突变结构空腔与吸收介质的场匹配分析

突变结构空腔与吸收介质的场匹配分析

一、含有吸收介质的突变结构腔体场匹配分析(论文文献综述)

文政绩[1](2020)在《平面薄膜堆栈超构材料:理论、模型及应用》文中研究指明光在人类认知这个世界过程中扮演着重要的角色,也一直是物理学中重要的研究方向。随着人类对光的本质的不断理解加深,从最初微粒说到波动说再到最终光的波粒二象性的准确描述,引发了多次光学上的重大突破。然而,构成这些光学系统的自然材料的可调控自由度有限,无法对光的振幅、相位以及偏振等诸多性质都进行精确操控,也难以满足现代化高性能、多功能以及小型化的需求。上述问题的出现,促使了人们开始尝试利用由亚波长人工设计的共振体组成的电磁超构材料来调控光。因为由人工结构组成的超构材料具有丰富的光学参数调控自由度,使得其对光的操控能力进一步提高,并且其对外响应多样化,可以产生各种自然材料中所不具备的新奇光学效应,比如负折射等。近年来,其中的一类平面薄膜堆栈超构材料由于其无需复杂光刻、结构简单且功能多样化等优点,正受到越来越多的关注。在第一章,我们将首先概述电磁超构材料的起源、发展以及与其相关的各种新奇现象,然后重点介绍平面薄膜型超构材料的基本概念、光学调控能力和一些相关应用。在第二章,我们研究了一类等离子体薄膜堆栈超构材料的相图调控。首先利用发展的单模单通道耦合模理论结合转移矩阵法,严格推导出了其中两个联系体系对外响应和结构参数的辐射品质因子Qr与吸收品质因子Qa的解析表达式。然后将其应用于等离子体双层、三层以及多层结构体系的理论设计指导,阐明了其内部共振行为的清晰物理图像,并验证了我们所提出的耦合模模型相图的准确性。紧接着,针对耦合模理论描述低品质因子(低Q)共振体系的近似不足,我们提出了应用分波矢量相图分析结合多重散射法对一些低Q体系的共振行为进行分析,并同样地展示了完整的分析相图。在第三章,我们研究了一类全介质薄膜堆栈超构材料的模型理论。针对前人提出的一类深亚波长周期性多层薄膜堆栈超构材料在全反射临界角附近入射时,其局域有效媒质理论描述就会失效的问题,我们提出了利用包含空间色散效应的非局域有效媒质理论去对这种反常的现象进行描述,给出了具体的有效介电常数表达式,并最终通过对比真实转移矩阵法计算出的结果进行验证,吻合的非常一致。进一步地,我们利用推导出的非局域有效媒质理论模型首次研究了这类体系的非局域古斯-汉欣位移效应,并推导出了局域与非局域情况下的古斯-汉欣位移表达式,指明了设计更大位移的思路和方向。在第四章,我们展示了这类平面薄膜堆栈超构材料的三个具体应用:结构色、气敏传感和热辐射。我们先讨论了简单的双层金属-深亚波长高吸收介质结构的结构色产生机制,具有宽色域、角度不敏感的特性。利用矢量相图分析对这种结构的特殊共振行为进行研究,对上述特性进行分析预测,并最终得到实验证实。然后,在此基础上增加一层吸收介质层,利用氧化铜与硫化铜在含有空气的硫化氢气体下的可逆化学反应,做了一个动态可重构的超器件,并应用于硫化氢气敏传感应用展示。最后,基于金属-缺陷介质腔层-一维光子晶体多层结构,再通过耦合模模型理论进行结构设计指导,最终在中波红外10.6μm附近做到了大面积、窄带、高定向的热辐射产生,并用于红外热成像展示。在第五章,我将对论文的工作进行总结,并对未来可能的研究方向进行展望。

魏琳扬[2](2020)在《梯度折射率介质光热信息模拟及参数辨识》文中进行了进一步梳理介质成分、密度、温度的非均匀性以及克尔效应、电致伸缩等作用会导致介质折射率的连续、非均匀分布,形成梯度折射率。由Fermat原理可知,光线在梯度折射率介质内沿曲线传播,会出现折射和全反射现象,导致辐射传输过程十分复杂。随着科学研究的深入,梯度折射率介质光热辐射传输在光学系统设计、医学成像诊断、大气遥感探测、光纤通信等工程领域中的重要作用逐渐受到重视,迫切需要精确模拟梯度折射率介质内光热能量传输特性,深入了解光热信息传输规律。其核心是研究梯度折射率介质的光热信息模拟和光热参数辨识,光热信息模拟的本质是光热辐射传输的精确求解,目前基于离散辐射传输方程的数值方法存在假散射和射线效应且方向离散不灵活等缺点,无法实现任意方向辐射信息的高分辨率精确求解,而高分辨率辐射信息的准确计算是进行光热参数辨识的前提,因此亟需发展新的适用于求解复杂梯度折射率介质内任意方向辐射强度的求解技术。参数辨识的本质是基于边界光热辐射传输测量信息重建梯度折射率、吸收系数、散射系数等物性参数场,梯度折射率介质的参数辨识属于典型的非线性及不适定性反问题,涉及多参数场协同重建,需要解决重建过程中的病态性、多值性等一系列问题。为此,本文围绕梯度折射率光热辐射特性和参数辨识开展相关研究,主要内容包括以下五个方面:发展了一种基于有限体积法的广义源项多流法。首先利用有限体积法求出介质内的源项分布,然后根据要求解的辐射强度方向,由龙格库塔射线踪迹法反向追踪确定光线在介质内部的传输路径,沿光线传输轨迹积分就可以得到对应的辐射强度,从而对半透明梯度折射率介质方向辐射信息进行求解。发展了一种基于辐射传递因子的积分方程法。采用反向蒙特卡洛法计算辐射传递因子数据库,利用辐射传递因子解决其复杂的积分问题,既简化了积分方程的积分过程,又保留了积分方程的精度。同时介质物性不变的情况下,辐射传递因子数据库只需要计算一次,因而又具有较高的计算效率,可以高效灵活地求解方向辐射信息。基于群体智能优化理论,建立了光热参数反演模型,对半透明介质空间相关和温度相关的折射率和吸收系数进行反演。引进了两种常见的群体智能优化算法(随机微粒群算法SPSO和教与学算法TLBO),并对其进行了改进从而提高其计算精度和计算效率。并根据敏感性分析,提出了两步反演模型,实现了折射率和吸收系数的同时反演。针对群体智能优化算法无法实现多参数场协同重建及效率低下的问题,基于梯度下降优化理论,建立光热参数场重建模型,对半透明介质的梯度折射率场、吸收系数场及散射系数场进行了重建。引进了求解光滑非线性规划问题的序列二次规划算法(SQP),采用罚函数降低其对初始解的依赖。基于激光辐照半透明梯度折射率介质瞬态辐射导热耦合换热模型,分别对吸收系数和散射系数场、吸收系数和梯度折射率场进行了重建研究,并发展了混合SPSO-SQP算法和两步重建模型,实现了多参数场协同重建。针对多参数场同时重建存在串扰及未知参数干扰的问题,基于光线弯曲传输理论,建立光线传输模型,根据Fermat原理(光线偏转与梯度折射率的关系)对梯度折射率场进行重建,再根据Bouguer定律(光线衰减与吸收系数的关系)对吸收系数场进行重建,该重建方案既避免了多参数场同时重建的串扰问题,又消除了其他未知参数对梯度折射率和吸收系数重建的影响,从而实现折射率场和吸收系数场的精确重建。

王诗雨[3](2020)在《MW级回旋速调器件关键技术的研究》文中研究指明回旋速调管作为高功率毫米波源,在微军事、科研领域有着广泛且重要的应用。随着微波功率源需求的不断提高,尤其体现在对高功率、宽频带,高可靠性等方面,近年来国外不断展开对兆瓦级回旋管研究,其中回旋速调管以其高输出功率并具有一定的带宽的特点,在兆瓦级输出上有着独特的优势。截至目前,兆瓦级回旋速调管要求电子注输入电压为百千伏级,输入电流为几十安培,互作用效率在40%左右。在高压大电流的电子注输入条件下,电子注群聚效果、保证注波互作用过程中的稳定性、保证输出腔的功率容量和抑制模式竞争成为兆瓦级回旋速调管的难题。本论文以兆瓦级回旋行波管高频结构设计为目的,对回旋速调管谐振腔设计和注波互作用过程进行研究,结合理论分析编制了回旋速调管注波互作用数值计算程序,并结合软件CST进行结果对比和各参数优化分析。主要包括以下方面:1、简要介绍回旋管的理论基础——电子回旋脉塞。介绍了国内外关于回旋速调管和兆瓦级回旋速调管的发展情况、应用方向和应用前景等;2、对回旋速调管谐振腔进行基本理论分析,并在此基础上,通过电磁仿真软件CST对回旋速调管中高频谐振腔进行计算得到谐振腔的高频参数,谐振频率和Q值。探究高频谐振腔结构参数的变化对谐振腔高频参数的影响。完成输入腔、群聚腔、输出腔以及输出结构的设计;3、通过理论分析,推导回旋速调管注波互作用高频场演化方程和电子运动方程,结合注波互作用实际过程,设计了数值计算流程,并将其编制成Matlab程序。4、对设计的回旋速调管进行稳定性分析。优化数值计算程序的计算方式。通过数值计算程序对回旋速调管高频结构及电子注的角向调制进行设计。利用CST微波工作室对电子注参数、引导磁场参数、输入频率、输入功率等对注波互作用效率和输出功率的影响进行分析。对比数值计算程序计算结果与CST微波工作室的的仿真结果,完成兆瓦级回旋速调管的设计。5、对上述工作进行总结,并对该论文的后续工作安排提出规划。综上,本论文结合回旋速调管基本工作原理,在数值计算程序中展示注波互作用的过程,同时利用数值计算程序和仿真软件的帮助,完成兆瓦级回旋速调管的设计。其工作在Ka波段的基次谐波三腔兆瓦级回旋速调管,中心频率36GHz、输出功率2.8 MW、电子注效率38%、3 dB带宽500 MHz、增益44 dB。

