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高功率微波与等离子体相互作用理论和数值研究

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物理学报 2014年第9期63卷 247-256页

作者：袁忠才时家明脉冲功率激光技术国家重点实验室电子工程学院合肥230037

研究高功率微波与等离子体的相互作用,对于微波放电和电磁兼容研究均具有重要意义.基于波动方程、等离子体的流体力学方程以及波尔兹曼方程,建立高功率微波脉冲与等离子体相互作用的理论模型,并结合等离子体的特征参数,采用时域有限差... 详细信息

研究高功率微波与等离子体的相互作用,对于微波放电和电磁兼容研究均具有重要意义.基于波动方程、等离子体的流体力学方程以及波尔兹曼方程,建立高功率微波脉冲与等离子体相互作用的理论模型,并结合等离子体的特征参数,采用时域有限差分方法分析了等离子体电子密度和高功率微波传输特性的变化.结果表明,由于高功率微波的电子加热作用,等离子体中的非线性效应明显,发生击穿使得等离子体电子密度增大,从而导致微波的反射增强,透过率降低.所提出的模型和相关结果对于高功率微波和电磁脉冲防护具有指导意义.

关键词：等离子体高功率电磁防护时域有限差分

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基于特征基函数的球面共形微带天线阵列分析

物理学报 2014年第23期63卷 106-113页

作者：于涛尹成友刘汉电子工程学院脉冲功率激光技术国家重点实验室合肥230037

采用全波分析法对球面共形微带天线阵列进行了分析.相比体-面积分方程,采用球并矢格林函数的面积分方程法可以大幅减少未知量的数目,进而缓解计算机内存压力.微带天线阵列表面采用曲面三角形剖分,可较精确地模拟球面特性.首先,引入边界... 详细信息

采用全波分析法对球面共形微带天线阵列进行了分析.相比体-面积分方程,采用球并矢格林函数的面积分方程法可以大幅减少未知量的数目,进而缓解计算机内存压力.微带天线阵列表面采用曲面三角形剖分,可较精确地模拟球面特性.首先,引入边界电荷以及半Rao-Wilton-Glisson基函数,成功实现了探针馈电,并采用镜像法解决了馈电边处线积分奇异问题.然后,采用特征基函数法降低了阻抗矩阵的阶数,并采取有效措施进一步节省内存和计算时间.最后,分析计算了不同尺寸的球面共形微带天线阵列的输入阻抗及远区场特性.与文献和仿真软件结果进行比较,证明了所提出的处理方法的正确性和有效性.

关键词：球面共形微带天线阵列面积分方程曲面三角形特征基函数

飞秒激光烧蚀硅材料表面形成周期波纹形貌研究

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物理学报 2017年第10期66卷 191-197页

作者：李志明王玺聂劲松电子工程学院脉冲功率激光技术国家重点实验室合肥230037

基于Sipe-Drude模型和表面等离子体激元(SPP)的干涉理论分别对单脉冲飞秒激光诱导硅表面形成低频率周期性波纹进行分析研究.探究了波长800 nm、脉宽150 fs的单个飞秒激光烧蚀硅造成不同激发水平下波纹形貌的变化,考虑到材料的光学性质变... 详细信息

基于Sipe-Drude模型和表面等离子体激元(SPP)的干涉理论分别对单脉冲飞秒激光诱导硅表面形成低频率周期性波纹进行分析研究.探究了波长800 nm、脉宽150 fs的单个飞秒激光烧蚀硅造成不同激发水平下波纹形貌的变化,考虑到材料的光学性质变化(由Drude模型得到的介电常数变化),引入包含双温方程的电子数密度模型.计算结果表明,Sipe-Drude和SPP理论都适用于分析和解释高激发态下周期性波纹,但Sipe-Drude理论更适合分析更为广泛的周期性波纹结构.同时,波纹延伸方向总是垂直于入射激光偏振方向,其空间周期略小于激光波长,并受到入射激光通量的影响.在激光通量为0.38 J/cm^2时,波纹周期达到最小值.另外,还得到了不同入射角度的波纹周期变化情况,并在不同偏振态下随入射角度增大时波纹周期呈现相反的变化趋势.该研究对于理解飞秒激光造成硅表面形成周期结构及其在加工硅材料领域具有重要参考意义.

