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功能梯度板及曲面波导结构中的衰逝波特性研究

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功能梯度板及曲面波导结构中的衰逝波特性研究

作者：李智河南理工大学

学位级别：硕士

超声导波检测技术具有更快捷、高效、灵敏等特点,已广泛应用于多种工程结构的无损评价。近年来,超声导波检测技术已不再满足于对结构中缺陷的定位检测,结构中缺陷形状与尺寸的导波无损检测也得到诸多关注。在波导的边界,负载和缺陷附近... 详细信息

超声导波检测技术具有更快捷、高效、灵敏等特点,已广泛应用于多种工程结构的无损评价。近年来,超声导波检测技术已不再满足于对结构中缺陷的定位检测,结构中缺陷形状与尺寸的导波无损检测也得到诸多关注。在波导的边界,负载和缺陷附近的波场中同时存在传播波、指数衰减的衰逝波和阻尼衰减的衰逝波。研究衰逝导波是准确理解导波与缺陷之间复杂关系的基础,也是实现缺陷形状和尺寸精确导波无损检测的基础。在弹性波理论及其应用领域,许多方面如声波传感、谐振器件结构分析等,都会涉及到复波数域中频散方程的求解。波数-频率表示的频散方程通常是超越方程,得到其完整的空间频散曲线是比较困难的,常用各种迭代法来进行计算求解。本文提出一种改进的Legendre正交多项式级数法计算导波复频散特性,该方法可将复杂的波动方程求解问题转换为特征值为波数的特征计算问题,无需迭代便可得到完整解,避免了迭代法循环次数多、运算量大、精度不足等缺点。应用提出的方法计算了功能梯度板、圆柱曲面以及球形曲面结构中的传播波和衰逝波特性,并与已有文献结果进行比较,验证了方法的正确性和有效性。首先,研究功能梯度板、功能梯度压电板和功能梯度压电压磁板中的导波特性,揭示不同梯度场、材料压电性以及电学边界条件等对传播波和衰逝波特性的影响;计算位移和应力分布,分析衰逝导波的传播特性。研究表明,SH衰逝波只有纯虚波数模态,呈指数型衰减;Lamb衰逝波有纯虚波数和复波数两种模态,复波数模态呈阻尼正弦式衰减,一些虚部很小的复波数模态可以传播很远的距离。随着频率的增大,会发生波模态转换,衰逝波转变为传播波。压电结构中,在高频处存在波速高、衰减非常小的衰逝波模态。其次,将该方法引入圆柱坐标系中,研究各向异性圆柱曲面板、压电圆柱曲面板和功能梯度压电圆柱曲面板中的导波特性,揭示不同径厚比、梯度场、材料弹性常数以及边界条件等对传播波和衰逝波特性的影响。研究表明,大径厚比圆柱曲面板比小径厚比圆柱曲面板中的衰逝波衰减的更快;随着频率和模态阶数的增加,梯度场对周向类Lamb波的复波数分支影响效果更加显著;材料弹性常数、压电性以及力学和电学边界条件对圆柱曲面板中导波复频散特性都有显著影响。最后,将该方法引入球坐标系中,研究具有不同径厚比和梯度场的各向异性球形曲面板、压电球形曲面板和功能梯度球形曲面板中的导波特性,讨论了计算方法的收敛性。研究表明,该方法具有很好的收敛性,但纯实波数模态比纯虚波数模态易于收敛,而纯虚波数模态比复波数模态更易于收敛;对于各向异性结构,类Lamb波和SH波相互耦合,其频散曲线变得更加复杂;径厚比和梯度场对频散特性的影响与圆柱曲面板中相似。

关键词：衰逝波 Legendre多项式法频散功能梯度材料压电-压磁材料

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反射式扫描近场光学显微镜及其成像

中国激光 1998年第9期25卷 852-858页

作者：王刚赵钧刘静勇张培林清华大学现代应用物理系和单原子分子测控中心

介绍了一种光纤探针同时作为光源和探测器的反射式扫描近场光学显微镜，该装置通过采用相干探测、偏振分光等技术克服了该类显微镜所普遍面临的噪声背景干扰问题，具有较高的光学信噪比，并通过样品纵向振动调制锁相实现了对样品表面光... 详细信息

介绍了一种光纤探针同时作为光源和探测器的反射式扫描近场光学显微镜，该装置通过采用相干探测、偏振分光等技术克服了该类显微镜所普遍面临的噪声背景干扰问题，具有较高的光学信噪比，并通过样品纵向振动调制锁相实现了对样品表面光强梯度信号的探测成像，进一步改善了成像质量。成像研究表明该装置可对近场衰逝分量进行有效探测并实现了超衍射极限成像。

关键词： SNOM 反射模式衰逝波相干探测光学显微镜

功能梯度矩形截面杆及圆环二维波导结构中的复波特性研究

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功能梯度矩形截面杆及圆环二维波导结构中的复波特性研究

作者：高安儒河南理工大学

学位级别：硕士

功能梯度材料(Functionally Graded Materials,简称FGM)是由两种或多种材料复合而成,材料组成呈连续梯度变化的一种新型复合材料。功能梯度材料能够消除不同材料之间的复杂界面效应,通过改变各组分含量的空间分布,实现材料的多功能性。... 详细信息