许平[4](2020)在《CVD金刚石膜辐射探测器的研制与性能研究》文中指出随着核技术的广泛应用,核辐射探测器所面临的应用环境也变得越来越苛刻。辐射防护及辐射环境的安全可控也变得越来越重要。传统的半导体材料如硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等制成的半导体核辐射探测器,已经难以满足核裂变、核聚变、加速器、外太空等高温、高辐射环境下安全服役的要求,必须寻找新的材料制作新一代核辐射探测器。金刚石具有优异的光、电、热、机械及抗辐照性能,己成为制作新一代辐射探测器的首选材料。探测器级金刚石膜的制备、金刚石探测器的研制、各种辐射环境中金刚石膜探测器的应用,已经成为国内外辐射探测技术领域比较热门的课题。由于辐射探测技术往往与国防建设等有着直接密切的关系,目前人工合成高品质的金刚石及金刚石探测器核心技术,主要掌握在奥地利、美国的少数几家公司手中,我国使用的一些高品质金刚石探测器依赖于进口。研制用于强辐射环境下的高品质金刚石探测器,掌握自主知识产权,有利于实现核心部件的国产化。本文简要阐述了核辐射的概念、四种常见核辐射的探测原理、三类辐射探测器及探测器主要的性能指标、金刚石探测器的三个优势特点。重点介绍了国内外金刚石探测器相关的研究进展,通过分析金刚石探测器对带电粒子、中子探测的工作原理、金刚石探测器的性能指标、制作方法等,归纳总结出了金刚石探测器的制备所面临的难点和解决办法。最为突出的困难是:人造金刚石膜是有缺陷的晶体材料,材料品质难以达到探测器理想性能的要求。解决办法一是优化制备工艺过程参数提高金刚石膜的纯度并减少晶界缺陷,满足探测器的要求。二是设计制备多样化的金刚石探测器电极结构,满足不同环境安全服役的需求。本文采用优化了的电子辅助化学气相沉积装置(Electron Assisted Chemical Vapor Deposition,EACVD)制备了探测器级金刚石膜。依据各种服役环境的需求,研制了X射线、中子、磁脉冲等三种金刚石膜探测器。并分别在Z箍缩X射线、核聚变中子辐射、大脉冲电流强磁场辐射环境下,进行了一系列探测、实验评价。本文采用蒸发率明显低于钨、热电子发射率要比钨高近1个数量级的钽热丝替代原EACVD装置中的钨热丝,并将钽热丝阵列丝间距优化减至4mm、热丝均匀等离子体面积优化增至60mm×60mm;将原EACVD装置中的沉积台冷却水道优化为环状细流道,以提高金刚石膜沉积台温度均匀性;将原EACVD装置中的直流放电模式优化为脉冲放电模式,抑制电弧放电以减少热丝溅射形成的膜杂质,并制备出了晶粒尺度达百微米级的高纯度金刚石膜。针对Z箍缩装置X射线探测的特点,本文将叉指宽度为25μm、相邻叉指间距为25μm的叉指电极,印在60mm×60mm×500μm的晶粒尺度百微米级高纯金刚石膜上,制成X射线探测器,并在Z箍缩强X射线装置上进行了实验测量,验证了该金刚石探测器具有良好的鲁棒性,可应用于高能量脉冲X射线探测。本文采用4.5mm×4.5mm×500μm的单晶金刚石膜和由一个平板金电极与一个轨道形金电极形成的三明治结构,研制出了用于氘氚聚变中子探测的金刚石中子探测器。电场分布数值模拟结果表明该结构电极附近电场明显增强,单位面积的电极收集的电流强度也增强了2倍;在30kV/cm的电场下,实测的探测器暗电流小于0.1nA;该探测器测量的D-T聚变中子源通量约为7.5×105/(s.cm2),并测到了中子能谱12C(n,α)9Be反应的中心为8.28MeV的特征峰,其能量分辨率优于1.69%;同时还检测到了一个中心能量为6.52MeV的12C(n,n’)3α反应特征峰,其能量分辨率大于7.67%。本文采用优化后的EACVD装置制备了厚度为20μm的多晶金刚石膜作为基体和绝缘材料;利用金刚石膜正反表面上刻印内径、宽度和厚度分别为0.8 mm、50μm和1μm的金环组成两个对称的差分回路研制出了差分磁探针。脉冲磁场的实际测量结果表明,该差分磁探针信号匹配符号反转、显示了良好的共模抑制比、具有ns级时间分辨率和mm级空间分辨率。

宋绍漫[5](2019)在《连续波光腔衰荡光谱装置及痕量甲烷检测研究》文中认为光腔衰荡光谱(CRDS,Cavity Ring-Down Spectrometer)技术利用分子(原子)的“指纹”式吸收特性,根据衰荡腔出射光的衰减时间常数值获得腔内吸收介质的信息。本文以三角环形腔连续波(CW,Continuous Wave)CRDS技术为重点,研究了腔内光轴结构特性、腔的光场动态响应特性、腔透射光特性及系统检测误差来源等问题,搭建了痕量甲烷检测装置,并进行了大量实验。本文的主要内容和得到的结论可以概括如下:一、针对三角环形无源腔性质展开了一系列研究:为提高光能利用率,分析并验证了失调和失配引起的能量损失随光轴结构的变化,据此给出了装调误差存在时光能传递效率的表达式以及系统最大允差;为减小光场动态响应引起的误差,围绕三角环形衰荡腔展开分析,对入射激光频率变化和腔长度改变时腔光场的动态响应进行了模拟。对比了腔长和激光频率调制之间的差异,推导了腔内的循环光场、反射场和透射场和PDH(Pound-Drever-Hall)信号的动态响应特性。研究表明腔内光场的振幅和相位的振荡会引起所探测信号的振荡,为利用腔透射光信号优化扫描速度以减小误差提供了依据。最后,给出了诱导腔内光场振荡以确定腔镜移动速度或入射光频率变化速度的实验方案。二、建立了CW-CRDS技术方案,包括光学系统、电子学系统以及软硬件部分。确定了由两平面镜一球面镜构成的高品质无源腔的结构参数,消除了反射光对激光器的影响,减小了背景噪声。利用波长计完成激光器频率的测量和锁定,降低了调谐难度。完成了系统中主要器件的测试:激光器的关断时间在70ns以内;压电陶瓷对腔长的调节精度为0.3nm,调整频率为1kHz;波长计在1653nm波长处的检测精度可达±0.2pm;激光器输出激光的线宽为2.6MHz。三、针对腔透射光信号微弱,难以精确检测的问题,将光学外差检测技术引入到无源谐振腔透射光的探测。将P偏振光作为本振光,S偏振光用于建立衰荡事件,腔透射光经偏心轮调制产生多普勒频移后作为信号光,最后使两光束结合形成偏振方向一致的相干光场进行检测。该方法可提高转换增益、减小信噪比损失,最小可探测功率可达1.1×10-5pW。四、搭建了实验,测量了空腔(充高纯氮气)衰减,标定了腔镜反射率,对腔镜反射率的检测精度可达10-7量级。随后,检测了与氮气混合的痕量甲烷(CH4)样品,对CH4浓度(体积分数)的最小检测精度达54×10-9,当混合气中甲烷的体积分数为510×10-9时,对甲烷在6046.76047.2cm-1范围内的吸收谱线进行了测量,对腔内气体吸收系数的的最高检测灵敏度达8.8×10-11cm-1。五、对CW-CRDS技术中的误差源进行了分析和实验研究。包括激光器特性(包括带宽以及稳定性)、入射光关断时间、腔长调节精度、腔镜反射率、腔长扫描速度、探测器噪声、衰荡腔内的温度及压强以及腔内存在的其他气体的干扰等,并针对误差项对系统设计方案进行调整,以提高CW-CRDS系统对痕量甲烷的检测精度。