关键词： Sipe-Drude模型表面等离子体激元低频率周期性波纹双温方程

基于辐射通量表观对比度光谱的红外预警卫星探测波段选择方法

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红外与毫米波学报 2014年第5期33卷 492-497页

作者：刘尊洋邵立汪亚夫孙晓泉电子工程学院脉冲功率激光技术国家重点实验室安徽合肥230037

选择合理的探测波段是设计红外预警卫星需要解决的重要问题.提出了一种基于点目标辐射通量表观对比度光谱确定红外预警卫星探测波段的方法.论文首先建立了较完善的火箭尾焰表观对比度光谱计算模型,进一步建模计算了典型液体和固体火箭... 详细信息

选择合理的探测波段是设计红外预警卫星需要解决的重要问题.提出了一种基于点目标辐射通量表观对比度光谱确定红外预警卫星探测波段的方法.论文首先建立了较完善的火箭尾焰表观对比度光谱计算模型,进一步建模计算了典型液体和固体火箭尾焰在不同高度的红外辐射特性,使用通用大气辐射传输（CART）软件计算了典型大气条件下的地球/大气背景辐射以及不同高度处大气的透过率和路径辐射,在此基础上以典型液体和固体火箭为例,计算了尾焰在不同高度处的辐射通量表观对比度光谱.结果表明：不论液体还是固体火箭,在2.55～2.85 μm和4.19 ～4.48 μm波段的辐射通量表观对比度都比较大,红外预警卫星工作波段可以选为上述波段.

关键词：红外预警卫星探测波段辐射通量表观对比度火箭尾焰

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复燃对液体火箭尾焰红外辐射特性的影响

光子学报 2013年第4期42卷 480-485页

作者：刘尊洋邵立汪亚夫孙晓泉电子工程学院脉冲功率激光技术国家重点实验室合肥230037

为了定量研究复燃对液体火箭尾焰红外辐射特性的影响,建立了一个可以计算液体火箭尾焰复燃流场和红外辐射特性的模型.首先,使用FLUENT软件计算液体火箭尾焰复燃流场,其中尾焰中的复燃反应使用有限速率化学反应模型计算;然后,使用基于HIT... 详细信息

为了定量研究复燃对液体火箭尾焰红外辐射特性的影响,建立了一个可以计算液体火箭尾焰复燃流场和红外辐射特性的模型.首先,使用FLUENT软件计算液体火箭尾焰复燃流场,其中尾焰中的复燃反应使用有限速率化学反应模型计算;然后,使用基于HITEMP数据库的窄带模型计算尾焰内气体的辐射参量;最后,使用有限体积法求解尾焰中的辐射传输方程.通过比较该模型计算的Titan IIIB尾焰光谱辐射强度与(美国)国家航空航天局公布结果的一致性,证明了该模型的正确性.最后,利用该模型计算了复燃对某液体火箭尾焰光谱和波段红外辐射强度的影响,结果表明,复燃反应可以显著增加尾焰红外光谱辐射强度,在2.5～3.0μm和4.2～4.7μm两个主要辐射波段平均辐射强度的增加比例分别达到了30.8%和28.3%,所以,在计算液体火箭尾焰准确的红外辐射特性时,需要考虑复燃的影响.

关键词：红外辐射液体火箭尾焰复燃有限速率化学反应有限体积法

基于高阻抗表面的多频带Salisbury屏设计

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物理学报 2015年第11期64卷 97-102页

作者：党可征时家明李志刚孟祥豪王启超脉冲功率激光技术国家重点实验室合肥230037 电子工程学院合肥230037

为进一步提高传统Salisbury屏的吸波性能,本文提出了利用高阻抗表面在特定频率同相反射的特性,替代原有结构中的金属平板设计多频带Salisbury屏的方法.通过分析不同频率电磁波经高阻抗表面反射后空间电磁场的场强分布,说明可以通过共用S... 详细信息

为进一步提高传统Salisbury屏的吸波性能,本文提出了利用高阻抗表面在特定频率同相反射的特性,替代原有结构中的金属平板设计多频带Salisbury屏的方法.通过分析不同频率电磁波经高阻抗表面反射后空间电磁场的场强分布,说明可以通过共用Salisbury屏的损耗层,在高阻抗表面同相反射的特征频率附近引入新的吸收带.以不同尺寸方形周期结构的单频和双频高阻抗表面为例,从仿真和实验两个方面验证了多频带Salisbury屏设计的可行性,且实验和仿真结果十分符合.结果表明,多频带Salisbury屏基本保留了原有的吸波性能,同时又引入了新的吸收峰,吸收峰的位置和数量与高阻抗表面同相反射的频带位置和数目有关.与传统的Salisbury屏相比,在材料增加厚度不足1 mm的情况下,多频带Salisbury屏的设计使反射率小于-10 d B的吸波带宽由8.5 GHz增加到10.1 GHz,且实现了向长波方向的拓展,最低频率由7.5 GHz拓展到5.98 GHz.

