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金属光栅覆盖分布式布拉格反射镜结构的透射增强效应
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作者 关建飞 俞潇 +2 位作者 丁冠天 陈陶 陆云清 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期288-296,共9页
为了采用易于直接激发的塔姆等离激元(Tamm plasmon polaritons,TPPs)实现透射增强现象,本文提出了一种由一维金属光栅覆盖分布式布拉格反射镜(distributed Bragg reflector,DBR)构成的层状结构.采用有限元法分析了入射光波在DBR-金属... 为了采用易于直接激发的塔姆等离激元(Tamm plasmon polaritons,TPPs)实现透射增强现象,本文提出了一种由一维金属光栅覆盖分布式布拉格反射镜(distributed Bragg reflector,DBR)构成的层状结构.采用有限元法分析了入射光波在DBR-金属交界面上激发TPPs并产生能量高度局域的物理过程.研究表明入射TM光波在金属-DBR交界面上激发的TPPs可以有效地激发金属狭缝内的SPPs模式,当SPPs模式在狭缝内满足类FP谐振的条件就可以使入射光波在该结构中的产生透射增强.在此基础上,分析了狭缝宽度及其占空比对透射谱峰的定量影响.结果显示:周期确定时随着狭缝宽度的增大,峰值透射率则呈现先增大后减小的变化趋势;宽度确定时随着占空比的增大,峰值透射率会呈现单调降低的变化趋势,而透射峰中心波长呈现近似线性蓝移趋势,这为灵活调节异常透射的中心波长提供了一种有效手段. 展开更多
关键词 光学异常透射 金属光栅 塔姆等离激元 类法布里-珀罗共振
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激光激发声表面波在缺陷板材中散射过程的有限元分析(英文) 被引量:14
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作者 关建飞 沈中华 +2 位作者 许伯强 倪晓武 陆建 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第8期1128-1132,共5页
利用有限元法模拟了金属板材中激光激发的声表面波经过缺陷位置时发生散射的瞬态过程,采用线状激光源作为超声导波的激发源.针对三种不同深度的表面缺陷以及三种亚表面缺陷的模型进行了对比计算,结果显示缺陷的深度及位置对声表面波的... 利用有限元法模拟了金属板材中激光激发的声表面波经过缺陷位置时发生散射的瞬态过程,采用线状激光源作为超声导波的激发源.针对三种不同深度的表面缺陷以及三种亚表面缺陷的模型进行了对比计算,结果显示缺陷的深度及位置对声表面波的时域特征存在显著的影响.表面缺陷深度越深将产生较大幅度的表面反射回波,亚表面缺陷的影响将取决于缺陷上顶面距离板材上表面的距离.因此,数值模拟结果表明通过分析激光产生的表面波形可以判定近表面缺陷的尺寸和所处的位置. 展开更多
关键词 激光激发 瑞利波 有限元 表面缺陷
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激光超声在缺陷材料中散射波形的声谱分析 被引量:12
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作者 关建飞 沈中华 +2 位作者 许伯强 陆建 倪晓武 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2005年第3期287-290,314,共5页
利用有限元法模拟了脉冲激光作用于单层铝板表面,由热弹机制产生超声波及其传播过程。针对相同厚度而含有不同深度的表面裂痕与给定埋藏深度的亚表面裂痕的单层铝板进行了对比计算,初步得到了声表面波经过表面裂痕及其亚表面裂痕时产生... 利用有限元法模拟了脉冲激光作用于单层铝板表面,由热弹机制产生超声波及其传播过程。针对相同厚度而含有不同深度的表面裂痕与给定埋藏深度的亚表面裂痕的单层铝板进行了对比计算,初步得到了声表面波经过表面裂痕及其亚表面裂痕时产生的反射及透射波形的特征;同时基于WignerVille分布的时间频率分析,得到了在裂痕前、后激光激发的瞬态表面波形的能量在时间频率平面内分布的情形,并就时频分析结果提出了不同深度的表面裂痕与亚表面裂痕对声表面波的声谱特征产生的显著影响,为激光超声的无损检测技术走向定量化提供了初步的理论依据。 展开更多