程刚[6](2019)在《光声光谱气体检测系统数值仿真、优化设计及特性分析》文中认为随着现代化工业的突飞猛进,痕量气体检测技术的重要性不言而喻,光声光谱是痕量气体检测家族中的重要一员,它以吸收光谱为基础理论,基于光-热-声效应实现对气体定性与定量测量的一种检测方法,具有高灵敏性、高选择性、快速响应、在线监测和无耗材等优点,其应用前景十分广阔。随着计算机科学与数值模拟技术的发展,仪器研制的研发环境与设计流程也发生了较大的变化,利用先进的设计方法用于光声光谱技术的研究具有积极的意义。本论文通过理论分析、实验研究和数值模拟相结合的方法,围绕光声光谱光-热-声效应下的多物理场耦合计算问题,利用计算机有限元仿真技术开展光声池的优化设计、光声光谱连续性检测系统与光声池腔内流场与噪声等问题的实验研究与理论分析,主要研究内容与创新成果如下:1)基于光声光谱与声学相关理论,设计制作了圆柱共振型光声池整体部件,建立了一套用于气体测量的光声光谱实验检测系统,以甲烷气体为研究对象,通过定量检测,给出了所建系统的信噪比、灵敏度、稳定性与最低探测极限、光声池共振频率、品质因素与池常数等性能参量,通过实验研究了气体浓度、激光功率、压力与温度等因素对光声信号的影响规律。2)考虑到光声光谱中客观存在的光-热-声之间的耦合问题,利用数值仿真计算获得了光声池的声学模态频率与振型,分析了光声池主要结构与几何尺寸对声学共振频率计算的影响规律,提出准确计算光声池的声学共振频率需要考虑缓冲腔结构的影响;通过施加高斯激光光源载荷、设置光声边界条件等,借助于热粘性声学仿真程序求解给出了光声腔声场与温度场的分布特性,获得了光声池光声信号的频响规律,并对影响光声信号的气体浓度、激光输出功率、压力、温度等参数进行了仿真分析,获得了对应的影响规律曲线,结合实验所得结果,验证并明确了光声光谱数值模拟计算的有效性与可行性,基本形成了光声池“理论计算——实验测试——数值模拟”的闭环设计与分析流程,同时对所建立的光声光谱气体光-声-热仿真程序进行了 App集成二次开发,编译了两款针对于圆柱形光声池计算的仿真平台。3)针对光声池结构优化设计问题,提出了一种基于响应面代理模型与遗传算法相结合的光声池多目标优化设计方法,理论分析了谐振腔两端喇叭口形的光声池性能指标,通过模拟获得了其品质因数及池常数为最大值寻优的Pareto最优解集,结果表明优化后光声池的性能得到一定的提升,其品质因素Q较初始值增长了 48.9%、池常数Ceell增长了 34.4%;利用3D打印制造与数值模拟技术,拓宽研究了谐振腔横截面分别为正三角形、正方形、正五边形、椭圆四类规则几何形状与边界为指数曲线、样条插值曲线过渡的非规则几何形状的光声池的声学特性;结果表明:规则形状中,截面为圆形的光声池性能最佳;非规则形状中,插值曲线(细腰鼓型)过渡的光声池最具有较好的优势与设计潜力。4)对光声光谱连续性检测过程中的动态响应问题进行了探讨分析,采用计算流体动力学技术(Computational Fluid Dynamics,CFD)与实验测试相结合的方法,模拟分析了光声池腔内气体流动现象,并揭示了光声池腔内气体浓度扩散、气体交换以及气流扰动噪声的物理问题,提出了开音孔处压力对流量的导数值与腔内气体浓度平衡时间作为评估系统动态响应的两项指标,研究了光声池进、出气孔半径、气孔轴向距离、截面过渡设计、出气孔布置方式、分流通孔设计对指标的影响规律,给出了一种系统动态检测性能较佳的光声池腔体结构单元,结果表明:流量为100sccm情况下,其气体浓度平衡时间得到了有效缩短,较原结构提升率约为14.3%,开音孔处压力对流量的导数值下降至约为原先的25%,并且光声池性能较之前基本保持稳定。本论文内容,旨在通过对光声光谱气体检测系统的理论计算和数值仿真研究,为同类或类似的光谱式检测装置的设计与优化工作提供借鉴参考。

赵东[7](2019)在《石墨烯-电介质复合非厄米系统中的古斯-汉森位移和光学双稳态》文中研究指明古斯-汉森位移(Goos-H?nchen shift:GH shift)和光学双稳态(optical bistability)是光学研究领域的两个重要课题,对光开关、光存储和高灵敏度传感器等光学器件的设计和制备具有积极意义。古斯-汉森位移是反射光束相对于几何光学预测位置的横向位移和角度偏转;光学双稳态是指光学系统传输特性依赖于输入光强的一种非线性现象,同一输入光强对应着两个稳定的共振态输出。如何设计和寻找合适的结构或材料来增大古斯-汉森位移,降低光学双稳态产生的阈值,是目前需要考虑的关键问题。参照固体的晶格结构,人们提出了光子晶体的概念,为解决上述问题提供了新的途径。在光子晶体的带隙边缘,存在较大的古斯-汉森位移,而利用缺陷光子晶体的光场局域性可以有效降低双稳态的阈值。另一方面,石墨烯作为一种新兴的二维材料,具有独特的电学、力学和光学等性质。在太赫兹波段,石墨烯的光学响应不仅速度快,电导率可调,还具有显着的非线性效应,也为研究古斯-汉森位移和双稳态提供了新的契机。在传统的光子晶体设计中,人们只考虑了折射率的实部,忽略了虚部的影响。基于非厄米光学的设计理念,同时考虑折射率实部和虚部,发现了许多奇特的光学现象,为调控光子传输提供了新的手段。因此,我们将石墨烯和多层电介质复合而成非厄米光子系统,研究其中独特的古斯-汉森位移和双稳态性质。研究表明,在非厄米奇异点(exceptional point:EP)附近,反射系数相位发生突变,导致极大的古斯-汉森位移;当非厄米系统满足宇称-时间对称性(parity-time symmetry:PT symmetry)时,改变系统的增益-损耗因子,光场局域性和非线性效应显着增强,有效降低了光学双稳态产生的阈值。另外,古斯-汉森位移和光学双稳特性还可以通过石墨烯的化学势而灵活调控。本文的研究内容包括以下四个方面:(1)研究了石墨烯-电介质复合非厄米系统中的古斯-汉森位移。电介质含有增益和损耗。将石墨烯置于复合结构的中心,以此来增强石墨烯与光场之间的耦合。入射光分别从两个相反的方向入射到该系统,得到的反射率不尽相同,在参数空间中可以获得两个EP,分别对应着不同方向入射时反射率的零点。反射系数在EP会出现±π相位差。同时,散射矩阵的本征矢量在EP处发生简并。在EP点附近,改变入射角大小,散射矩阵的两个本征值虚部对应的曲线会发生交叉,而实部对应的曲线会发生反交叉(anti-crossing)现象。在EP附近,反射光束的古斯-汉森位移有正,也有负。当无限接近EP时,古斯-汉森位移出现极值,表明EP是古斯-汉森位移的奇点。另外,EP的位置和古斯-汉森位移可以通过调节石墨烯的化学势进行控制。(2)研究了PT和近PT对称非厄米系统中的古斯-汉森位移。调制电介质的折射率,使其空间分布满足PT对称性。在由入射角和增益-损耗因子组成的参数空间中,存在EP分裂的现象,并出现相干完美吸收-激光点(coherent perfectabsorption laser point:CPA-laser point)。在EP和CPA激光点,光场的能量主要分布在结构的中心。在EP附近,反射光束的古斯-汉森位移约为几十个波长。调节中间层的电介质折射率,使折射率接近PT对称,参数空间中会出现孤立的EP。在孤立的EP和CPA激光点附近,古斯-汉森位移趋于无穷大,因此,该孤立的EP和CPA激光点是古斯-汉森位移的奇点。(3)将石墨烯阵列与光子晶体微腔构成复合结构,实现低阈值的可调光学双稳态。电介质交替排列形成带缺陷的光子晶体,把石墨烯嵌在两种不同介质的分界面上和缺陷层的中心。此结构可看成是由布拉格光栅构成的法布里-珀罗(Fabry-Perot)腔,其中布拉格光栅是谐振腔的反射镜,而缺陷层是腔体。缺陷模的光场局域性可以增强石墨烯的非线性效应,从而实现低阈值的光学双稳态。另外,光学双稳态的阈值和阈值间隔可以通过石墨烯的化学势和布拉格周期数来调节。该器件可应用于低能耗全光开关和光存储器。(4)为进一步降低光学双稳态阈值,在电介质结构中引入石墨烯,构建PT对称非厄米光学系统。同时调制电介质的折射率实部和虚部,使其满足PT对称性。缺陷模的光场被局域在结构的中心,而石墨烯位于光场极值处,其非线性效应得到极大地增强,从而实现低阈值的光学双稳态。当电介质的增益-损耗因子增大时,光场局域性进一步增强。同时,EP开始分裂,使得双稳态阈值进一步降低,而上、下阈值间隔进一步增大。另外,改变入射波长和石墨烯的化学势,可实现双稳态和非双稳态之间的相变。

