亚波长结构声学参数反演方法研究
亚波长结构对10_6_m的抗反射表面的研制 (2)
时( T M 偏振模式) , 电位移的法向分量连续, 在介面
处媒质的特点突然改变, 因此在浮雕结构周期内电 位移矢量有相同的值, 电场矢量可写为:
E1 = D 1 ,
E2 = D 2 ,
( 1)
平均电场为:
E = ( 1- f ) E1 + f E 2 = 1 - f + f D, ( 2)
1
2
其中 f = a 为填充因子, 1 和 2 分别为入射媒质
和基底媒质的介电常数。等效介电常数
E
K=
(1-
1
f)
2
2+
f
,
1
ห้องสมุดไป่ตู้
( 3)
或为
1 = 1- f + f .
( 4)
EK
1
2
* 国家科委 863 高科技( 863 409) 资助课题。 收稿日期: 2000 03 10; 收到修改稿 日期: 2000 08 09
F ig. 1 Diffractiv e diagram of 1 D surface relief structur e
对于图 2( a) 的转化
= pv
2d
(1- f )
i+ f
!,
( 10)
对于图 2( b) 的转化
基于光栅结构的远场时间反演亚波长源成像
基于光栅结构的远场时间反演亚波长源成像龚志双;王秉中;王任;臧锐;王晓华【摘要】For far-field imaging applications, the imaging resolution of conventional lenses is limited by the diffraction limit because of the exponential decay of high spatial frequency waves. The key to realizing the subwavelength imaging lies in the collection of evanescent informations in far-field region. However, the collection of evanescent waves is not the only thing we need to do. The relation between target position and far-field information is also very important. In this paper, a far-field time reversal subwavelength imaging system is constructed with the help of an evanescent-to-propagating conversion plate, i. e., a grating plate. The designed grating plate is able to convert evanescent waves into propagating waves through the modulation in space-spectrum domain. In order to clearly understand the conversion, a focusing experiment is conducted with two sources and five time reversal mirror antennas. By recording the amplitudes of the time reversal signals in the two source positions, we can see that the amplitude of the refocusing signal at the original source position is much larger than that of the other signal. Through numerical simulation and experiment, the conversion of evanescent wave into propagative wave is proved finally. Then, according to the self-conjugation property of time reversal, the result of self-conjugation for channel response in complex environment is nearly the same as an impulse function. The image of source target can bereconstructed without exact prior knowledge of the expression of the spatial channel response. In order to exemplify the super resolution property of our designed system, experiments with simulation data and experimental data are executed with and without our designed grating plate, respectively. For imaging applications, we first record the forward signals received by the time