关键词 激光 有限元法 瑞利波 Wigner—Ville分布
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表面垂直裂痕诱发瑞利波散射的数值分析 被引量:6
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作者 关建飞 沈中华 +2 位作者 许伯强 倪晓武 陆建 《应用声学》 CSCD 北大核心 2006年第3期138-144,共7页
激光激发的声表面波为材料表面缺陷的检测提供了有力的工具。针对含缺陷材料在模型边界上的复杂性,建立了基于平面应变的有限元模型并选取了相同厚度但含有不同深度的表面裂痕的单层铝板进行了对比计算,得到了声表面波经过不同深度的表... 激光激发的声表面波为材料表面缺陷的检测提供了有力的工具。针对含缺陷材料在模型边界上的复杂性,建立了基于平面应变的有限元模型并选取了相同厚度但含有不同深度的表面裂痕的单层铝板进行了对比计算,得到了声表面波经过不同深度的表面裂痕时产生的反射及透射信号波形的时域特征。进而引入了基于Wigner-Ville分布理论的时-频分析方法计算裂痕前、后散射的瞬态表面波的能量在时间-频率平面内分布的情形。结果显示:声表面波接近中心频率的某一频率成分在经过深度小于其中心波长的表面缺陷时,随着裂痕深度的增加,对应于该频率的反射系数呈现单调递增的趋势;而透射系数呈现递减的特征,这一结果可以为激光超声检测表面缺陷提供一种定量的表征手段。 展开更多
关键词 激光激发 瑞利波 有限元法 WIGNER-VILLE分布
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激光声表面波检测铝板表面凹痕的数值研究 被引量:10
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作者 关建飞 沈中华 +3 位作者 倪晓武 陆建 王纪俊 许伯强 《测试技术学报》 2006年第5期390-396,共7页
采用平面应变的有限元模型数值模拟了热弹机制下线型脉冲激光辐照金属铝板表面激发高频声表面波,及声表面波经过表面矩形凹痕时发生反射的过程.计算结果表明:声表面波中的瑞利波经过表面凹痕时发生明显的反射,并产生两个相继出现且具有... 采用平面应变的有限元模型数值模拟了热弹机制下线型脉冲激光辐照金属铝板表面激发高频声表面波,及声表面波经过表面矩形凹痕时发生反射的过程.计算结果表明:声表面波中的瑞利波经过表面凹痕时发生明显的反射,并产生两个相继出现且具有相同的传播速度的反射表面波成分;随着凹痕深度的增加,两个反射瑞利脉冲出现的时间间隔将增大;数值计算从理论的角度有力地证实了前一反射瑞利波产生于凹痕的顶端,而后者源于其底部的论断,从而为定量检测金属表面缺陷的深度提供了理论依据. 展开更多
关键词 激光激发 瑞利波 有限元 表面凹痕 反射波
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激光超声探测铝板表面微缺陷深度的数值研究 被引量:16
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作者 关建飞 沈中华 +1 位作者 倪晓武 陆建 《测试技术学报》 2010年第1期15-21,共7页
采用平面应变有限元法模拟了脉冲激光线源在含有表面微缺陷的铝板表面激发声表面波的物理过程,计算结果给出了激光线源逐渐靠近表面微缺陷时接收点得到的位移信号波形特征的显著变化规律;比较了不同深度的表面微缺陷对声表面波时域位移... 采用平面应变有限元法模拟了脉冲激光线源在含有表面微缺陷的铝板表面激发声表面波的物理过程,计算结果给出了激光线源逐渐靠近表面微缺陷时接收点得到的位移信号波形特征的显著变化规律;比较了不同深度的表面微缺陷对声表面波时域位移信号特征的定量影响;并在此基础上分析了紧随双极性R ay le igh波之后出现的振荡位移信号的时间间隔随表面缺陷深度增加而呈线性单调递增的趋势;同时证明不同的线光源半宽只会改变振荡信号的相对强度,而不会影响振荡信号的时间间隔;文中结果为利用声表面波位移信号中振荡成分的时间间隔来定量检测材料表面微缺陷深度提供了理论依据. 展开更多