唐勇[8](2016)在《回旋行波管高频结构与双频回旋行波管的研究与设计》文中指出回旋行波管是一种能够在微波毫米波以及太赫兹波段产生高功率、高增益以及宽带宽的相对论非线性电真空器件。在毫米波雷达、电子对抗、高速通信、等离子体加热、材料处理、农作物脱水等方面有着十分广阔的应用前景,受到各国研究机构的高度重视。高频互作用结构是回旋行波管最核心的部件之一,是注-波互作用最主要发生的场所,同时也是竞争模式起振的场所。早期的回旋行波管由于采用光滑波导作为互作用结构,其效率、带宽以及增益等性能严重受到各种竞争模式的制约,导致回旋行波管的发展长期滞后于其他回旋器件。通过对竞争模式起振机理的研究,科学家们提出了许多互作用电路来抑制竞争模式,其中介质加载高频结构是发展最快,应用最广也是发展较为成熟的一类高频互作用结构,在实验中取得了非常不错的效果。本论文在国家专项基金(2013ZX01011001)资助下,展开了对W波段TE01模式介质加载回旋行波管高频结构的研究,研究工作主要如下:1.通过小信号以及大信号理论,对W波段回旋行波管高频结构展开了理论设计;2.利用场匹配理论对介质加载高频结构工作模式以及竞争模式的损耗特性进行研究,挑选出适合W波段回旋行波管的损耗陶瓷介质参数,使得介质对竞争模式损耗较大的情况下,对工作模式的损耗处于最低值;3.用自洽非线性理论以及PIC仿真研究回旋行波管的稳定性,并预测所设计结构的输出性能;4.对W波段回旋行波管的高频组件进行冷测实验研究,并对组装以后的器件进行热测实验,将实验结果与理论分析结果相对比,分析热测实验中存在的一些问题,并提出解决方案。虽然回旋行波管在近些年取得了非常大的进步,并取得了很好的整机应用。但是由于先进性雷达以及电磁干扰机能够同时工作于很宽的频段范围,甚至于跨频带工作,所以传统的回旋行波管已经不能满足其对微波源的要求。本文基于这种需求,在国家自然基金(61671136)资助下同时开展了双频双模回旋行波管的研究,主要包括以下几个方面:1.对双频双模回旋行波管进行了可行性研究报告,得出选择TE11/TE01两种工作模式前提下,所设计的回旋行波管能够实现双频工作;2.对双频双模回旋行波管磁控注入式电子枪,高频互作用电路,以及输出窗等关键部件从理论以及仿真上进行了初始设计。回旋振荡管是另外一种重要的回旋器件,是唯一被证实能成功应用于国际热核聚变实验堆(ITER)计划中等离子体加热的器件。同时由于回旋振荡管输出性能稳定,所以在工业材料加热等方面也有着非常重要的应用,本文在德国KIT相关项目的支持下,研究和设计了28 GHz二次谐波连续波回旋振荡管,主要工作如下:1.设计了能稳定工作于28GHz二次谐波,TE12模式的互作用腔体结构,并且用光滑互作用腔体结构代替传统三段式互作用腔体结构;2.对该腔体的主要竞争模式进行研究,并提出抑制主要竞争模式的方法,从而成功抑制了各个竞争模式;3.用EURIDICE对28 GHz回旋振荡管进行仿真设计,并用MAGIC 3D-PIC仿真进行验证。

郑源[9](2016)在《交错双栅带状束行波管的研究与设计》文中研究指明太赫兹(THz)波是介于微波和红外之间、频率在0.1THz-10THz之间的电磁波。太赫兹波具有:(1)对大多数非金属的介质有着较强的穿透力;(2)太赫兹波的穿透性会随着水和组织密度的改变而改变;(3)相较于X-射线,太赫兹波具有很小的电离性;(4)由于其中心工作频率较高,相对于中心频率较低的器件其绝对带宽具有很大优势;(5)采用太赫兹波作为探测源的器件,得益于较高的频率,通常具有更高的分辨率;(6)相较于红外线,在雨中或者其他恶劣气象条件下,其损耗相对较小等优点。这些优点使得太赫兹波在工业、科研和国防上有着诱人的应用前景。但由于材料科学、研究手段以及精密加工水平等条件的限制,长期以来太赫兹器件的发展极为缓慢,以致于出现了所谓的太赫兹间隙(THz Gap)。近年来材料科学、计算机科学以及精细加工等方面的快速发展,为开展高增益、宽带宽以及小型化的太赫兹器件的研究提供了前提条件,为填补太赫兹间隙,促进太赫兹科学技术的发展奠定了基础。相较于核磁共振与低频段(频率低于100GHz)电子顺磁共振检测技术,太赫兹频段的电子顺磁共振检测仪在分辨率和灵敏度方面具有很大的优势,在医学检测、化学研究以及工业生产中都具有良好的应用前景。但由于中等功率(几十瓦)太赫兹信号源的匮乏,太赫兹频段的电子顺磁共振技术的发展遇到了瓶颈。本论文对带状束器件的交错双栅周期慢波结构、大电子通道宽带耦合器、混合模式输出窗、高电子发射密度带状束电子枪以及周期永磁聚焦磁体等重要部件都进行了探索性的研究;并在相关研究的基础上设计了一支太赫兹波段(263GHz)带状束行波管。论文首先从交错双栅周期慢波结构的色散与耦合阻抗特性的理论出发,深入地研究了这种慢波结构中场分布以及能量储存特性,并在此基础上对通常使用的耦合阻抗进行了修正。结合Pierce小信号增益分析理论、返波振荡分析理论对交错双栅带状束行波管互作用线路的性能进行了总体的评估。在理论分析与仿真模拟的辅助下,为加州大学-戴维斯分校(UC-Davis)260GHz顺磁共振探测系统设计了中心频率为263GHz、工作带宽大于20GHz的太赫兹辐射放大器。模拟结果显示,在19000V、0.15A的带状束驱动下,在工作频带内该真空电子器件可输出50W的功率,实现30dB的增益;且其零驱PIC粒子模拟显示,所设计的带状束行波管有效地抑制了再生振荡与返波振荡的产生,可以稳定的工作。其次本文详细地研究了带状束电子枪以及可调式周期永磁聚焦磁体。分别为200GHz双模带状束行波管与263GHz带状束行波管设计了可调式带状束电子枪与高电流密度电子枪。通过调节横向聚焦极的距离,200GHz可调式电子枪可以发射出0.0866A的低电流带状束来驱动低增益、连续波工作模式的200GHz带状束行波管;也可以产生0.2126A的高电流带状束来驱动200GHz带状束行波管来产生高增益的脉冲电磁辐射。与此同时,在1.2T的均匀磁场的聚焦作用下,低电流带状束与高电流带状束均实现了良好的电子流通率。263GHz带状束电子枪采用了复杂曲面阴极来压缩电子束,来产生高质量的带状束、提高带状束的流通率。与此同时,还对带状束的传输理论进行了分析,研究了带状束的流通性以及其影响因素。在理论分析的基础上,为了约束263GHz带状束电子枪发射出的电子束,本文设计了可调式周期永磁-可调式四极磁体(Permanent Cups Magnet–Tunable Quadrupole Magnet,PCM-TQM)。模拟结果显示,即使考虑电磁波对电子束的调制作用与磁块剩磁波动的影响,263GHz带状束电子枪发射的电子束在该聚焦系统的约束下也可实现高达95.85%的热电子传输效率。接着本文详细介绍了带状束行波管的其他相关部件的研究与设计。首先介绍了通过混合模式传输来扩宽传输带宽的盒型窗,并通过S参数仿真以及热分析两方面来验证了该设计的可行性。为了降低高频率电磁波在传统波导传输线路上的损耗,本文为260GHz顺磁共振系统设计了低损耗、高纯度的波纹波导远距离传输系统。最后,根据带状束的特点为263GHz带状束行波管设计了相应的电子收集系统。通过尾端引导磁体的引入、椭圆形收集极的采用,新的收集系统大大缩短了带状束收集系统的长度,提高了电子的收集效率。本文的最后给出了部分前文所设计的器件的加工实物与测试结果。测试结果验证了前面的部分设计,并为进一步改进设计、修正加工误差指引了方向。