关键词：高阻抗表面人工磁导体 Salisbury屏吸波体

存在障碍物时电波传播抛物线方程分析及其验证

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物理学报 2017年第12期66卷 115-122页

作者：魏乔菲尹成友范启蒙电子工程学院脉冲功率激光国家重点实验室合肥230037

双向抛物线方法主要用于起伏地形下电波传播问题的计算,该算法本身无法处理地面存在障碍物,尤其是真实环境下障碍物与地面为不同媒质的情况.因此本文提出一种用于存在障碍物时电波传播计算的抛物线方程新算法.该方法采用区域分解,对不... 详细信息

双向抛物线方法主要用于起伏地形下电波传播问题的计算,该算法本身无法处理地面存在障碍物,尤其是真实环境下障碍物与地面为不同媒质的情况.因此本文提出一种用于存在障碍物时电波传播计算的抛物线方程新算法.该方法采用区域分解,对不同障碍物区域的场值进行分区计算,并对计算结果进行相位修正,从而实现该情况下空间中场值的计算.在此基础上,使用矩量法来精确验证抛物线方法的计算精度.通过实例分析,证明了存在障碍物时新算法的精确性,为之后求解真实环境下的电波传播问题提供了参考.

关键词：抛物线方程电波传播区域分解矩量法

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有耗媒质中跨界面目标电磁散射的高效计算

应用科学学报 2010年第3期28卷 318-325页

作者：李文尹成友马亮电子工程学院脉冲功率激光技术国家重点实验室合肥230037

计算分层媒质中三维目标电磁散射的首要任务是求解格林函数.传统的离散复镜像法计算格林函数存在一定的缺陷,对此该文将增强型离散复镜像法与二维离散复镜像法相结合,求解了有耗分层媒质中任意跨界面三维目标的空域格林函数,并且与直接... 详细信息

计算分层媒质中三维目标电磁散射的首要任务是求解格林函数.传统的离散复镜像法计算格林函数存在一定的缺陷,对此该文将增强型离散复镜像法与二维离散复镜像法相结合,求解了有耗分层媒质中任意跨界面三维目标的空域格林函数,并且与直接数值积分的结果进行比较,结果表明两者是一致的.该文方法与一维离散复镜像法相比,极大地提高了矩量法矩阵阻抗的填充效率,有效解决了有耗媒质情况下的空域格林函数计算问题,具有工程实用价值.

关键词：电磁散射矩量法分层媒质格林函数增强型离散复镜像二维离散复镜像法

锁模激光照射下InGaAs p-i-n管的负电压响应机理

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红外与毫米波学报 2015年第1期34卷 36-40页

作者：胡伟孙晓泉豆贤安电子工程学院脉冲功率与激光技术国家重点实验室安徽合肥230037

在考察InGaAs p-i-n管对锁模激光响应的实验中,发现其响应电压在经历一个快速的上升沿和缓慢的拖尾以后有一个明显的负电压.在二极管的线性响应阶段,负电压与正电压的峰值之比大约在0.18左右,且不随激光脉冲能量的增大而改变;在二极管... 详细信息

在考察InGaAs p-i-n管对锁模激光响应的实验中,发现其响应电压在经历一个快速的上升沿和缓慢的拖尾以后有一个明显的负电压.在二极管的线性响应阶段,负电压与正电压的峰值之比大约在0.18左右,且不随激光脉冲能量的增大而改变;在二极管的非线性响应阶段,随着光脉冲能量的增大,负电压逐渐变小最终消失.通过对p-in管的等效电路模型的建立以及对RLC振荡电路方程的求解,认为负电压的产生是由于二极管表现出了可观的电感特性,而负电压的消失是由于二极管的结电容随着光脉冲能量增大而增大的结果.该研究结果对InGaAs p-i-n管的设计和制造具有一定的理论指导作用.

关键词：锁模激光负电压等效电路电感结电容