周期性堆载体Rayleigh波减振特性分析及试验研究

为了揭示周期性堆载体Rayleigh波的振动作用波特性,实现对低频表面波的有效衰减,研究了衰减域内的减振机理及效果。首先,构建传输模型,确定了合适的堆载几何尺寸。其次,基于复频散曲线和频域曲线,分析了堆载高度和弹性模量影响下振动波的作用规律及其衰减效果。最后,开展缩尺扫频试验,调取X、Z方向的加速度数据绘制频域曲线,并与复频散曲线做进一步对比分析,研究了各衰减域减振机理。结果表明:扫频试验结果出现了X、Z方向衰减域不一致的现象,不同方向的衰减域恰好与复频散曲线中的衰减域内作用波型一致,X方向会出现一个低频段衰减域,Z方向会在第2衰减域终止频率时出现衰减减弱趋势;进一步说明周期性堆载体可以激发出水平极化共振衰减域和Bragg散射衰减域;而高度是影响伪表面波的重要因素,表现为高度高,容易在第1衰减域内产生伪表面波,高度低,容易在第2衰减域内产生伪表面波;弹性模量是影响高速伪表面波的重要因素,表现为当其达到混凝土弹性模量单位数量级(10 GPa)时,第3衰减域可能会出现高速伪表面波作用范围,否则,将直接进入SV波和P波耦合作用的凋落波模态。研究结果将进一步启发环境隔振领域利用表面波阻块开展减振工作。

偏振可调谐式剪切干涉的大畸变波前实时重构

为了实现对大畸变波前的实时测量,基于紧凑稳定的剪切干涉结构,提出一种偏振式单帧波前重构方法,有效克服传统横向剪切需要两幅或以上的图像梯度整合缺陷,实时重构大畸变待测样本波前的形貌。以无限共轭模型为理论基础进行仿真分析,对生成的大畸变波前样本进行计算重构,验证该优化算法的可行性。在此基础上,搭建双平面镜可调谐剪切干涉共轭结构,结合偏振器件,以分辨率目标靶作为待测对象,对所提算法进行实验验证,实现入射光场波前的实时条纹分离和波前重构。实验结果表明,所提单帧波前法重构样本波面的均方根误差为60 nm,算法运行时间有效提升至0.11 s。所提偏振剪切式光学设计以及单帧波前重构算法,作为一种自干涉剪切方法,无需多幅图像的重建程序,简化横向剪切干涉的实验结构,提高宏微观样本三维形貌的检测效率,在光学定量相干干涉测量领域具有一定的应用潜力。

面向地物混杂背景的偏振光谱图像融合方法

针对偏振光谱图像融合方法在地物混杂背景遥感探测中多尺度变换融合图像存在边缘轮廓细节模糊、对比度不佳的问题,提出一种基于非下采样轮廓波变换的稀疏表示与引导滤波器相结合的图像融合方法,以改善融合图像的质量和视觉效果。首先,该方法通过非下采样轮廓波变换对光谱图像和偏振图像进行多尺度多方向分解,进而将图像分解成不同子带内的特征信息。其次,低频子带采用稀疏表示融合,从而降低融合图像中物体对比度损失。此外,采用引导滤波器融合高频子带,以增强图像轮廓细节信息。最后,对低频与高频融合系数进行非下采样轮廓波逆变换,最终得出融合图像。分析表明融合图像对比度相对于原始光谱图像与偏振度图像分别提升了54.5%和15.4%,更容易区分混杂背景下阴影中的物体。基于此方法对偏振光谱成像仪所采集的不同波长下的光谱与偏振图像进行融合,并实现真彩还原。真彩还原图像证明此融合方法在保留混杂背景下的环境信息的同时实现了物体和背景的有效区分,有效提高了偏振光谱遥感探测成像的图像质量,有助于提升偏振光谱遥感探测成像中图像信息的完整性和真实性,扩大其在复杂环境遥感探测和图像识别中的应用范围。