吴丽杰[10](2016)在《动态微波辅助-液相萃取食品和环境样品中农药的研究》文中研究表明本论文将微波吸收介质引入到动态微波辅助萃取体系中,对传统动态微波辅助萃取法进行了改进,并将动态微波辅助萃取法与液相萃取法相结合,对食品和环境样品中的农药残留进行快速提取。采用微波吸收介质辅助-非极性溶剂动态微波萃取法提取了谷物中的有机磷农药。利用自行设计的微波吸收介质管作为提取器,加速了微波提取进程并提高了微波能利用率,同时实现了非极性溶剂作为单一微波提取溶剂,使提取产物无需净化,可以直接进行气相色谱-质谱分析检测。采用非极性溶剂动态微波辅助萃取结合反相-离子液体分散液液微萃取法提取了玉米和大豆中的三嗪类除草剂。在动态微波辅助萃取的作用下,高脂肪样品中的目标分析物经非极性溶剂提取后,被离子液体直接富集,实现了目标分析物与大量脂肪的有效分离,使富集和净化同时完成,缩短了处理时间,简化了实验步骤,为非极性溶剂微波辅助萃取法在高脂肪样品中的应用提供了依据。采用动态微波辅助萃取与改进的连续流动单滴微萃取法相结合提取了茶叶中的有机磷农药。改进的连续流动单滴微萃取装置能够使有机单滴较稳定的存在并与目标分析物充分接触,可快速建立提取平衡。提取、净化、分离和富集可以一步完成,扩大了单滴微萃取的应用范围,实现了对于复杂固体样品中分析物的提取。采用动态微波辅助萃取与浊点萃取相结合的方法对土壤中的三嗪类除草剂进行了提取。利用非离子型表面活性剂Triton X-114的水溶液作为提取溶剂,通过动态微波辅助胶束萃取法提取土壤中的目标分析物,再通过相分离实现对目标分析物的富集。本方法综合了动态微波辅助萃取和浊点萃取的优点,避免了有机溶剂的使用,简单、快速、灵敏度高、绿色环保,为复杂环境样品的处理提供了很好的指导和借鉴作用。采用动态微波辅助萃取结合离子液体均匀液液微萃取法测定了蔬菜中的三嗪类除草剂。利用亲水性离子液体的水溶液代替传统的有机溶剂,通过向提取液中加入离子交换剂进而产生疏水性离子液体,离心后得到离子液体富集相。对实验条件进行了考察,建立了一种环境友好的、适用于蔬菜中三嗪类除草剂提取的样品前处理方法。采用动态微波辅助萃取与离子液体双水相萃取相结合的方法对蔬菜中的三嗪类除草剂进行了提取。通过1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐的水溶液对蔬菜中的目标分析物进行提取后,向提取液中加入硫酸铵形成离子液体双水相萃取体系,离心后得到离子液体富集相,可直接进入高效液相色谱分析检测。实验结果表明该方法简便、快速、灵敏、绿色环保,对建立食品和环境样品复杂固体基质中污染物的检测具有一定的指导意义。

二、含有吸收介质的突变结构腔体场匹配分析(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、含有吸收介质的突变结构腔体场匹配分析(论文提纲范文)

(1)平面薄膜堆栈超构材料:理论、模型及应用(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 电磁超构材料的起源
    1.2 超构材料的发展
        1.2.1 超透镜和光学隐身
        1.2.2 超吸收
        1.2.3 超表面
    1.3 平面薄膜堆栈超构材料
        1.3.1 平面薄膜超构材料的振幅和相位调控
        1.3.2 平面薄膜超构材料的角度色散调控
        1.3.3 平面薄膜超构材料的应用
    1.4 本论文的研究意义和结构安排
第2章 基于等子体薄膜堆栈超构材料的相图调控
    2.1 引言
    2.2 耦合模模型理论分析
        2.2.1 单模单通道耦合模理论的一般形式
        2.2.2 转移矩阵法对场分布的分析
        2.2.3 辐射与吸收品质因子的严格解
        2.2.4 辐射与吸收品质因子的拟合解
    2.3 基于耦合模模型理论的相图调控
        2.3.1 金属-半导体双层结构的响应调控
        2.3.2 金属-介质-金属三层结构的响应调控
        2.3.3 金属-介质-光子晶体多层结构的响应调控
    2.4 基于分波矢量相图分析的响应调控
        2.4.1 结合多重散射法的分波系数计算
        2.4.2 宽带吸收结构体系的矢量相图分析
    2.5 本章小结
第3章 基于全介质薄膜堆栈超构材料的模型理论分析
    3.1 引言
    3.2 基于非局域有效媒质理论的计算
        3.2.1 传统的局域有效媒质理论的推导
        3.2.2 非局域有效媒质理论的解析解
        3.2.3 局域有效媒质理论失效的回顾
        3.2.4 非局域有效媒质理论对失效的修正
        3.2.5 延伸至介电常数近零超材料
    3.3 非局域古斯-汉欣效应
        3.3.1 古斯-汉欣位移的解析表达式
        3.3.2 古斯-汉欣位移的优化设计
        3.3.3 古斯-汉欣位移的非局域效应
    3.4 本章小节
第4章 平面薄膜堆栈超构材料的应用
    4.1 引言
    4.2 基于超薄双层薄膜结构色的调控
        4.2.1 超薄双层薄膜的制备与表征
        4.2.2 宽色域、角度不敏感的结构色结果与分析
    4.3 基于三层薄膜可重构超器件用于硫化氢探测
        4.3.1 动态可重构样品的制备与表征
        4.3.2 可重构超器件的光学性质
        4.3.3 硫化氢气敏探测应用
    4.4 基于多层薄膜的窄带及高定向热辐射器
        4.4.1 大面积、窄带热辐射器的制备与表征
        4.4.2 高定向热辐射器的实现
        4.4.3 红外热辐射成像应用
    4.5 本章小节
第5章 结论与展望
    5.1 论文总结
    5.2 未来展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果

(2)梯度折射率介质光热信息模拟及参数辨识(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
符号表
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究状况
        1.2.1 半透明介质辐射传输研究
        1.2.2 梯度折射率介质辐射传输研究
        1.2.3 半透明介质光热参数反演研究
        1.2.4 梯度折射率介质光热参数反演研究
    1.3 本文主要研究内容
第2章 基于广义源项多流法的梯度折射率介质光热信息模拟
    2.1 引言
    2.2 基于有限体积的广义源项多流法
        2.2.1 梯度折射率介质的光线轨迹求解技术
        2.2.2 梯度折射率辐射传输方程
        2.2.3 GSMFM数学理论及算法模型
    2.3 梯度折射率介质任意方向辐射强度求解
        2.3.1 GSMFM验证
        2.3.2 一维梯度折射率介质
        2.3.3 二维梯度折射率介质
    2.4 本章小结
第3章 基于辐射传递因子-积分方程法的梯度折射率介质光热信息模拟
    3.1 引言
    3.2 辐射传递因子-积分方程法数学原理
        3.2.1 反向蒙特卡洛法数学模型
        3.2.2 RDFIEM计算模型
    3.3 RDFIEM验证及数值特性分析
        3.3.1 均匀折射率介质辐射传输
        3.3.2 梯度折射率介质辐射传输
    3.4 本章小结
第4章 基于智能优化理论的光热参数反演
    4.1 引言
    4.2 智能优化理论及算法
        4.2.1 改进的SPSO算法
        4.2.2 改进的TLBO算法
    4.3 光热参数反演
        4.3.1 空间相关光热参数反演
        4.3.2 温度相关光热参数反演
    4.4 折射率和吸收系数反演实验研究
        4.4.1 实验简介
        4.4.2 实验结果
    4.5 本章小结
第5章 基于梯度优化理论的光热参数场重建
    5.1 引言
    5.2 光热参数场重建模型
        5.2.1 物理模型
        5.2.2 正则化技术
        5.2.3 序列二次规划算法
    5.3 光热参数场重建分析
        5.3.1 梯度折射率场重建
        5.3.2 折射率场和吸收系数场联合重建
        5.3.3 吸收系数场和散射系数场联合重建
    5.4 本章小结
第6章 基于光线传输理论的光热参数场重建
    6.1 引言
    6.2 光线传输重建模型
        6.2.1 物理模型
        6.2.2 共轭梯度法
    6.3 光热参数场重建分析
        6.3.1 折射率场重建
        6.3.2 吸收系数场重建
    6.4 本章小结
结论
参考文献
附录A 反向蒙特卡洛射线追踪概率模型
攻读博士学位期间发表的论文及成果
致谢
个人简历

(3)MW级回旋速调器件关键技术的研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 毫米波与电子回旋脉塞
    1.2 回旋速调管的研究
    1.3 回旋管的研究进展
        1.3.1 回旋速调管的研究进展
        1.3.2 兆瓦级回旋管的研制状况
    1.4 本文主要内容和结构安排
第二章 回旋速调管高频谐振腔研究
    2.1 单级突变结构理论分析
    2.2 介质加载圆波导理论分析
    2.3 介质加载谐振腔的高频设计
    2.4 输出结构的设计
    2.5 本章小结
第三章 回旋速调管注波互作用数值计算
    3.1 高频场方程
    3.2 电子运动方程
    3.3 数值计算流程
    3.4 数值计算能量转换
    3.5 本章小结
第四章 数值计算与模拟仿真
    4.1 稳定性分析
        4.1.1 色散分析
        4.1.2 零驱动分析
    4.2 数值计算程序分析
        4.2.1 数值计算程序资源优化
        4.2.2 数值计算程序结果分析
    4.3 CST仿真结果分析
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 工作总结
    5.2 工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果