reversal mirror antennas, and then record the refocusing field distribution on the imaging plane to obtain the image of the target. In the reconstruction process, another thing we need to notice is that the original sources should be removed. This is because in a real imaging application, we cannot know the exact position of target inadvance. The imaging results show that the resolution of our imaging system has overcome the diffraction limit. Compared with the imaging resolution of the imaging system without the grating plate, the imaging resolution of the system with our designed grating plate is improved obviously. Since this kind of method overcomes the intrinsical diffraction limit by transmitting evanescent information to far-field region in a way of converting them into propagative waves. This kind of method offers us a promising alternative to microwave far-field subwavelength imaging applications.%针对远场微波成像所存在的瑞利极限,分析了实现亚波长成像的关键因素;继而通过设计光栅结构将近场的凋落波转化为传输波,实现了将凋落信息传输到远场区域;之后结合所设计的辅助光栅结构,构建了一套基于时间反演技术的远场成像系统.仿真和实验结果表明,所设计的辅助结构能将凋落波转为传输波,并且所构建的成像系统能够分辨出两个相距小于半波长的源目标.整个系统的设计为远场微波超分辨率成像提供了一种新的思路.【期刊名称】《物理学报》【年(卷),期】2017(066)004【总页数】10页(P65-74)【关键词】光栅结构;远场;超分辨率;时间反演【作者】龚志双;王秉中;王任;臧锐;王晓华【作者单位】电子科技大学应用物理研究所, 成都 610054;电子科技大学应用物理研究所, 成都 610054;电子科技大学应用物理研究所, 成都 610054;电子科技大学应用物理研究所, 成都 610054;电子科技大学应用物理研究所, 成都 610054【正文语种】中文针对远场微波成像所存在的瑞利极限,分析了实现亚波长成像的关键因素;继而通过设计光栅结构将近场的凋落波转化为传输波,实现了将凋落信息传输到远场区域;之后结合所设计的辅助光栅结构,构建了一套基于时间反演技术的远场成像系统.仿真和实验结果表明,所设计的辅助结构能将凋落波转为传输波,并且所构建的成像系统能够分辨出两个相距小于半波长的源目标.整个系统的设计为远场微波超分辨率成像提供了一种新的思路.自从瑞利极限被提出以来,远场的超分辨率成像一直都是备受关注的一个课题.瑞利极限表明,传统远场光学成像分辨率的极限大约为半个波长[1].究其原因是包含有结构亚波长信息的凋落波无法有效地传输至远场区域,其幅度会随着传播距离的增加而呈指数衰减[2],从而导致实际上在远场区域获取到的目标信息是经历过巨大衰减的,距离目标的距离越远,衰减量就越大.但是对于传统的光学成像,判断目标信息的唯一标准是场幅值的大小,从而就导致了传统远场光学成像分辨率极限的出现.对于广义的探测,其目的是利用得到的信息反推出目标的相关信息.只要掌握了目标信息和测量得到的信息之间的一一对应关系,即可推知目标的相关信息.并且,如果我们利用的对应关系不是传统光学中的位置与幅度之间的对应关系,那么成像的分辨率就不会受半波长极限的限制.为了有效地解决远场的高分辨率成像问题,学者们提出了两类办法.其一,设法找到其他的一一对应关系,比如利用位置和频率的对应关系[3,4].但是,目前此方面的研究利用的都是离散频率值和位置之间的对应关系,从而导致此类方法得到的成像点是一系列与结构对应的固定离散点,即意味着目标所处的位置只能取固定的某些位置,这对部分成像应用而言是不可接受的.其二,利用与光学类似的对应关系,设法将凋落信息以另一种形式传输到远场区域[5-8].实际上凋落波的传播仅仅是呈指数衰减,并不是完全消失.假如测量手段足够精确,使得我们能够完全精确地测量出微小的凋落波分量,那么根据精确的凋落波传播规律,实现超分辨率成像是有可能的.但实际中,至少到目前为止,这样的做法是不现实的.目前的主要做法是将凋落波转化为传输波,这样再根据凋落波的转化规律,即可反推出目标的信息.这种做法的好处是凋落波的转化通常针对的是处于特定谱范围内的场,而谱域与空间域的对应关系并不是离散的一一对应关系,从而使得成像的分辨率是连续可变的,也就避免了前述方法所遇到的离散分辨率问题.在微波频段,由于波长较长的原因,无法简单套用光学中的办法直接根据场幅值推知目标所处的位置信息.时间反演(time reversal,TR)技术的出现能很好地解决这个问题.