了光谱分辨率;同时,这种结构还具有较强的抑制旁瓣效果,可以将中心波长为1064 nm的衍射光的旁瓣从-27.0 dB压缩至-44.8 dB,提高了光谱纯净度。

2维带色散4阶扩散方程的高精度紧致格式

针对1,2维带色散4阶扩散方程提出了一种高精度紧致格式.首先采用局部1维化方法将2维问题转化为x,y方向的两个1维带色散4阶扩散方程,其次分别对3,4阶空间导数进行6阶紧致格式离散,把带色散4阶扩散方程转化为一个常微分方程组,再利用求解常微分方程组的L-稳定的Simpson方法构造时间3阶、空间6阶精度的数值格式,并证明该格式是绝对稳定的.通过数值实验和比较,验证论文格式的有效性.

一维立方非线性刚度周期结构色散特性研究

研究立方非线性刚度单胞阵列形成一维周期结构后的色散特性,对飞机壁板振动控制的研究具有一定的促进作用。首先构建一维线性刚度周期结构的动力学模型,基于布洛赫理论(Bloch theorem)推导了其色散方程,并对其色散特性和弹性波传播现象进行分析。进而建立含立方非线性刚度单胞的一维周期结构的动力学模型,利用摄动法推导该周期结构的色散方程,分析非线性刚度的软、硬和激励振幅对其色散特性以及弹性波传播产生的影响。最后考虑到飞行器壁板复杂工作环境,避免摄动法仅适用于弱非线性的局限性,给出含立方非线性刚度一维周期结构色散关系的谐波平衡法的求解过程,对比两种方法的求解结果。本文为利用非线性周期结构对飞行器壁板进行振动控制的进一步研究奠定基础,对非线性声子晶体低频减振研究也具有一定的促进作用。

基于色散调制的硒化砷条型波导的超连续谱产生

研究了基于色散调制硒化砷条型波导超连续谱的产生,通过调整波导结构参数,使零色散点转移到通信波长附近,在1.55μm波长处获得反常色散。波导长度为10 mm,波导横截面面积为500 nm×800nm,获得1.55μm波长处的非线性系数为48.754W^(-1)·m^(-1)。利用脉宽为579fs、重复频率为50 MHz、峰值功率为70 W的光纤激光脉冲在波导中产生了带宽600 nm的超连续谱。研究结果提供了一种使用常见激光泵浦平面波导实现集成片上超连续光源的途径。

平面相控阵的色散误差非延时补偿

本文基于波束指向精度是相控阵天线重要的性能指标,频率色散误差是一种主要的天线指向误差,提出了一种非延时的色散误差补偿方法,给出了非均匀平面阵的色散误差机理和全空域的色散误差仿真结果。同时,通过将其对应的最大瞬时带宽进行理论推导,给出了基于指挥控制系统的补偿办法。结果表明:理论计算结果和仿真结果一致。

基于自适应光子和分层色散图的实时色散渲染方法

焦散是光线经过反射或折射后汇集形成的高亮区域现象,色散是由于折射焦散中不同波长的单色光折射率差异而出现的彩色光谱现象,是渲染逼真半透明物体时复杂和耗时的光照计算步骤。在渲染色散时,现有光线追踪技术必须依赖高端GPU硬件才能实现实时渲染。基于图像空间的焦散图技术,文中提出一种简洁、高效的实时色散渲染方法。提出了采样7个单色光并自适应调整7色光子尺寸的方法,用于近似整条色散光谱的渲染;并提出了分层色散图策略,避免了光子光栅化尺寸的增加,提高了渲染效率。实验结果表明,所提方法在个人电脑上可做到实时渲染,以离散采样光谱的7个单色光模拟了整条连续光谱,减少了渲染的计算量和存储量,并且改善了基于图像空间技术的噪点问题。