(4)CVD金刚石膜辐射探测器的研制与性能研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景与研究内容
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究目的及研究内容
        1.1.3 研究思路及创新点
    1.2 核辐射探测原理
        1.2.1 核辐射
        1.2.2 带电重粒子与物质相互作用及探测原理
        1.2.3 快电子与物质相互作用及探测原理
        1.2.4 X/γ射线与物质相互作用及探测原理
        1.2.5 中子与物质相互作用及探测原理
    1.3 常用的核辐射探测器
        1.3.1 气体探测器
        1.3.2 闪烁体探测器
        1.3.3 半导体探测器
    1.4 辐射探测器的主要性能指标
    1.5 金刚石辐射探测器的优势
        1.5.1 金刚石辐射探测器的材料优势
        1.5.2 金刚石辐射探测器的性能优势
        1.5.3 金刚石辐射探测器的广泛应用
第2章 金刚石辐射探测器的研究
    2.1 金刚石辐射探测器的国内外研究现状
        2.1.1 国外研究现状
        2.1.2 国内研究现状
    2.2 金刚石辐射探测器的工作原理
        2.2.1 金刚石带电粒子及电磁辐射探测器的工作原理
        2.2.2 金刚石中子探测器的工作原理
    2.3 金刚石辐射探测器的性能指标
    2.4 金刚石辐射探测器的制作过程
    2.5 金刚石辐射探测器制备的难点及解决方法
        2.5.1 金刚石探测器制备的难点
        2.5.2 解决办法
第3章 金刚石膜的制备及EACVD装置的优化
    3.1 金刚石的性质及类别
    3.2 金刚石膜的性质及应用
    3.3 CVD金刚石膜的制备方法
        3.3.1 金刚石(膜)的制备方法
        3.3.2 几种常用CVD方法的比较
    3.4 金刚石膜的表征方法
    3.5 金刚石膜的成膜机理及EACVD装置优化
        3.5.1 CVD成膜机理
        3.5.2 EACVD装置优化
第4章 多晶金刚石膜X射线探测器的研制及其在Z箍缩X射线探测中的性能
    4.1 应用背景介绍
    4.2 多晶金刚石膜X射线探测器的研制
        4.2.1 金刚石膜材料的选择
        4.2.2 金刚石膜的制备
        4.2.3 金刚石膜的表征
        4.2.4 金刚石膜的电极制作
        4.2.5 金刚石膜探测器的封装
        4.2.6 金刚石膜探测器的电学特性测试
    4.3 探测器的标定及Z箍缩实验测量结果
    4.4 小结
第5章 单晶金刚石膜中子探测器的研制及其在14.1MeV氘氚聚变中子探测中的性能
    5.1 应用背景介绍
    5.2 金刚石中子探测器的研制
    5.3 D-T核聚变反应中子的探测
    5.4 小结
第6章 CVD多晶金刚石膜脉冲磁场探测器的研制及其探测性能
    6.1 应用背景介绍
    6.2 脉冲磁场差分探测器的研制
    6.3 脉冲磁场差分探测器的测试
    6.4 小结
第7章 总结和展望
    7.1 总结
    7.2 展望
参考文献
作者攻读学位期间的科研成果
致谢

(5)连续波光腔衰荡光谱装置及痕量甲烷检测研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 吸收光谱原理
    1.3 吸收光谱技术的分类及其发展
        1.3.1 脉冲光腔衰荡光谱技术及其发展
        1.3.2 连续波光腔衰荡光谱技术及其发展
        1.3.3 光纤腔衰荡光谱技术及其发展
        1.3.4 离轴积分腔输出光谱技术及其发展
    1.4 国内CRDS技术的发展
    1.5 论文主要内容和工作
第2章 连续波光腔衰荡光谱技术原理及分析方法
    2.1 分子吸收光谱
        2.1.1 吸收线强
        2.1.2 线型函数
    2.2 CRDS系统的原理及特性
        2.2.1 测量原理
        2.2.2 腔内光强放大倍数
    2.3 装置的检测灵敏度与误差计算
    2.4 三角环形谐振腔的偏振特性
    2.5 本章小结
第3章 三角环形衰荡腔基本性质的分析
    3.1 三角环形衰荡腔的光场特性
        3.1.1 衰荡腔的稳态光场特性
        3.1.2 腔长扫描
        3.1.3 激光频率扫描
    3.2 扫描速度及方式对测量结果的影响
        3.2.1 扫描速度与光场的动态响应
        3.2.2 腔长变动对衰荡事件的影响
    3.3 三角环形谐振腔内的稳定光束的性质
        3.3.1 三角环形谐振腔中闭合光轴特性
        3.3.2 谐振腔内本征模光束性质分析
    3.4 入射光与衰荡腔的光能传输
        3.4.1 衰荡腔的衍射损耗
        3.4.2 激光耦合到衰荡腔时的匹配分析
        3.4.3 失配失调在不同衰荡腔参数下对功率传输系数的影响
        3.4.4 谐振腔的模式拍频效应
        3.4.5 实验验证
    3.5 本章小结
第4章 CW-CRDS系统的设计
    4.1 CW-CRDS装置的构建
        4.1.1 光学系统及主要器件
        4.1.2 电子学系统
    4.2 CW-CRDS系统中的主要器件
        4.2.1 DFB激光器及其控制
        4.2.2 波长计
        4.2.3 光纤准直器
        4.2.4 PZT及其控制
        4.2.5 光学衰荡腔及腔镜
        4.2.6 光电探测模块
        4.2.7 声光调制器
        4.2.8 数据采集模块
    4.3 光学外差法检测腔透射光
        4.3.1 光学外差法原理
        4.3.2 光学外差法在腔出射光探测中的应用
    4.4 本章小结
第5章 腔镜反射率与痕量CH4检测
    5.1 系统光路的搭建
    5.2 数据采集及处理方法
    5.3 腔镜反射率检测
    5.4 甲烷吸收光谱的测量与分析
        5.4.1 CH
        5.4.2 甲烷浓度测量及数据采集
        5.4.3 小波变换拟合衰减曲线
        5.4.4 实验结果及测量误差分析
    5.5 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 主要创新成果
    6.2 展望及待研究工作
参考文献
附录 MATLAB数据处理程序
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果

(6)光声光谱气体检测系统数值仿真、优化设计及特性分析(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 基本概况
        1.1.1 激光吸收光谱气体检测技术
        1.1.2 光声光谱基本概念与起源历史
        1.1.3 光声光谱技术国内外发展动态
        1.1.4 光声光谱技术研究小结
    1.2 论文研究内容、目标与思路
        1.2.1 研究内容
        1.2.2 研究目标
        1.2.3 研究路线
    1.3 本章小结
第2章 气体光声光谱检测理论基础
    2.1 激光光谱基本知识
        2.1.1 光谱与分子光谱特征
        2.1.2 激光吸收光谱原理
        2.1.3 谱线展宽机制与线型描述
    2.2 光声光谱基础概述
        2.2.1 光声光谱气体检测技术
        2.2.2 光声光谱多学科问题简述
    2.3 气体光声光谱数学模型
        2.3.1 光的吸收
        2.3.2 声的激发
    2.4 本章小结
第3章 光声光谱气体检测平台与实验特性分析
    3.1 光声光谱气体检测系统
        3.1.1 系统基本组成
        3.1.2 甲烷气体及其谱线选择
    3.2 系统建立与主要仪器
        3.2.1 实验平台建立
        3.2.2 激光光源与激光控制器
        3.2.3 锁相放大器
        3.2.4 自动配气系统
        3.2.5 高灵敏度麦克风
    3.3 光声池的结构设计
        3.3.1 光声池的设计思路
        3.3.2 圆柱共振型光声池的理论计算
        3.3.3 圆柱共振型光声池结构与几何尺寸
    3.4 甲烷气体检测和光声信号影响因素实验与分析
        3.4.1 光声光谱二次谐波检测技术
        3.4.2 调制频率影响
        3.4.3 调制幅度影响
        3.4.4 气体测量与性能分析
        3.4.5 激光功率影响
        3.4.6 压力影响
        3.4.7 温度影响
    3.5 本章小结
第4章 光声光谱检测装置的数值计算与模拟
    4.1 数值计算与仿真模拟技术概况
        4.1.1 基本概念
        4.1.2 有限元分析通用流程
    4.2 光声池空腔声学模态数值计算与分析
        4.2.1 声学离散化方程与边界条件
        4.2.2 声学模态求解
        4.2.3 声学模型细致求解与参数分析
    4.3 光声池光-声数值计算与分析
        4.3.1 激光激励源载荷
        4.3.2 光-声仿真物理模型与网格划分
        4.3.3 光-声频域仿真计算与分析
        4.3.4 光声池腔体声场与温度场分布情况
        4.3.5 光声信号的影响因素仿真分析
        4.3.6 光声池特征指标的计算对比情况
    4.4 数值模拟平台的二次开发
    4.5 本章小结
第5章 光声光谱检测装置中光声池的优化设计探讨
    5.1 优化设计概述
        5.1.1 基本概念
        5.1.2 基本流程与数学模型
    5.2 基于解析式模型的圆柱形光声池的优化问题
        5.2.1 问题分析
        5.2.2 结果分析
    5.3 基于数值模拟的复杂形状光声池的优化设计问题
        5.3.1 问题分析
        5.3.2 优化思路与流程
        5.3.3 光声池模型构思
        5.3.4 DOE试验设计
        5.3.5 响应面代理模型与参数交互分析
        5.3.6 遗传算法基础
        5.3.7 多目标优化与Pareto最优解
    5.4 光声池形貌特性的探讨分析
        5.4.1 规则形状光声池的特性分析
        5.4.2 非规则形状光声池的特性分析
    5.5 本章小结
第6章 连续性检测条件下光声池腔内气流改善研究
    6.1 光声池腔内气体流动影响分析
    6.2 计算流体动力学基础
        6.2.1 定常与非定常流动
        6.2.2 层流与湍流
        6.2.3 流场基本控制方程
        6.2.4 CFD通用求解流程
    6.3 光声池腔内流场数值模拟
        6.3.1 定常分析
        6.3.2 非定常分析
    6.4 光声池结构改进设计与分析
        6.4.1 进、出气孔半径对指标的影响
        6.4.2 进、出气孔轴向距离对指标的影响
        6.4.3 截面过渡设计对指标的影响
        6.4.4 进、出气孔布置方式对指标的影响
        6.4.5 分流通孔对指标的影响
        6.4.6 改进设计方案与结果
    6.5 本章小结
第7章 结论与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其它研究成果