起源于声学的时间反演技术于2004年被引入到电磁领域.研究表明时间反演场能自适应地聚焦于初始源所处的位置处,相当于提供了一种很好的逆问题求解方法.这一优良性质使得TR技术被迅速地应用于成像处理[9-12].本文根据上述的第二类方法,并结合TR技术,设计了一套具有远场超分辨率特性的微波成像系统.本文首先设计了一种能够将凋落波转化为传输波的辅助光栅结构,并从理论上分析了所设计结构的工作原理,继而提出了相应的TR成像处理方法,最后给出了相应的仿真和实验结果以验证所设计系统的成像效果.2.1 凋落波转换结构的设计和分析本文所设计的凋落波转换结构如图1所示,它是由一块具有周期凸起的金属板结构所构成,其中a代表空气间隙的宽度,d代表周期大小.对于任一给定的高度h,沿光栅结构表面传播的电磁波的色散关系可以表示如下[13]：式中k0表示相应电磁波在真空中的传播常数,kx表示沿结构表面传播的表面波的传播常数.对于无限周期的光栅结构,沿结构表面传播的电磁波的色散特性曲线可由CST软件的本征模求解器计算得到,结果如图2所示.图中所示为结构尺寸中的h分别为5 mm和10 mm情况下的色散曲线,虚线代表的是真空中相应电磁波的色散曲线,其余的参数值大小如表1所列.从图2中可以看出,同一频率下表面波的传播常数要比真空中相应电磁波的传播常数大,这就意味着表面波在结构法向属于凋落波.根据电磁波需要满足的边界条件,只有凋落波才能耦合到相应光栅结构的表面波中.同时,根据传播常数与传播波长的关系,表面波的色散曲线离真空中的色散曲线越远,激励起来的表面波模将具有更大横向传播常数.根据一一对应的关系,在反推回去的时候能够得到的最终成像分辨率也就会越高.对于有限尺寸的光栅结构,Z方向的截断边界条件会使得表面波在Z方向形成Fabry-Perot谐振.而在X方向,整个光栅结构相当于一个周期系统.根据Floquet定理,在光栅结构表面传播的电磁波的每一个模式的场都可以表示成为无限多个谐波的叠加,其中第n次谐波的传播常数kxn满足以下关系：其中kd=2π/d代表光栅波矢的大小.对于一个任意源,其辐射出来的电磁波通常包含连续的波谱.因此根据以上关系,传播常数处于(-k0+nkd,k0+nkd)范围内的凋落波在经过-nkd的调制后传播常数将会处于(-k0,k0)的范围内,即意味着会被转化为传输波.这即是凋落波转化为传输波的基本原理.为了对有限尺寸带来的效果有更直观的理解,我们利用商业软件CST的时域求解器对所设计的光栅结构进行仿真分析.首先将一个偶极子源置于一个12 mm厚的光栅板(其中h为10 mm)的上方1 mm处,然后用一中心频率为5.5 GHz的调制高斯信号(持续时间为1 ns)作为激励信号馈入到源偶极子处.之后通过在远场(与源天线处于同一平面并且距离偶极子源300 mm处)设置探针即可得到对应的远场接收信号,结果如图3所示.可以看到接收到的时域信号持续时间超过了20 ns,相比发射信号,其持续时间扩展了20多倍,这从一方面反映了结构谐振的特性.另外从频谱方面可以看到,远场接收信号有三个峰值点.同时,观察如图4所示的近远场转换效率曲线,可以注意到其也具有三个峰值点,并且对应的频率值与远场接收信号频谱的三个峰值点所处频率值完全一样.事实上,远场接收信号只有三个来源,直接由发射天线传播过去的信号,光栅结构的散射传输信号以及由光栅结构转化后传播过去的原近区凋落波信号.为了直观地观察光栅结构对凋落波的转换情况,我们分别计算了有光栅和无光栅情况下的近远场转换效率.其中有光栅结构存在情况下的转换效率是在剔除掉光栅结构的散射传输信号的情况下计算得到的,这样做的目的主要是为了能够更直接地观察到光栅结构对凋落波的转换效果.对比两种情况下的近远场转换效率曲线(即图4所示)可以看到,远场信号的频谱峰主要来源于经由光栅结构转换的凋落波散射信号.图5所示为对应三个谐振峰所处频率处的光栅结构近场(距离结构上表面1 mm处的XZ平面)电场分布图.从图中可以很明显地看到Fabry-Perot谐振的出现.正是由于光栅结构尺寸的有限性,使得Fabry-Perot谐振能够出现,进而使得对应谐振频点的凋落波转化效率得以提升.换言之,光栅结构尺寸的有限性以及结构的周期性导致了经由凋落波转化而来的远场传输波传播常数的定量化.接下来,充分利用这部分在远场接收到的凋落信息并结合TR技术,即可在远场得到目标源的成像结果.2.2 时间反演成像方法TR技术具有能够将波形在时间和空间维度上同时聚焦于初始源位置处的特性,根据该特性能够很方便地重构成像目标的图像.通常的TR实验一般包含以下几个步骤：首先,处于待聚焦位置处的源发射一个信号;然后用几个接收单元将辐射信号记录下来,这组接收单元一般称之为时间反演镜(time reversal mirror,TRM);最后,将TRM 接收到的信号进行时域上的反转并经由相同的TRM单元重新发射出来.在经过以上步骤之后,电磁波即会在某一时刻聚焦于初始源位置处.本文考虑的是对源目标进行成像,因此成像的过程实际分为两步.首先是辐射信号的收集过程.利用TRM单元对源目标的远场辐射信号进行收集.假设发射信号为x(t),空间传输信道为h(r,r′,t),那么TRM单元的接收信号y(r,t)即为其中r′代表初始源所处的位置,⊗代表卷积操作.之后是反演成像阶段,利用收集到的y(r,t)信息进行目标图像的重构.将y(r,t)进行时间上的反转并经由相同的TRM单元发射出去,那么空间中的反演场分布为当空间信道足够复杂时,自卷积是远大于互卷积的[14],即意味着yTR(r′′,t)的值会在r′′=r′时达到极大值,也就是说反演场会在目标所在位置处有明显聚焦斑,据此即可判断目标所处的位置.