关键词 激光超声 声表面波 有限元法 表面缺陷
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空气孔正方形排列光子晶体光纤的有限元分析 被引量:3
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作者 关建飞 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第4期498-502,共5页
采用全矢量有限元法结合完美匹配层吸收边界条件对渐增型空气孔正方形排列的高双折射光子晶体光纤的模场分布、限制损耗及双折射特性进行了数值模拟。仿真结果显示:该种结构的光子晶体光纤在包层空气孔层数仅为四层的情况下即可将限制... 采用全矢量有限元法结合完美匹配层吸收边界条件对渐增型空气孔正方形排列的高双折射光子晶体光纤的模场分布、限制损耗及双折射特性进行了数值模拟。仿真结果显示:该种结构的光子晶体光纤在包层空气孔层数仅为四层的情况下即可将限制损耗控制在1.31×10^(-6)dB/m附近;同时横排内层空气孔直径的变化可以有效地改变光纤的模式双折射曲线的走向,在长波长区间这种影响更为明显。 展开更多
关键词 纤维与波导光学 光子晶体光纤 有限元法 双折射 限制损耗
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基于环形腔的光子晶体滤波器的数值研究 被引量:1
8
作者 关建飞 施政 《光通信研究》 北大核心 2010年第6期32-35,共4页
文章采用有限元法分析了基于环形腔的光子晶体T型滤波器的滤波性能,比较了整体介质柱及内柱折射率对滤波器输出端口归一化透射率曲线的影响。在此基础上设计了一种窄带光子晶体环形腔的滤波器模型,数值模拟结果显示微环腔内部介质柱折... 文章采用有限元法分析了基于环形腔的光子晶体T型滤波器的滤波性能,比较了整体介质柱及内柱折射率对滤波器输出端口归一化透射率曲线的影响。在此基础上设计了一种窄带光子晶体环形腔的滤波器模型,数值模拟结果显示微环腔内部介质柱折射率与窄带滤波器下路波导输出的中心波长之间存在着近似线性的依赖关系,这为光子晶体滤波器的设计与制作提供了理论参考。 展开更多
关键词 光子晶体滤波器 环形腔 有限元法 归一化透射率
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激光声表面波检测材料表面微缺陷数值研究 被引量:1
9
作者 关建飞 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第3期362-368,共7页
采用平面应变的有限元模型数值模拟了激光线源辐照铝板表面激发出的声表面波的时域波形,比较了不同接收位置得到的位移信号的模式组成;同时研究了激光线源辐照区域近场存在表面微缺陷时产生的时域波形。数值结果说明:当激光源靠近表面... 采用平面应变的有限元模型数值模拟了激光线源辐照铝板表面激发出的声表面波的时域波形,比较了不同接收位置得到的位移信号的模式组成;同时研究了激光线源辐照区域近场存在表面微缺陷时产生的时域波形。数值结果说明:当激光源靠近表面微缺陷时激发出的声表面波模式中掠面纵波与瑞利波的位移信号均由典型的单极性迅速转变为显著的双极性特征,且瑞利波的峰-峰值将增加两倍左右,位移信号强度的显著变化为利用扫描激光检测材料表面微缺陷提供了理论依据。 展开更多
关键词 激光技术 声表面波 有限元法 表面缺陷 峰-峰值
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脉冲激光线源热弹激发超声导波的数值研究
10
作者 关建飞 《南京邮电大学学报(自然科学版)》 2011年第3期108-113,共6页