基于轨道控制的FEL圆偏振辐射的产生与空间分离

研究了在自由电子激光设施中产生高偏振度圆偏振辐射的技术方案。该方案将工作在反向渐变模式的平面波荡器和常规椭圆极化波荡器以前后连接的方式进行排布,并通过波荡器之间的矫正磁铁对电子束进行轨道控制。在平面波荡器部分利用偏转磁铁使电子束偏向传输,所产生线偏振辐射也将偏轴传播,脉冲能量为0.357μJ。在进入椭圆极化波荡器之前校正电子束的轨道和前进方向,使得带有微群聚结构的电子束沿轴线正向传输,其产生的圆偏振辐射能量为92.39μJ。圆偏振辐射将沿轴向传输,在一定距离后可实现其与线偏振辐射在空间上的分离。通过数值模拟分析了电子束偏转对辐射光性质所产生的影响。

基于全介质超表面的太赫兹波段偏振复用计算全息成像

提出利用全介质超表面实现太赫兹波段计算全息成像技术方案,采用基于几何相位调控的全介质超表面实现了频率0.95 THz~1.2 THz的宽带全息成像。在此基础上,设计了基于几何相位和传输相位同时调控的全介质超表面并实现了偏振复用全息成像。该研究提高了超表面的复用能力和工作效率,有望解决金属超表面存在的固有欧姆损耗和低极化转换效率等问题。同时可以激发Mie型电共振和磁共振实现波前调制,为开发高效、轻便、低成本的太赫兹功能器件提供了一种新途径。

用大学物理知识诠释前沿科技——从光的偏振到量子通信

在大学物理教学中以科技前沿应用为牵引,用大学物理的语言解释前沿科技进展的原理,拉近基础课和前沿应用的距离,可以促进学生学习物理的兴趣,加深学生对于基础物理原理的理解。本文以量子密钥分配为例,仅用大学物理中偏振的内容就解释了经典的BB84方案的基本原理,并对该方案的实际实现进行了阐述,旨在表明任何理论方案和实际实现都存在相当的距离。本文还介绍了量子通信领域的最新研究进展和目前主要的研究方向,以激发学生主动探索和进一步研究的兴趣和热情。本文是为基础物理原理和高新尖技术之间搭建桥梁的一次有益尝试,相关思路值得在新工科背景下的大学物理教学中推广。

光的偏振实验教学的拓展研究

为满足应用型本科教学改革的需求,实现基础性、应用性和综合性的实验教学,基于光的偏振实验平台,利用偏振片、波片、偏振分光器件等光学器件对光学实验内容进行了拓展研究,能够将偏振相关知识联系起来,从而进一步理解偏振的实质。实验内容为验证马吕斯定律、改变光的偏振方向、利用旋光现象测量液体浓度等。通过该实验平台的拓展研究,可以使学生提高动手能力和创新思维,将波片等光学器件与旋光性物质的原理联系起来,加深对光的偏振本质的理解。

基于波片调制法水下偏振成像技术研究(特邀)

为了更好地对海洋牧场水下环境及海珍品进行监测,通过532 nm激光光源与波片调制相结合的方法集成了一套水下偏振成像系统,并使用米勒矩阵法对偏振图像进行处理。以海参为目标物并模拟海洋牧场水体环境进行了实验,通过成像系统获取偏振图像后,依据推导出的米勒矩阵公式进行图像融合。通过对比融合后的米勒矩阵图像和原图像对比度、信息熵等参数,证明米勒矩阵法能够有效地消除背景散射光的影响,提高成像对比度,进而提高成像质量。

单轴加载条件下瑞利波偏振和不同震相波速对应力敏感性的实验研究

岩石应力状态的改变会使接收到的波形发生变化,这是利用弹性波检测介质性质和应力变化的基础。研究对应力敏感的弹性波参数及其分析方法对于发展介质应力监测技术具有重要意义。本文在实验室内以长方体花岗岩为样本,在不同的单轴压力下重复激发超声波且用三分量的传感器接收,利用记录的全波形信息研究了不同震相的到时、Rayleigh波偏振与岩石应力状态变化的关系。结果表明:①不同震相的波速对应力变化的敏感性为10-8/Pa数量级,且敏感程度从大到小依次为:Rayleigh波>S波>P波。②随着应力的增大,Rayleigh波偏振变强,但其敏感性随应力增大而变小,这反映出了介质性质的非线性变化特性。③应力较小时,Rayleigh波偏振对应力的敏感性比波速大数倍。