根据时间反演电磁波的这种自适应聚焦特性,即便我们不知道源与远场信息具体的一一对应关系表达式h(r,r′,t),只要将接收到的信号进行反演并重新发射,电磁波会自动汇聚于初始源所在的位置.整个实验的具体操作过程我们将在下面进行详细的描述.首先我们对凋落波的转化进行实验验证.实验系统的框图和仪器连接示意图见图6.两个沿X轴分开12 mm的近场偶极子源T1和T2摆放在结构上方1 mm处.首先,用一个中心频率为5.5 GHz(3—8 GHz)的调制高斯信号激励偶极子T1,然后用5个置于偶极子远场(处于XZ平面并距离偶极子1 m远)的TRM单元将传播信号记录下来;之后将5个TRM单元的接收信号分别进行时间上的反转并由相同的TRM单元再次发射出去;最后将偶极子T1和T2接收到的反演信号分别记录下来.在实际实验时考虑到任意波形发生器(arbitrary waveform generator,AWG)和数字串行分析仪(digital serial analyzer,DSA)的通道数是有限的,结合天线传播的互易性,实际的具体实验步骤如下.1)令m=1.2)将TRM天线置于m号TRM天线所处位置并馈入发射信号,分别将偶极子T1和T2的接收信号记录为S1m(t)和S2m(t).3)将S1m(t)和S2m(t)分别进行时间上的反转得到S1m(T-t)和S2m(T-t),并分别再次馈入到TRM天线中并记录T1和T2的接收信号,其中T为S1m(t)的总持续时间.当馈入的是S1m(T-t)时,T1和T2的接收信号分别记为和当馈入的是S2m(T-t)时,T1和T2的接收信号分别记为和4)令m=m+1,并重复步骤2,3直至m达到TRM天线的总数量5.5)将对m进行求和即得到T1作为初始源时T1接收到的反演信号.类似地即可分别得到T1作为初始源时T2接收到的反演信号及T2作为初始源时T1和T2分别接收到的反演信号.图7所示为实验时T1单独作为初始源时远场TRM单元在正向过程接收到的信号的频谱,可以看到极值点所对应的频率值与仿真结果基本是一致的.图8所示为仿真实验以T1作为初始源的情况下有光栅结构和无光栅结构情况下T1和T2分别接收到的反演信号.未加光栅结构时T1和T2接收到的反演信号幅度比约为1.7,加了结构之后相应的幅度比为5.7.可以很明显地看出加了光栅结构对聚焦效果的提升.图9所示为相应的实验结果.当光栅结构不存在时,T1和T2接收到的反演信号幅度分别为0.0716 V和0.0572 V,其信号幅度比仅为1.2517.两个偶极子的接收信号幅度基本相当,此时我们很难通过偶极子的接收TR信号幅度来判断哪个才是源偶极子,因而此时我们认为这两个偶极子是不可分辨的.在有光栅结构存在的情况下,经过TR操作后T1和T2接收到的信号最大幅度分别为0.0972 V和0.0348 V,T1接收到的信号幅度是T2接收信号幅度的2.8倍.在这种情况下,我们认为两个源是可分辨的,因为仅仅通过偶极子接收到的TR信号幅度即可很轻易地判断出哪个偶极子是源偶极子.整个实验结果表明,通过引入光栅结构,原本不可分辨的两个源变成了可分辨的.这从另一个层面反映了已有凋落波通过光栅结构被转化为传输波的事实.接下来我们考虑成像过程.实验中两个源天线被当作两个待成像的目标,整个实验系统的摆放与前面进行凋落波转化验证实验时的摆放是完全一致的.在辐射信号接收阶段,仍然用一个中心频率为5.5 GHz的调制高斯信号作为激励源信号,但这次是同时激励两个源偶极子.在反演成像阶段,我们将两个初始源去掉,这主要是为了使得成像过程与实际对应,因为要对某个目标进行成像,实际上是不可能预知目标所处的具体位置的.之后将TRM单元的接收信号进行时间上的反转,然后再馈入到相同的TRM单元并对反传过程进行CST仿真.最后通过记录聚焦时刻在成像平面上的电场分布即可得到成像结果,如图10所示.作为对比,我们同时给出了在没有光栅结构存在的情况下由同样的方法得到的实验成像结果图,以及相应的由仿真数据处理得到的成像结果图.从仿真数据结果图10(a)和图10(b)可以清晰地看到,原本完全无法分辨的两个源目标,在有了光栅结构的辅助之后可以很清楚地分辨开.相比之下,图10(c)和图10(d)所示的实验数据成像结果则变差.在光栅结构不存在的情况下,整个成像图上出现了几个伪目标,完全无法判断出目标实际所在的位置;而在有光栅结构存在的情况下,通过成像结果图的轮廓尚能判断出目标所在位置.造成图像变差的主要原因是环境噪声,需进一步研究改善方法.本文设计了一套基于TR技术的远场成像系统.在近场光栅结构的辅助下,源目标所辐射的凋落波成功地被转化为传输波并在远场被TRM单元记录下来.基于TR的聚焦实验从侧面验证了这一点.接下来,本文利用TR技术对仿真和实验数据分别进行了成像处理,成功地分辨出两个相距12 mm(约为中心波长的1/5)的源目标.由于实验并不是在暗室里进行的,实验结果相对仿真数据结果有一定的差异,下一步会进一步改善研究方法.相比利用谐振单元组合或者是双曲透镜进行远场超分辨成像的方法而言,本文所提出的成像系统依据的是空间谱域的转换,对目标源的空间位置没有严格的限制,其应用场景更为广泛.本文的下一步工作将集中于给出更为精确的理论分析,以期获得更为精确和稳定的成像结果.