考虑激光作用过程中材料热物理参数随温度变化的非线性效应,在两维平面内建立了平面应变有限元模型,基于热弹耦合理论数值模拟了脉冲激光线源辐照金属铝板表面激发超声导波的物理过程。数值模拟分别得到了脉冲激光线源在厚度为1 cm与0.2... 考虑激光作用过程中材料热物理参数随温度变化的非线性效应,在两维平面内建立了平面应变有限元模型,基于热弹耦合理论数值模拟了脉冲激光线源辐照金属铝板表面激发超声导波的物理过程。数值模拟分别得到了脉冲激光线源在厚度为1 cm与0.2 mm的铝板中激发出的声表面波与Lamb波的时域波形。其中声表面波包括掠面纵波、表面横波与瑞利波3种模式,而Lamb波主要包含低阶对称与反对称模式。最后讨论了不同半宽的激光线源对声表面波以及Lamb波位移信号时域波形的影响,初步建立了线源激光脉冲输入参数与超声导波波形特征之间的对应关系。为激光超声用于材料性能的表征提供了定量的基础。 展开更多
关键词 激光线源 热弹机制 有限元法 导波
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金属-电介质-金属波导耦合开口环形腔的高灵敏度传感特性研究
11
作者 关建飞 陈陶 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1746-1751,共6页
基于金属-电介质-金属(MDM)波导侧向耦合倾斜半环形谐振腔结构,提出了一种结构紧凑且具有高灵敏度响应的折射率传感器模型。引入与水平方向成70°角倾斜分布的半环腔,可以有效地打破波导耦合谐振腔结构的对称型,激发出更多的谐振模... 基于金属-电介质-金属(MDM)波导侧向耦合倾斜半环形谐振腔结构,提出了一种结构紧凑且具有高灵敏度响应的折射率传感器模型。引入与水平方向成70°角倾斜分布的半环腔,可以有效地打破波导耦合谐振腔结构的对称型,激发出更多的谐振模式。采用有限元法计算出了含金属挡板MDM波导结构耦合有效半径为185 nm的倾斜半环腔结构的透射谱线,三个具有非对称Fano线型的共振透射峰分别出现在594,868及1734 nm的波长位置。透射峰值对应的模场分布揭示了三个透射峰分别对应于半环腔中的三阶、二阶和一阶谐振模式,记为FR3,FR2及FR1。基于半环谐振腔内的1~3阶窄带谐振模与波导内金属挡板产生的宽带反射模之间的耦合干涉效应解释了透射谱线中的非对称Fano透射峰的形成机理。同时基于半环腔中的类FP谐振条件推出了折射率传感灵敏度的近似解析计算公式,揭示了折射率传感灵敏度近似与腔长L呈正比关系,与谐振阶次m成反比关系的规律。通过改变介质层中的折射率参数,得到了透射峰FR3,FR2及FR1的折射率传感响应灵敏度分别为550,840及1724 nm·RIU^(-1)。最后在保持曲率半径不变的前提下,延伸半环腔的弧长构建了开口角为π/2的开口环形腔结构,实现了腔长L的1.5倍增长。数值计算表明开口环形腔耦合MDM波导结构中的三重透射峰折射率传感灵敏度进一步提升到821,1250及2517 nm·RIU^(-1),相对半环腔结构均近似实现了1.5倍的提升。数值结果进一步验证了近似解析公式的有效性。研究结果为实现结构紧凑的高灵敏度折射率传感器设计提供了理论基础。 展开更多
关键词 表面等离激元 MDM波导 Fano谐振 开口环形谐振腔
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涂层-基底系统激光激发表面波的时间-频率分析 被引量:6
12
作者 许伯强 沈中华 +2 位作者 倪晓武 关建飞 陆建 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2004年第6期609-612,共4页
基于Wigner Ville分布的时间 频率分析方法 ,对用有限元方法得到涂层 基底系统中的模拟激光超声信号进行分析 ,得到了在该系统中激光激发的瞬态表面波形的模态和能量分布的特征。只需利用单次测量波形 ,通过群延迟时间估计 ,得到涂层 ... 基于Wigner Ville分布的时间 频率分析方法 ,对用有限元方法得到涂层 基底系统中的模拟激光超声信号进行分析 ,得到了在该系统中激光激发的瞬态表面波形的模态和能量分布的特征。只需利用单次测量波形 ,通过群延迟时间估计 ,得到涂层 基底系统中表面波的群速度分布。时间 频率方法计算群速度只要单个位移时间波形 ,相比传统群速度的计算和测量比较简单。 展开更多
关键词 激光超声 WIGNER-VILLE分布 时间-频率分析 群速度
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近表面弹性性质连续变化材料中激光声表面波的理论研究 被引量:3
13
作者 袁玲 沈中华 +2 位作者 关建飞 倪晓武 陆建 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第10期1769-1773,共5页