(7)石墨烯-电介质复合非厄米系统中的古斯-汉森位移和光学双稳态(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 非厄米光学概述
    1.2 石墨烯性质概述
    1.3 Goos-H?nchen(GH)位移的研究现状
    1.4 光学双稳态的研究现状
    1.5 论文的主要工作
2 石墨烯-电介质非厄米系统中的GH位移
    2.1 GH位移理论
    2.2 石墨烯-电介质系统中GH位移
    2.3 GH位移仿真及应用
    2.4 本章小结
3 Parity-time(PT)和近PT对称系统中的横向GH位移
    3.1 光学系统中PT对称性
    3.2 PT和近PT对称系统结构
    3.3 PT和近PT对称系统中GH位移
    3.4 缺陷光子晶体中GH位移
    3.5 本章小结
4 石墨烯-光子晶体系统中的光学双稳态
    4.1 光学双稳态理论
    4.2 石墨烯-光子晶体系统中的光学双稳态
    4.3 光学双稳态的调控
    4.4 本章小结
5 石墨烯-电介质PT对称系统中的光学双稳态
    5.1 石墨烯-电介质PT对称系统结构
    5.2 石墨烯-电介质PT对称系统中光学双稳态
    5.3 双稳态与非双稳态之间的相变调控
    5.4 本章小结
6 总结与展望
致谢
参考文献
附录1 攻读博士学位期间发表的主要论文

(8)回旋行波管高频结构与双频回旋行波管的研究与设计(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 电子回旋器件简介
    1.2 电磁回旋脉塞基本原理
    1.3 W波段回旋行波管研究现状
    1.4 回旋行波管发展趋势
    1.5 双频回旋行波管研究现状
    1.6 本学位论文的主要工作和创新点
第二章 回旋行波管注-波互作用自洽理论研究
    2.1 高频场方程
    2.2 电子运动方程
    2.3 电磁场边界条件
    2.4 电子运动初始分布
    2.5 注-波互作用数值计算方法
    2.6 计算结果后处理
    2.7 本章小结
第三章 W波段介质加载回旋行波管高频结构的设计
    3.1 回旋行波管小信号理论设计
        3.1.1 自激振荡小信号研究
        3.1.1.1 绝对不稳定性振荡的研究
        3.1.1.2 返波振荡小信号研究
        3.1.2 线性增益的研究
    3.2 回旋行波管返波振荡自洽非线性理论设计
        3.2.1 光滑波导
        3.2.2 分布式损耗加载波导
    3.3 注-波互作用研究
        3.3.1 腔体内非线性自洽理论注-波互作用研究
        3.3.2 腔体外互作用研究(ACI)
    3.4 本章小结
第四章 W波段损耗陶瓷高频结构设计与实验研究
    4.1 均匀介质加载波导高频结构研究
        4.1.1 均匀介质加载波导场匹配理论
        4.1.2 均匀介质加载波导损耗计算
        4.1.3 介质波导模式研究
    4.2 注-波互作用研究
        4.2.1 MATLAB自洽非线性计算
        4.2.2 PIC仿真研究
    4.3 实验测试研究
        4.3.1 冷测实验研究
        4.3.2 热测实验研究
    4.4 本章小结
第五章 新型双频双模回旋行波管研究
    5.1 双频双模回旋行波管可行性研究
    5.2 双频双模回旋行波管关键结构的设计
        5.2.1 MIG的设计
        5.2.2 高频互作用结构设计
        5.2.2.1 回旋返波振荡
        5.2.2.2 3D-PIC模拟研究
        5.2.3 输出窗片的设计
    5.3 本章小结
第六章 28GHZ二次谐波工业用回旋振荡管研究
    6.1 28GHZ二次谐波回旋振荡管腔体结构的设计
    6.2 借助于EURIDICE软件研究腔体工作的稳定性
        6.2.1 EURIDICE软件介绍
        6.2.2 EURIDICE冷腔计算
        6.2.3 竞争模式计算
        6.2.4 EURIDICE仿真计算
    6.3 3D-PIC仿真计算
    6.4 MAGIC 3D-PIC与EURIDICE对比
    6.5 本章小结
第七章 全文总结与后续工作展望
    7.1 全文总结
    7.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果

(9)交错双栅带状束行波管的研究与设计(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 太赫兹波简介
    1.2 太赫兹频段信号源与放大器的简介
    1.3 太赫兹带状束真空电子器件的发展与现状
        1.3.1 带状束速调管
        1.3.2 带状束行波管
        1.3.3 带状束返波管
    1.4 263GHz脉冲EPR探测系统
        1.4.1 高频脉冲EPR探测系统简介
        1.4.2 相关的保障技术
    1.5 本学位论文的主要工作及意义
第二章 交错双栅带状束行波管高频结构的研究与设计
    2.1 交错双栅慢波结构的分析理论
        2.1.1 色散曲线与耦合阻抗
        2.1.2 周期结构中的储能与功率流
    2.2 交错双栅慢波结构的性能评估
        2.2.1 多孔耦合器的原理
        2.2.2 Pierce小信号行波增益分析
        2.2.3 基于Pierce小信号分析理论的返波起振分析
    2.3 263GHz带状束高频结构的设计
        2.3.1 263GHz带状束行波管的慢波结构
        2.3.2 中部截断
        2.3.3 输入输出结构
        2.3.4 263GHz带状束行波管的高频结构的性能评估
    2.4 200GHz双模带状束行波管高频结构的设计
        2.4.1 200GHz双模带状束行波管慢波结构的设计
        2.4.2 200GHz双模带状束行波管完整高频结构的设计及其传输特性
        2.4.3 200GHz双模带状束行波管完整高频结构的PIC粒子模拟
    2.5 本章小节
第三章 带状束行波管电子束成形与传输系统的研究与设计
    3.1 理论研究
        3.1.1 带状束在波导中的空间电荷排斥力
        3.1.2 带状束受均匀磁场约束的运动
        3.1.3 带状束窄边的周期磁场聚束
        3.1.4 带状束宽边的周期磁场聚焦
    3.2 200GHz双模带状束行波管的电子光学系统的研究与设计
        3.2.1 带状束行波管可调聚焦极电子枪
        3.2.2 200GHz双模带状束行波管的电子束在均匀通道中传输
    3.3 263GHz带状束行波管的电子光学系统的研究与设计
        3.3.1 263GHz带状束电子枪的设计
        3.3.2 263GHz带状束行波管的PCM-TQM聚焦磁体设计
        3.3.3 电子束在PCM-TQM聚焦磁场中运动的理论分析
        3.3.4 电子束在PCM-TQM聚焦磁场中运动的仿真验证
    3.4 本章小节
第四章 带状束行波管的其他部分
    4.1 超宽带混合模式输入输出窗
        4.1.1 理论分析
        4.1.2 混合模式传输宽带盒型窗
        4.1.3 Ka波段混合模式传输宽带盒型窗
        4.1.4 263GHz带状束行波管混合模式宽带盒型窗
    4.2 波纹波导传输线路
    4.3 263GHz带状束行波管的收集极
    4.4 本章小节
第五章 263GHZ带状束行波管部分结构的加工测试
    5.1 263GHz带状束行波管的高频结构加工与测试
    5.2 263GHz带状束行波管电子枪的加工与测试
    5.3 带状束周期聚焦磁体的测试平台
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 论文工作总结
    6.2 下一步的工作计划
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果

(10)动态微波辅助-液相萃取食品和环境样品中农药的研究(论文提纲范文)