[1]Abbe E 1873Arch.Mikroskop.Anat.9 413[2]Zhang X,Liu Z W 2008Nat.Mater.7 435[3]Wang R,Wang B Z,Gong Z S,Ding X 2015Sci.Reports5 11131[4]Jouvaud C,Ourir A,Rosny J 2014Appl.Phys.Lett.104 243507[5]Gao Q,Wang B Z,Wang X H 2015IEEE Trans.Antenna Propag.63 5586[6]Ourir A,Fink M 2014Phys.Rev.B89 115403[7]Durant S,Liu Z,Steele J,Zhang X 2006J.Opt.Soc.Am.B23 2383[8]Liu Z,Lee H,Xiong Y,Sun C,Zhang X 2007Science315 1686[9]Lerosey G,Rosny J,Tourin A,Derode A,Montaldo G,Fink M2004Phys.Rev.Lett.92 193904[10]Zhou H C,Wang B Z,Ding S,Ou H Y 2013Acta Phys.Sin.62 114101(in Chinese)[周洪澄,王秉中,丁帅,欧海燕2013物理学报62 114101][11]Chen Y M,Wang B Z,Ge G D 2012Acta Phys.Sin.61 024101(in Chinese)[陈英明,王秉中,葛广顶2012物理学报61 024101][12]Chen Y M,Wang B Z 2012Chin.Phys.B21 026401[13]Pendry J B,Martin-Moreno L,Garcia-Vidal F J 2004Science305 847[14]Smith S W 1997The Scientist and Engineer’s Guide to Digital Signal Processing(Second Edition)(California：California TechnicalPublishing)p132PACS:41.20.Jb,42.25.Bs,84.40.Ba DOI:10.7498/aps.66.044101For far-field imaging applications,the imaging resolution of conventional lenses is limited by the diffraction limit because of the exponential decay of high spatial frequency waves.The key to realizing the subwavelength imaging lies in the collection of evanescent informations in far-field region.However,the collection of evanescent waves is not the only thing we need to do.The relation between target position and far-field information is also very important.In this paper,a far-field time reversal subwavelength imaging system is constructed with the help of an evanescentto-propagating conversion plate,i.e.,a grating plate.The designed grating plate is able to convert evanescent waves into propagating waves through the modulation in space-spectrum domain.In order to clearly understand the conversion,a focusing experiment is conducted with two sources and five time reversal mirror antennas.By recording the amplitudes of the time reversal signals in the two source positions,we can see that the amplitude of the refocusing signal at the original source position is much larger than that of the other signal.Through numerical simulation and experiment,the conversion of evanescent wave into propagative wave is proved finally.Then,according to the self-conjugation property of time reversal,the result of self-conjugation for channel response in complex environment is nearly the same as an impulse function.The image of source target can be reconstructed without exact prior knowledge of the expression of thespatial channel response.In order to exemplify the super resolution property of our designed system,experiments with simulation