基于金属材料近表面层弹性性质(杨氏模量)的连续变化,建立了一种激光在基底上的梯度材料中激发声表面波的理论模型,并用有限元方法模拟了脉冲激光作用于材料上表面激发出的超声波及其传播过程·讨论了表面层厚度的变化以及表面层弹... 基于金属材料近表面层弹性性质(杨氏模量)的连续变化,建立了一种激光在基底上的梯度材料中激发声表面波的理论模型,并用有限元方法模拟了脉冲激光作用于材料上表面激发出的超声波及其传播过程·讨论了表面层厚度的变化以及表面层弹性性质的变化对热弹条件下产生的声表面波波形特征的影响,并分别计算了两种情况下的声表面波的相速度色散,得到了两种情况下声表面波的变化规律· 展开更多
关键词 激光技术 超声学 有限元法 近表面弹性性质 声表面波 色散
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透明薄膜/基底系统激光超声波的有限元数值研究 被引量:3
14
作者 王纪俊 沈中华 +3 位作者 倪晓武 许伯强 关建飞 陆建 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2006年第2期177-180,共4页
在分析了网格大小和时间步长这两个重要参数和求解稳定性的基础上,采用有限元方法建立了透明薄膜/基底系统的热传导方程和热弹性方程的有限元模型。考虑了薄膜和基底的物理参数随温度的变化,得到了激光照射透明薄膜/基底系统温度场空间... 在分析了网格大小和时间步长这两个重要参数和求解稳定性的基础上,采用有限元方法建立了透明薄膜/基底系统的热传导方程和热弹性方程的有限元模型。考虑了薄膜和基底的物理参数随温度的变化,得到了激光照射透明薄膜/基底系统温度场空间分布,由此计算出由热弹效应激发的超声对心波形。结果表明,透明薄膜厚度的增加,会影响到激光激发的对心超声波形;当薄膜厚度增大时,对心超声波形中的双极脉冲波形振幅变大,波形宽度加大。该方法为透明薄膜/基底系统的定量检测和无损评价提供了理论依据。 展开更多
关键词 激光物理 超声 有限元 薄膜/基底系统
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扫描激光激发瑞利波探测材料表面微缺陷 被引量:4
15
作者 石一飞 关建飞 +2 位作者 沈中华 倪晓武 陆建 《测试技术学报》 2008年第1期44-48,共5页
提出了一种无损探测材料表面微小缺陷的新方法,利用移动扫描激光线源在材料表面激发的超声瑞利波,结合自行改进的差分式光偏转探测系统接收该超声波信号,并对该探测系统的测试原理进行了讨论;在利用系统进行实验研究时观察到:当激发激... 提出了一种无损探测材料表面微小缺陷的新方法,利用移动扫描激光线源在材料表面激发的超声瑞利波,结合自行改进的差分式光偏转探测系统接收该超声波信号,并对该探测系统的测试原理进行了讨论;在利用系统进行实验研究时观察到:当激发激光源接近材料表面的人工缺陷时,探测信号的幅度会发生显著变化.通过对信号幅度变化规律的特征分析,可以对材料表面的微小缺陷进行诊断,亦证实了扫描激光线源技术在材料表面微小缺陷无损检测方面具有的应用价值. 展开更多
关键词 激光技术 超声学 扫描激光线源技术 瑞利波 缺陷探测
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光电信息类“电磁场与电磁波”课程教学改革探讨 被引量:1
16
作者 徐恩明 关建飞 倪新建 《教育教学论坛》 2014年第6期42-43,共2页
本文结合教学实践和目前光电信息类本科专业"电磁场与电磁波"课程教学现状,从教学内容、教学方法和考核方式三方面提出了一些改革思路以提高"电磁场与电磁波"课程教学质量和培养新型人才。
关键词 电磁场与电磁波 光电信息类专业 教学改革
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基于微流控光开关的波导结构分析与优化
17
作者 徐宁 陈思 +3 位作者 涂兴华 陈陶 梁忠诚 关建飞 《计算机技术与发展》 2011年第9期121-123,127,共4页