功能梯度材料(Functionally Graded Materials,简称FGM)是由两种或多种材料复合而成,材料组成呈连续梯度变化的一种新型复合材料。功能梯度材料能够消除不同材料之间的复杂界面效应,通过改变各组分含量的空间分布,实现材料的多功能性。由于具有独特的优良性能,功能梯度材料在船舶、航空、航天、核能等诸多领域具有广阔的应用前景。在无损检测中,超声导波因传播距离长、衰减小、分辨能力强、灵敏度高等优点得到广泛应用。随着超声导波检测技术的不断发展,导波检测技术已不局限于对缺陷的定位,更希望实现对缺陷大小和形状的重构。某频率上完整的导波包括有限个传播波模态和无限个衰逝波模态,而衰逝波模态在结构边界或缺陷边界有较好的分辨能力。波数解为复数的复波数模态,当阻尼很小时可以传播较长的距离,这类复数根描述的衰逝波对缺陷形状和尺寸的检测有着重要作用。目前对于二维结构的波导特性主要是对传播波的研究,而针对衰逝波的研究较少,特别是对功能梯度材料及其结构中的波动特性,功能梯度材料的非均匀性使得波动特性的计算更加复杂和困难。本文提出一种改进的双Legendre正交多项式法对矩形截面杆及圆环二维波导结构中传播波及衰逝波进行研究,着重研究衰逝波特性。该方法可将对复杂变系数波动微分方程的求解转换成以波数为特征值的特征方程计算问题,通过给定频率及频率步长求解得到纯实数的传播波、纯虚数的呈指数衰减的衰逝波和呈正弦阻尼衰减的复数波数衰逝波。该方法无需进行复杂的迭代,避免了迭代法的计算量大、精确度低、循环次数多等缺点。首先,在直角坐标系下,研究矩形截面压电杆、矩形截面功能梯度杆、矩形截面功能梯度压电杆中的传播波和复波特性。研究材料压电性、梯度函数、宽高比等因素对复波特性的影响。研究发现,复数波的虚部和传播波的截止频率都随着矩形杆的宽度的增加而减小,随着梯度函数指数的增加而降低。材料无压电性,连接两个纯虚数的复数模态消失,同时,起始于零频率终止于某纯虚数的复数模态也消失。其次,在柱坐标系下,运用该方法研究矩形截面压电圆环、矩形截面功能梯度圆环和矩形截面功能梯度压电圆环中的导波特性,尤其是复波特性。揭示压电性、梯度函数、径厚比等对导波特性的影响。研究发现,复波的衰减随着径厚比的增大而增大;纯虚数衰逝波模态和复数波数衰逝波模态的衰减随着幂指数的增加而减小。最后,通过COMSOL建立功能梯度矩形杆有限元仿真模型,进行模态分析,提取特征频率,绘制频散曲线,将得到的频散曲线与通过多项式方法计算的频散曲线进行对比,验证方法的正确性。

关键词：衰逝波 Legendre正交多项式法频散功能梯度材料有限元

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SNOM—对传统光学衍射极限的革命性突破

内蒙古师范大学学报（自然科学汉文版） 1999年第S1期28卷 17-20页

作者：塔拉内蒙古师范大学物理系内蒙古呼和浩特010022

扫描近场光学显微镜的出现 ,对传统光学衍射极限产生了革命性的突破 ,实现了对亚微米甚至纳米尺度样品的光学成象 .通过与传统光学显微镜成象原理的对比。

关键词：近场光学显微镜衍射极限分辨率衰逝波传导波

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非探针近场光学显微镜的成像实现

应用光学 2005年第2期26卷 34-36页

作者：崔国才叶梅叶虎年华中科技大学机械学院仪器系湖北武汉430074

　介绍一种非探针近场光学显微镜,并对它的图像实现过程及处理方法进行了讨论。该装置以阿达玛变换成像理论为基础,用纳米多孔编码板代替光纤探针获得了较高的光学信噪比。成像研究表明,该装置可对近场衰逝波分量进行有效探测并能实现... 详细信息

　介绍一种非探针近场光学显微镜,并对它的图像实现过程及处理方法进行了讨论。该装置以阿达玛变换成像理论为基础,用纳米多孔编码板代替光纤探针获得了较高的光学信噪比。成像研究表明,该装置可对近场衰逝波分量进行有效探测并能实现超衍射极限成像,为近场光学探测研究提供了一种新的思路。

关键词：非探针近场光学图像处理阿达玛变换衰逝波

Study of the evanescent wave coupled semiconductor quantum dot amplifying fiber

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Optoelectronics Letters 2007年第1期3卷 14-17页

作者： WANG Ke-xin WANG Ting-yun PANG Fu-fei School of Communication and Information Engineering Shanghai University Shanghai 200072 China

Based on the character of semiconductors and the structure of optical fiber coupler, a new amplifying fiber, coupled semiconductor quantum dot amplifying fiber (CSQDAF), has been presented. A simplified model of PbS quantum dot amplifying fiber is built on the energy band structure of semiconductor quantum dots, and a simple expression deduced from the two-level rate equations and light propagation equations is shown in this paper, by which the gain of quantum dot amplifying fiber can be calculated. A gain of approximately 4.5 dB has been measured in this coupled semiconductor quantum dot amplifying fiber at a wavelength of 1310 nm, when the fiber is pumped by a laser operating at a wavelength of 980 nm with power of 30 mW.

关键词：衰逝波耦合半导体量子点放大光纤光纤放大器光纤连接器能带结构