data and experimental data are executed with and without our designed grating plate,respectively.For imaging applications,we first record the forward signals received by the time reversal mirror antennas,and then record the refocusing field distribution on the imaging plane to obtain the image of the target.In the reconstruction process,another thing we need to notice is that the original sources should be removed.This is because in a real imaging application,we cannot know the exact position of target inadvance.The imaging results show that the resolution of our imaging system has overcome the diffraction limit.Compared with the imaging resolution of the imaging system without the grating plate,the imaging resolution of the system with our designed grating plate is improved obviously.Since this kind of method overcomes the intrinsical diffraction limit by transmitting evanescent information to far-field region in a way of converting them into propagative waves.This kind of method offers us a promising alternative to microwave far-field subwavelength imaging applications.。
光声信号亚波长成像分辨率的分析与实现
光声信号亚波长成像分辨率的分析与实现TANG Shuai;WEN Ting-dun;HAN Jian-ning【摘要】为提高光声成像的亚波长分辨率,探究了光声信号产生的机理,并对其亚波长分辨率进行了傅里叶分析,发现普通正折射率透镜难以对携带诸多物质细节信息的倏逝波进行成像,通过COMSOL Multiphysics有限元模拟软件对声学超透镜进行建模和仿真,结果发现在该声学透镜对声波的调控作用下,倏逝波在近场区域能够实现较好的成像效果,在对样品进行制备与测试后,实验与仿真效果基本吻合,证实了该声学透镜的实用性.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2018(018)036【总页数】6页(P160-165)【关键词】声子晶体;光声成像;负折射率;声透镜【作者】TANG Shuai;WEN Ting-dun;HAN Jian-ning【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】O426.5光声成像技术是声学与光学两大基础物理学科相交叉的一项前沿科学研究[1—5]，其成像的主要参数依据便是物质的光吸收系数，故而其成像特性具有较高的识别度。
由于成像信息的载体是高频超声波，所以光声成像技术与已有的超声成像具有一定的相似性，即能够获取高分辨率的深层组织影像，这使其在生物医学等领域具有广泛的应用前景。
目前在医学成像过程中仍存在一大关键问题：当生物组织受到光波照射后会散射出携带其内部信息的波，这些光波既有传输波又有倏逝波，且它们具有不同的波矢，虽然传输波能向远场传输，但其只记录了生物组织粗略几何形貌的信息特征，而承载其物理形态及化学成分等亚波长信息的倏逝波衰减非常快，只能在近场区进行局域，所以通常很难通过传统的透镜获取此类信息。
针对此种问题，本文提出设计具有负折射率的声学超透镜[6]来提高光声信号的分辨率，对携带更多物质细节信息的倏逝波进行成像，从而突破传统的远场成像手段，实现亚波长分辨率的近场成像效果。
1 光声信号分析光声信号的产生原理如图1所示，其核心即在于当生物组织受热超过一定阈值后，便会产生高频超声信号，而去除激光脉冲后，由于温度下降又会释放热流，如此往复便生成了周期性的超声信号。
声学反演法测量颗粒介质中的参数—原理及应用
声学反演法测量颗粒介质中的参数—原理及应用
钱祖文
【期刊名称】《应用声学》
【年(卷),期】1993(012)004
【摘要】本文讨论了声学反演法测量颗粒介质参数的原理和它在粒度浓度仪以及其它参数测量仪方面的应用.该原理要求正确的声传播理论公式和一定精度的频带声场测量数据,利用最优化方法反推出待测参量.为此,本文着重叙述了颗粒介质中的声传播理论梗概、声场测量方法及最优化及演原理.此外,还对一些应用场合作了阐述.
【总页数】9页(P1-9)
【作者】钱祖文
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TB52