提要
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 微波技术简介
    1.2 微波辅助萃取概况
        1.2.1 微波辅助萃取的原理
        1.2.2 微波辅助萃取的特点
        1.2.3 微波辅助萃取的影响因素
        1.2.3.1 提取溶剂的种类
        1.2.3.2 提取溶剂的体积
        1.2.3.3 提取温度
        1.2.3.4 提取时间
        1.2.3.5 微波功率
        1.2.3.6 样品自身的性能
        1.2.4 微波辅助萃取的应用
        1.2.5 微波辅助萃取技术的研究进展
    1.3 动态微波辅助萃取简介
    1.4 液相萃取
        1.4.1 单滴微萃取
        1.4.1.1 直接浸入单滴微萃取
        1.4.1.2 顶空单滴微萃取
        1.4.1.3 连续流动单滴微萃取
        1.4.2 中空纤维膜液相微萃取
        1.4.3 分散液液微萃取
        1.4.4 浊点萃取
        1.4.5 双水相萃取
    1.5 离子液体在液相萃取中的应用
        1.5.1 离子液体在分散液液微萃取中的应用
        1.5.1.1 传统离子液体分散液液微萃取
        1.5.1.2 新型离子液体分散液液微萃取
        1.5.1.3 离子液体均匀液液微萃取
        1.5.2 离子液体在双水相萃取中的应用
    1.6 本论文研究的主要内容
        1.6.1 介质辅助-非极性溶剂动态微波萃取谷物中的有机磷农药
        1.6.2 动态微波辅助萃取结合反相-离子液体分散液液微萃取测定玉米和大豆中的三嗪类除草剂
        1.6.3 动态微波辅助萃取在线结合单滴微萃取测定茶叶中的有机磷农药
        1.6.4 动态微波辅助-浊点萃取土壤中的三嗪类除草剂
        1.6.5 动态微波辅助-离子液体均匀液液微萃取蔬菜中的三嗪类除草剂
        1.6.6 动态微波辅助-离子液体双水相萃取蔬菜中的三嗪类除草剂
    1.7 参考文献
第二章 介质辅助-非极性溶剂动态微波萃取谷物中的有机磷农药
    2.1 实验部分
        2.1.1 试剂
        2.1.2 实验仪器
        2.1.3 样品制备
        2.1.4 实验步骤
        2.1.5 气相色谱-质谱条件
    2.2 结果与讨论
        2.2.1 微波提取管的微波吸收性能
        2.2.2 介质辅助-非极性溶剂动态微波萃取条件的优化
        2.2.2.1 提取溶剂种类的影响
        2.2.2.2 微波功率的影响
        2.2.2.3 提取溶剂体积的影响
        2.2.2.4 提取剂流量的影响
        2.2.2.5 统计分析
        2.2.3 方法评价
        2.2.3.1 标准曲线、线性范围和检出限
        2.2.3.2 准确度和精密度
        2.2.3.3 样品分析
        2.2.3.4 方法比较
    2.3 小结
    2.4 参考文献
第三章 动态微波辅助萃取结合反相-离子液体分散液液微萃取测定玉米和大豆中的三嗪类除草剂
    3.1 实验部分
        3.1.1 试剂
        3.1.2 实验仪器
        3.1.3 样品制备
        3.1.4 实验步骤
        3.1.5 高效液相色谱条件
        3.1.6 Box-Behnken设计
    3.2 结果与讨论
        3.2.1 提取条件的优化
        3.2.1.1 石墨粉与硅胶质量比的影响
        3.2.1.2 提取溶剂种类的影响
        3.2.1.3 微波功率、提取时间和提取溶剂流量的影响
        3.2.2 RP-DLLME条件的优化
        3.2.2.1 离子液体种类的影响
        3.2.2.2 离子液体体积的影响
        3.2.2.3 超声提取时间的影响
        3.2.3 方法评价
        3.2.3.1 工作曲线、线性范围和检出限
        3.2.3.2 精密度
        3.2.3.3 样品分析
        3.2.3.4 方法比较
    3.3 小结
    3.4 参考文献
第四章 动态微波辅助萃取在线结合单滴微萃取测定茶叶中的有机磷农药
    4.1 实验部分
        4.1.1 试剂
        4.1.2 实验仪器
        4.1.3 样品制备
        4.1.4 实验步骤
        4.1.5 气相色谱-质谱条件
        4.1.6 Box-Behnken设计
        4.1.7 回收率
    4.2 结果与讨论
        4.2.1 微滴受力分析
        4.2.2 实验条件的优化
        4.2.2.1 提取溶剂种类的影响
        4.2.2.2 分散剂种类和质量的影响
        4.2.2.3 微提取溶剂种类的影响
        4.2.2.4 微提取溶剂体积的影响
        4.2.2.5 微波功率、提取时间和提取溶剂流量的影响
        4.2.3 方法评价
        4.2.3.1 工作曲线、线性范围和检出限
        4.2.3.2 精密度和回收率
        4.2.3.3 样品分析
        4.2.3.4 方法比较
    4.3 小结
    4.4 参考文献
第五章 动态微波辅助-浊点萃取土壤中的三嗪类除草剂
    5.1 实验部分
        5.1.1 试剂
        5.1.2 实验仪器
        5.1.3 样品制备
        5.1.4 实验步骤
        5.1.5 高效液相色谱条件
    5.2 结果与讨论
        5.2.1 动态微波辅助胶束萃取条件优化
        5.2.1.1 Triton X-114浓度的影响
        5.2.1.2 p H的影响
        5.2.1.3 微波功率和提取时间的影响
        5.2.1.4 提取溶剂流量的影响
        5.2.2 浊点富集条件的优化
        5.2.2.1 氯化钠浓度的影响
        5.2.2.2 平衡温度和时间的影响
        5.2.3 方法评价
        5.2.3.1 工作曲线、线性范围和检出限
        5.2.3.2 精密度
        5.2.3.3 样品分析
        5.2.3.4 方法比较
    5.3 小结
    5.4 参考文献
第六章 动态微波辅助-离子液体均匀液液微萃取蔬菜中的三嗪类除草剂
    6.1 实验部分
        6.1.1 试剂
        6.1.2 实验仪器
        6.1.3 样品制备
        6.1.4 实验步骤
        6.1.5 高效液相色谱条件
    6.2 结果与讨论
        6.2.1 实验条件的优化
        6.2.1.1 离子液体种类的影响
        6.2.1.2 离子液体体积的影响
        6.2.1.3 微波功率的影响
        6.2.1.4 提取溶剂流量的影响
        6.2.1.5 氯化钠浓度的影响
        6.2.1.6 [NH4][PF6]量的影响
        6.2.3 方法评价
        6.2.3.1 工作曲线、线性范围和检出限
        6.2.3.2 精密度
        6.2.3.3 样品分析
        6.2.3.4 方法比较
    6.3 小结
    6.4 参考文献
第七章 动态微波辅助-离子液体双水相萃取蔬菜中的三嗪类除草剂
    7.1 实验部分
        7.1.1 试剂
        7.1.2 实验仪器
        7.1.3 样品制备
        7.1.4 实验过程
        7.1.5 高效液相色谱条件
    7.2 结果与讨论
        7.2.1 提取条件的优化
        7.2.1.1 离子液体种类的影响
        7.2.1.2 离子液体质量的影响
        7.2.1.3 盐种类和浓度的影响
        7.2.1.4 pH的影响
        7.2.1.5 微波功率的影响
        7.2.1.6 提取溶剂流量的影响
        7.2.3 方法评价
        7.2.3.1 工作曲线、线性范围和检出限
        7.2.3.2 精密度
        7.2.3.3 样品分析
    7.3 方法总结
    7.4 小结
    7.5 参考文献
攻读学位期间发表的学术论文及取得的科研成果
致谢

四、含有吸收介质的突变结构腔体场匹配分析(论文参考文献)

  • [1]平面薄膜堆栈超构材料:理论、模型及应用[D]. 文政绩. 中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所), 2020(03)
  • [2]梯度折射率介质光热信息模拟及参数辨识[D]. 魏琳扬. 哈尔滨工业大学, 2020
  • [3]MW级回旋速调器件关键技术的研究[D]. 王诗雨. 电子科技大学, 2020(07)
  • [4]CVD金刚石膜辐射探测器的研制与性能研究[D]. 许平. 南华大学, 2020(01)
  • [5]连续波光腔衰荡光谱装置及痕量甲烷检测研究[D]. 宋绍漫. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2019(08)
  • [6]光声光谱气体检测系统数值仿真、优化设计及特性分析[D]. 程刚. 中国科学技术大学, 2019(08)
  • [7]石墨烯-电介质复合非厄米系统中的古斯-汉森位移和光学双稳态[D]. 赵东. 华中科技大学, 2019(03)
  • [8]回旋行波管高频结构与双频回旋行波管的研究与设计[D]. 唐勇. 电子科技大学, 2016(04)
  • [9]交错双栅带状束行波管的研究与设计[D]. 郑源. 电子科技大学, 2016(04)
  • [10]动态微波辅助-液相萃取食品和环境样品中农药的研究[D]. 吴丽杰. 吉林大学, 2016(08)

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突变结构空腔与吸收介质的场匹配分析
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