唐山地区快剪切波偏振图像及其变化

根据剪切波分裂的相关函数计算－时间延迟校正－偏振分析检验的系列分析方法，利用唐山地区近源强地面运动记录，对快剪切波偏振图像进行了静态和动态的初步讨论。在唐山地区，有些相距很近的台站得到了完全不同的快剪切波偏振结果，其快剪切波偏振方向的离散性特征表明，在复杂地区不同台站观测结果的简单叠加可能是没有意义的。研究表明，快剪切波偏振方向可能存在着快速的变化。

卢龙地区S波偏振与上地壳裂隙各向异性

由三分量数字地震仪组成的小孔径流动台网记录了1982年10月19日河北卢龙M_s=6.1级地震的部分余震.用质点运动图的方法对横波的偏振进行了分析。研究结果表明,在横波窗内的各观测点都存在横波的分裂现象.不同离源角和方位角快波偏振的水平投影都具有近NE40°方向的优势取向,与根据卢龙地震两组断层错动在各向同性介质中所辐射的横波的偏振方向不一致.这可以由传播介质中应力所导致裂隙的定向排列来解释.这一观测结果提供了卢龙地区脆性上地壳大范围膨胀各向异性(EDA)的证据,并表明这一地区直立平行排列裂隙取向和水平主压应力的方向为NE40°.

Rayleigh大气天空光偏振分布仿真与预测

太阳光经过地球大气散射所形成偏振分布的模型与预测在仿生偏振导航传感器系统中起着关键作用。研究了天空中偏振光的产生机理,天空中偏振光的分布模式。根据Rayleigh散射理论和天文学知识,利用C++语言和OpenGL软件开发包在VC环境下进行编程工作,完成了太阳视位置,天空中观测方向光束的偏振方位角和偏振度信息,以及斯托克斯参量的计算。建立了2维、3维球面模型,能够实时动态仿真太阳视位置的运动,全天空偏振光分布模式的变化。与文献中的实际测量比较,表明计算模型准确有效。

基于Rayleigh大气偏振模式的太阳空间位置优化计算

为了满足偏振光导航对空间特征点空间位置信息的需求,提出一种基于Rayleigh大气偏振分布模式的太阳空间位置计算方法.首先,从大气光学的Rayleigh散射理论出发,建立了天空中偏振光的分布模型.然后将由大气偏振模式中的有限的采样点信息确定太阳空间位置的问题转化为非线性最小二乘优化问题,采用Gauss-Newton法简化算法结构,结合对初值的全局搜索以获取精确的太阳空间位置.仿真实验表明,在本文设定的采样方式下,不同时间、不同地点下利用偏振度信息求解,太阳高度角误差均小于10-5度,方位角误差小于10-6度;偏振角度求解时,太阳高度角和方位角求解误差均小于10-6度;并且在不同的采样方式下均保持了良好的优化准确度.实验证实该算法准确度高,对各种采样方式适应性好,可以有效地由偏振模式信息处理得到太阳空间位置.

云母1/4波片偏振干涉谱的研究

本文利用岛津UV310 1 PC分光光度计 ,测定了云母 1/ 4波片的偏振干涉谱。该光谱和以往文献中的显著不同。本文对此进行了分析和解释 ,并由此得出了在考虑吸收的情况下的爱里方程表达形式。该方程将有助于测定某些晶体的吸光度。

TTI介质弹性波相速度与偏振特征分析

相速度和偏振方向是研究地震波传播规律和描述介质特性的重要参数,在理论研究和实际应用中有重要作用.本文假定倾斜横向各向同性(TTI)介质对称轴位于观测坐标系XOZ面内,在此观测坐标系下直接推导了TTI介质弹性波相速度和偏振方向的解析表达式,再进一步利用Thomsen弱各向异性理论,推导了弱各向异性近似条件下弹性波相速度以及qP波和qSV波偏振方向表达式.理论分析和数值试例表明,在相速度方面,随着各向异性介质参数改变,qP波和qSH波速度变化较为平缓,qSV波速度变化较为剧烈.弹性波相速度近似式误差均较小,能较好地近似精确相速度.在偏振方向方面,SH波偏振方向只是传播方向和对称轴倾角的函数,而与各向异性参数无关,SH波偏振方向既垂直于传播方向,又垂直于TTI介质对称轴方向.除特定方向外,qP波和qSV波的偏振方向与传播方向均成一定角度,并且随TTI介质对称轴倾角的改变而改变;在精确和近似情况下,qP波和qSV波的偏振方向始终垂直;在精度允许范围内,偏振方向的弱各向异性近似式与理论解析式吻合较好.