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时间域跨孔雷达全波形反演及实际应用
时间域跨孔雷达全波形反演及实际应用孟旭;刘四新;吴俊军;傅磊;邓莉【摘要】通过对目标函数求导的方式详细推导了时间域全波形反演的梯度公式,并使用共轭梯度法同时迭代介电常数和电导率.将该方法应用到一组合成数据和实际数据中,合成数据结果表明全波形反演能够准确刻画地层结构,精确重建亚波长尺寸异常体的位置和参数信息.实际数据的反演结果证明全波形反演能够反映地层中的细微结构,提供高分辨率的反演结果,其波形比配结果也更准确.【期刊名称】《世界地质》【年(卷),期】2016(035)001【总页数】8页(P256-263)【关键词】全波形反演;介电常数;电导率;跨孔雷达【作者】孟旭;刘四新;吴俊军;傅磊;邓莉【作者单位】吉林大学地球探测科学与技术学院,长春130026;吉林大学地球探测科学与技术学院,长春130026;中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司新兴物探开发处,河北涿州072751;吉林大学地球探测科学与技术学院,长春130026;吉林大学地球探测科学与技术学院,长春130026【正文语种】中文【中图分类】P631.31近年来，探地雷达方法在环境、水文及工程物探中得到广泛应用[1--8]。
跨孔雷达通过在两个相邻钻孔中分别放置发射天线和接收天线来采集包含地层信息的直达波，该直达波包含了地下介电常数(ε)和电导率(σ)分布信息。
传统的跨孔雷达成像方法大都基于射线理论，如走时反演和第一周期最大振幅反演[9--14]。
由于只考虑了部分信号信息，这些成像方法的分辨率近似为第一菲涅尔带的直径[15]。
跨孔雷达全波形反演能够利用完整的波形信息，因而可以提供亚波长级别的地下介质分布图像。
20世纪80年代Tarantola等人提出了基于广义最小二乘反演理论的时间域全波形反演方法[16,17]。
80年代末90年代初Pratt等人将全波形反演理论推广到频率域，形成了频率域全波形反演方法[18,19]。
但波形反演在探地雷达领域的应用起步较晚[20--25]，尚在发展阶段。
亚波长周期结构与多层增透膜反射特性的比较
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鱼卫星;卢振武;等
【期刊名称】《光学精密工程》
【年(卷),期】2001(009)001
【摘要】为解决光学系统中普遍存在的菲涅耳反射问题，利用严格耦合波法设计、分析了一种三维轮廓亚波长结构，然后把计算结果同多层反射膜的增透特性进行了比较，结果表明该结构在很宽的波段上尤其是远红外波段上的抗反射特性要远远好于多层膜，其反射率基本上能控制在0.2%以内；并且这种结构反射率的变化随入射光波入射角的偏离在40°以内能保持在1%以下，而多层膜只能在30°以内勉强
做到这一点。
【总页数】4页(P10-13)
【作者】鱼卫星;卢振武;等
【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,;Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences,
【正文语种】中文
【中图分类】O484.4
【相关文献】
1.二维抗反射亚波长周期结构光栅的设计分析 [J], 曹召良;卢振武;李凤友;张慧娟;孙强
2.浅议亚波长周期结构的超强光透射问题 [J], 张婷
3.亚波长光栅的零级反射特性研究 [J], 饶小红;蔡继光;沈国土;杨宝成;张泽全;郑继红;庄松林
4.亚波长结构的抗反射特性三维TLM方法模拟 [J], 刘汉玉;王庆康
5.亚波长周期结构抗反射介质光栅的衍射特性 [J], 曹召良;卢振武;李凤有;任智斌;刘玉玲
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光波段亚波长结构的辐射特性研究的开题报告
光波段亚波长结构的辐射特性研究的开题报告一、研究背景及意义随着科技的发展和人类对于更高清晰度影像的需求，纳米级别的光亚波长结构被广泛关注和研究。
在光学领域中，光波长通常被认为是光学的极限分辨率，然而，亚波长级别的物体结构可以改变光场的传播特性，进而使得照射该结构的光的能量在不同方向上有不同的反射、折射和透射，形成有趣的光学现象。
在实际应用中，光亚波长结构的应用涵盖了许多领域，如光学成像、显示技术、激光技术和光通信等。
例如，在纳米光栅结构的表面，可以实现超分辨率成像；在太阳能电池和LED器件中，利用光亚波长结构可以提高其光吸收率和光取出效率；在激光器和光纤传输系统中，光亚波长结构的应用也被研究来提高光的耦合效率。
二、研究内容和方法本论文旨在研究光波段亚波长结构的辐射特性，包括其反射、透射和散射等方面。
通过建立数学模型，分析亚波长结构对于入射光波的影响，研究其反射率和透射率的变化规律，并对其在不同波长下的散射特性进行探究。
同时，结合有限元方法和数值计算技术，对模型进行仿真和优化设计，以实现对亚波长结构的调控和改进。
三、研究意义和预期成果本研究对于光波段亚波长结构的物理特性有较深入的了解，可以为相关领域中的实际应用提供理论参考和实验指导，优化设计并控制光场的传播行为，提高器件的性能和效率。
预期成果包括：1）建立光波段亚波长结构的数学模型；2）通过数值计算和模拟，分析亚波长结构在不同波长下的反射、透射和散射特性；3）提出亚波长结构的优化设计方案，实现对其光学特性的调控和改进。
四、研究进度安排第一年：1）收集相关文献，熟悉相关光学物理和有限元方法；2）建立数学模型，分析光波段亚波长结构的反射、透射和散射特性；3）进行数值计算和模拟，验证模型的有效性。