光开关是全光网的关键器件,提出一种全新基于微流控技术的波导型光开关设计。通过电控方法改变光波导结构,实现光路变化。基于有限元方法,重点研究了光开关插入损耗、串扰、透过率等参数,对波导层光传输性能进行评价。优化结果表明,当... 光开关是全光网的关键器件,提出一种全新基于微流控技术的波导型光开关设计。通过电控方法改变光波导结构,实现光路变化。基于有限元方法,重点研究了光开关插入损耗、串扰、透过率等参数,对波导层光传输性能进行评价。优化结果表明,当波导层以一定角度斜交叉时,透过率提高,插入损耗降低,最低降到0.18dB,实现了光开关的结构优化。由于采用微流控技术和有机光学材料,这类开关体积小、结构简单、成本低,易于集成大规模光开关阵列。 展开更多
关键词 光开关 微流控 光波导 有限元
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铝材管道管壁厚度对激光超声信号影响的探究 被引量:2
18
作者 王贵鑫 严刚 关建飞 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2014年第2期260-265,共6页
为了探究管壁厚度对超声信号的产生与探测的影响,采用有限元法建立了理想化的管道模型,分别探究均匀管壁厚度变化和激发源处、接收端处及传播路径上等畸变管壁厚度的变化对超声信号产生的影响。结果表明,当接收端处管壁厚度较薄时,无法... 为了探究管壁厚度对超声信号的产生与探测的影响,采用有限元法建立了理想化的管道模型,分别探究均匀管壁厚度变化和激发源处、接收端处及传播路径上等畸变管壁厚度的变化对超声信号产生的影响。结果表明,当接收端处管壁厚度较薄时,无法探测到可分辨的瑞利波信号;传播路径上管壁厚度变小到一定程度后,高频成分会出现明显的衰减,但随着厚度的增大又会在一定程度内恢复。这一结果对激光超声在柱状、管状材料的无损检测中的进一步应用提供了有益的补充。 展开更多
关键词 激光技术 激光超声 有限元法 无损检测
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金属圆管管壁厚度对瑞利波影响的研究 被引量:2
19
作者 王贵鑫 严刚 关建飞 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2014年第1期58-64,共7页
为了探究管道中瑞利波信号的产生、传播规律,基于热弹激发机制,建立了激光线源在偏心圆管侧面激发超声波的有限元模型,研究了在不同激发源厚度下及不同曲率半径下铝质圆管中瑞利波的产生、传播规律。结果表明,均匀薄管中,管壁厚度在一... 为了探究管道中瑞利波信号的产生、传播规律,基于热弹激发机制,建立了激光线源在偏心圆管侧面激发超声波的有限元模型,研究了在不同激发源厚度下及不同曲率半径下铝质圆管中瑞利波的产生、传播规律。结果表明,均匀薄管中,管壁厚度在一定程度上决定了所产生的超声信号的成分,并且在一定范围内,超声信号也会随着管壁厚度的变化而变化;在非均匀管道中,激发源处的管壁厚度对超声信号的产生有很大影响,能在一定程度上决定超声信号的成分。这一结果对激光超声在管状材料的无损检测中的进一步应用是有帮助的。 展开更多
关键词 激光技术 瑞利波 有限元方法 管状材料
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基于金属-电介质-金属波导结构的等离子体滤波器的数值研究 被引量:13
20
作者 杨韵茹 关建飞 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期273-279,共7页
基于金属-电介质-金属波导结构,提出了一种含双侧多支节型等离子波导滤波器,采用有限元法研究了其透射特性.在该结构的透射谱中观察到了基于电磁诱导透明效应的四个窄带透射峰,并通过模场分布有效阐释了透射谱线中峰值、谷值的产生的物... 基于金属-电介质-金属波导结构,提出了一种含双侧多支节型等离子波导滤波器,采用有限元法研究了其透射特性.在该结构的透射谱中观察到了基于电磁诱导透明效应的四个窄带透射峰,并通过模场分布有效阐释了透射谱线中峰值、谷值的产生的物理机理.数值研究同时表明当每个支节长度线性增加时,透射峰中心波长也将线性增加.这一结果可用于指导可调谐、多通道窄带滤波器的设计. 展开更多
关键词 表面等离激元 金属-电介质-金属波导 电磁诱导透明 滤波器
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