波片对偏振激光干涉仪非线性误差的影响

利用琼斯矩阵理论,研究了基于偏振移相技术的激光干涉仪中1/4波片和1/2波片的非理想因素导致非线性误差的产生机理和变化规律.理论研究表明:在导致波片处于非理想状态的各个因素中,干涉仪中两个1/4波片的差模延迟角误差Δεq所产生的恒定偏置误差和接收装置中1/4波片的延迟角误差εq3所引起的一次谐波非线性误差,是组成干涉仪非线性误差的最主要的两个部分;波片各种误差源非理想因素导致的非线性误差在小误差情况下经线性叠加后由干涉仪最终输出.

联合小波变换与偏振分析自动拾取微地震P波到时

对微地震P波到时的自动拾取是微地震信号分析和数据处理的主要目标之一。基于小波变换的多尺度分析思想,对微地震信号进行小波处理后的小波系数代替原始信号,应用包含在小波变换系数中的信号偏振信息,提出了联合小波变换与偏振分析自动拾取微地震信号P波到时的方法。通过对嘉阳煤矿监测的实际微地震数据进行小波变换,用多尺度小波分解的各个尺度单支重构信号构成协方差矩阵,求解不同尺度协方差矩阵的最大特征值和次大特征值求取P波到时定位函数,实现P波到时的自动拾取,取得了满意的结果.

面波偏振与中国大陆岩石层横向不均匀性

本文利用７个ＣＤＳＮ台站的长周期数字地震记录和奇异值分解方法，分析了在中国大陆内传播的基阶勒夫波的偏振方向，从而确定波到达台站时的入射方向对于大圆方向的偏离．５°—１０°的偏角是常见的，最大偏角可达２０°左右．尤其是４０ｓ以下的勒夫波，在大多数路径上都显著偏离．这些观测到的现象可以用勒夫波穿过不同大地构造单元界线发生的折射作出定性解释．青藏块体的边界和天山褶皱带可引起２０—６０ｓ（或更长）周期的勒夫波发生折射；华北与华南地块间及华北平原和鄂尔多斯地块间的速度差异一般影响２０—４０ｓ之间的勒夫波；扬子地台与东南沿海褶皱的差异主要影响２０ｓ以下的波；２０ｓ以下的短周期勒夫波往往表现出复杂的多重路径现象．

基于严格耦合波理论的亚波长金属光栅偏振器设计

亚波长周期结构光栅具有传统光栅所不具有的特殊性质.针对仿生微纳导航系统敏感波段0.52-0.59μm的要求,采用严格耦合波理论分析了不同光栅材料、光栅面型及光栅结构参数对TM偏振透射率及透射消光比的影响,设计了对应的金属偏振光栅.所设计的光栅与传统金属光栅不同之处在于基底和光栅之间增加了氟化镁介质,在垂直入射条件下,TM偏振透射率及消光比都增大.在0.38μm^0.40μm及0.50μm^0.76μm全光波段内,TM偏振透射率都大于50%,消光比都大于170,达到了宽带宽、TM偏振透射率及透射消光比都较高的要求.

可变可转单波片偏振控制器研究

基于PLZT波片的相对相位延迟量可变性和其折射率椭球主光轴的可转性,提出后反馈单个PLZT可变可转波片偏振控制器.采用模拟退火算法进行扰动寻优,仿真结果显示这种控制器是有效的:能将任意输入偏振态转换为稳定的线偏振光而其光强达到总光强的98%以上,在控制过程中相移能在限定范围内变化,避免了由复位重置可能引起的波动·