第二年：1）设计并优化亚波长结构的光学性能；2）通过实验验证模型和仿真结果的准确性；3）开展论文撰写和修改工作。
第三年：1）完成论文写作和论文答辩准备；2）撰写学术论文并投稿到相关期刊；3）参加有关学术会议，进行交流和讨论。
亚波长结构在微波器件中的应用的开题报告
亚波长结构在微波器件中的应用的开题报告一、选题的背景及意义亚波长结构是一种能够有效控制电磁波传输和分布的微型结构，其尺寸远小于传统微波器件的工作波长。
亚波长结构因其良好的微观特性和性能，在微波器件中具有广泛的应用前景，如滤波器、天线、调制器、功分器等。
随着微型化和复杂化的发展趋势，亚波长结构技术正在成为微波器件研究的热点之一。
二、选题的内容和研究方法本文主要研究亚波长结构在微波器件中的应用。
首先介绍亚波长结构的基本理论和特性，包括其对电磁波的透射、反射、反射相移等影响。
然后，介绍亚波长结构在微波器件中的应用，探讨其在滤波器、天线、调制器、功分器等方面的应用，并分析亚波长结构在这些微波器件中的优缺点。
最后，结合实例，探讨亚波长结构的设计方法和制备技术，以及未来亚波长结构技术在微波器件中的应用前景。
研究方法主要包括文献综述法和实验验证法。
文献综述法主要是通过研究文献资料，综合分析亚波长结构在微波器件中的应用现状、发展趋势、优缺点等方面的内容，对亚波长结构的应用进行深入的研究和探讨。
实验验证法主要是通过实验数据的采集和分析，验证亚波长结构的设计方法和制备技术的有效性和可行性，并为亚波长结构的应用提供实验依据。
三、预期的研究成果和意义预期的研究成果主要包括：1.深入探讨亚波长结构在微波器件中的应用现状和发展趋势。
2.分析亚波长结构在滤波器、天线、调制器、功分器等方面的应用及其优缺点。
3.探讨亚波长结构设计方法和制备技术。
4.通过实验数据的采集和分析，验证亚波长结构的设计方法和制备技术的有效性和可行性。
研究意义主要表现在以下几个方面：1.对推动微波器件领域的发展具有一定的指导和帮助作用。
2.对亚波长结构技术的发展和应用具有一定的推动作用。
3.对加速微波器件技术的创新和提高器件性能具有一定的推动作用。
4.为未来亚波长结构技术在微波器件中的应用提供了科学的理论基础和实验参考。
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亚波长结构声学参数反演方法研究
亚波长结构声学参数反演方法研究
在当代科技快速发展的时代，声学参数反演技术越来越得到广泛应用。
亚波长结构声学参数反演方法是一种新兴的研究领域，它在声学参数
反演领域具有独特的优势和应用潜力。
本文将对亚波长结构声学参数
反演方法进行全面评估，并探讨其在实际应用中的前景。
一、亚波长结构声学参数反演方法的定义和特点
亚波长结构声学参数反演方法是指一种将亚波长结构作为声学参数反
演的基础的方法。
亚波长结构是一种具有特殊设计的结构，它的特点
是结构尺寸远小于入射波长。
相比传统的声学参数反演方法，亚波长
结构声学参数反演方法具有以下几个特点：
1. 高分辨率：亚波长结构的尺寸远小于入射波长，因此可以得到更高
的空间分辨率。
这意味着可以对细微的声学参数变化进行更精确的反演，从而提高了反演结果的准确性。
2. 宽频带：亚波长结构同时适用于多个频率范围，而不受限于特定的
频率范围。
这使得亚波长结构声学参数反演方法具有更广泛的适用性，
能够同时反演不同频率范围内的声学参数。
3. 多功能性：亚波长结构可以通过设计和调整结构参数来实现不同声
学参数的反演。
这种灵活性使得亚波长结构声学参数反演方法可以适
用于不同的声学参数反演问题，并能够根据具体需求进行优化。
二、亚波长结构声学参数反演方法的研究进展
亚波长结构声学参数反演方法的研究一直在不断深入和发展。
目前已
经有许多研究者在这一领域做出了一系列重要的贡献。
以下是对一些
研究进展的总结和回顾：
1. 声学参数反演理论模型的建立：亚波长结构声学参数反演方法的研
究首先需要建立合适的理论模型。
研究者们通过数值计算和理论分析，建立了具有亚波长特点的结构的参数反演模型，并探索了不同参数的
亚波长结构对声学参数的反演效果。
2. 实验研究和数值仿真：为了验证亚波长结构声学参数反演方法的可
行性，研究者们进行了一系列的实验研究和数值仿真。
他们设计并制
作了不同类型的亚波长结构，并通过实验和仿真对其声学参数进行反演，得到了一系列鼓舞人心的结果。
3. 应用案例分析：亚波长结构声学参数反演方法的实际应用案例也得
到了广泛的研究。
研究者们利用亚波长结构声学参数反演方法对地下
介质、材料结构等进行了反演，取得了一些令人满意的结果。
这些应
用案例证明了亚波长结构声学参数反演方法在实际工程和科学研究中
的重要性。
三、个人观点和理解
从目前的研究进展来看，亚波长结构声学参数反演方法在声学参数反
演领域具有巨大的应用潜力。
它的高分辨率、宽频带和多功能性使其
能够适用于各种声学参数反演问题，并为实际应用提供了新的思路和
解决方案。
然而，亚波长结构声学参数反演方法也面临着一些挑战。
亚波长结构
的设计和制作需要高超的技术水平和复杂的工艺流程。
亚波长结构声
学参数反演方法对数据处理和算法优化也提出了一定的要求。
在我看来，未来的研究可以从以下几个方面展开：一是进一步完善亚
波长结构声学参数反演方法的理论基础和数值模型；二是探索更高效、精确的亚波长结构制备技术；三是研究数据处理和算法优化方法，提
高亚波长结构声学参数反演方法的准确性和效率。
亚波长结构声学参数反演方法是一种有价值的研究领域，它在声学参
数反演领域具有广阔的应用前景。
随着技术的进一步发展和研究的深
入，亚波长结构声学参数反演方法将会在科学研究和工程实践中发挥越来越重要的作用。