兰州理工大学学报

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基于PF-LBM模型的自然对流影响枝晶生长模拟

朱昶胜, 曹雅星, 雷鹏, 冯力, 马芳兰

2022 (4): 1-10.

摘要 ( 297 )

PDF(9844KB) ( 197 )

基于二元合金枝晶生长的相场模型,建立耦合流场、温度场和溶质场等物理外场的多元合金相场模型,模拟了单晶粒和多晶粒在自然对流作用下的生长,观察了枝晶凝固过程中的枝晶形貌、流场以及溶质场的变化.研究发现:温度梯度和浓度梯度改变引起自然对流,使枝晶整体的对称性遭到破坏,上游枝晶尖端生长受到促进,生长速度大于下游,水平方向枝晶尖端生长速度介于上下游之间,二次枝晶臂生长速度、浓度与一次枝晶臂基本相同,能量起伏和结构起伏使枝晶受到的影响更加明显.此外,随着各向异性强度增加,枝晶尺寸变大,生长速度加快,主枝晶臂变细,内部凹陷变明显,尖端变尖锐,二次枝晶臂间距增大.当单晶粒各向异性强度为0.05时,出现明显的“颈缩”现象,多晶粒在各向异性强度为0.03时,出现明显“颈缩”现象.

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工艺参数对Ni60-Cu/BaF₂·CaF₂定向结构涂层组织和性能的影响

王毅, 殷翔, 周凯, 王新民, 王新华, 任军强

2022 (4): 11-18.

摘要 ( 140 )

PDF(3869KB) ( 412 )

采用氧乙炔火焰喷涂+感应重熔+强制冷却相结合的复合技术制备了Ni60-Cu/BaF₂·CaF₂定向结构复合涂层,研究了感应重熔参数对Ni60-Cu/BaF₂·CaF₂定向结构复合涂层组织结构、元素分布、微观硬度的影响.研究表明:过低的感应重熔功率(7 kW)不能提供涂层足够的熔化热,不能保证涂层完全的熔融状态,过高的感应重熔功率(15 kW)导致过高的热输入,使基体元素向涂层过量扩散以及组织粗大,硬度降低.当感应重熔功率为10 kW时,定向结构涂层获得了良好的微观组织,涂层中组织致密且柱状晶明显,涂层与基体间的冶金结合带也较为平整,且涂层的硬度值较高.

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复杂“星形”表面活性聚合物自组装行为的耗散粒子动力学模拟

李慧, 王臻煜, 王宁, 魏园园, 赵海涛, 陈振斌, 林巧力

2022 (4): 19-24.

摘要 ( 171 )

PDF(3157KB) ( 193 )

表面活性聚合物因其改变溶液表面张力的功能,广泛应用于医疗以及化工领域.在溶液中表面活性聚合物自组装形成胶束形态决定溶液的流变性,影响自组装结构形成的因素是其研究的热点.采用耗散粒子动力学模拟方法,考察了多臂“星形”表面活性聚合物的自组装结构,通过改变表面活性聚合物链的亲疏水性,亲水基团和疏水基团的种类以及表面活性聚合物结构探索了各因素对“星形”表面活性聚合物自组装行为的影响.结果表明:“星形”表面活性聚合物能够自组装形成球形、层状、柱状/管状及囊泡胶束,溶剂条件、疏水链长度及亲疏水基团种类对胶束形态作用显著,囊泡变形规律受次级拓扑结构作用明显.

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纳米ZnO的温和液相法制备及其光催化性能

吕康乐, 宋俊密

2022 (4): 25-29.

摘要 ( 145 )

PDF(1386KB) ( 344 )

以ZnCl₂作为锌源,采用液相法制备了由粒径约17 nm的氧化锌粒子组合而成的花状六方纤锌矿晶体结构的氧空位缺陷型ZnO纳米材料,对制备的ZnO纳米材料的结构、形貌和成分进行了表征,计算了其禁带宽度,并通过光催化降解亚甲基蓝研究了其光催化性能.结果表明:氧空位缺陷型ZnO纳米材料具有很好的结晶度和形貌,且禁带宽度为3.17 eV,低于普通ZnO的禁带宽度.当光催化降解亚甲基蓝溶液0.5、2.5 h时,降解率分别为20%和80%,降解速度是普通Ag纳米颗粒掺杂氧化锌的4倍,表明制备的氧空位缺陷型ZnO纳米材料具有优异的光催化性能.

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硝酸改性碳微球的制备及电化学性能

寇元哲, 刘浩锐, 赵磊

2022 (4): 30-35.

摘要 ( 142 )

PDF(2605KB) ( 249 )

为了提高碳电极材料的比容量,将悬浮聚合法合成的聚苯乙烯微球经高温碳化后,再通过浓HNO₃液相处理制备改性碳微球电极材料.通过场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、N₂ 吸附解吸仪和傅里叶红外光谱表征所合成碳微球和改性碳微球的形貌和微观结构,以及循环伏安法和恒流充放电法测试改性碳微球电极材料的电化学性能,结果表明:在0.625 A/g的电流密度下改性后碳微球比容量达到246 F/g,且在12.5 A/g的大电流密度下仍然具有比未改性碳微球明显高的比容量.

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基于Gamma过程的金属材料剩余强度退化模型

韦尧兵, 赵成, 张震, 刘俭辉

2022 (4): 36-42.

摘要 ( 221 )

PDF(1341KB) ( 346 )

针对多级载荷作用下零件剩余强度未考虑加载次序的问题,基于Schaff模型,引入载荷次序影响因子,对Schaff模型进行修正,建立考虑载荷加载次序影响的等损伤比剩余强度预估模型.借助Gamma函数的形状参数和尺寸参数对零件的强度退化过程进行描述.采用45^#钢和30CrMnSiA的疲劳试验数据验证模型的准确性.结果表明:修正的等损伤比剩余强度模型预测精度要优于Schaff模型,且Gamma过程与零部件强度退化过程相吻合.

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层合板厚度对桥接和层间断裂韧性影响的研究

张永贵, 马启文, 刘俭辉

2022 (4): 43-48.

摘要 ( 154 )

PDF(3399KB) ( 400 )

复合材料层合板分层扩展行为的准确模拟与分析对层合板结构设计十分重要.针对现有研究未定量描述Ⅰ型层间断裂韧性与层合板厚度之间关系这点不足,借助ABAQUS有限元软件建立平面应变模型,通过对厚度与层数比例的控制,采用迭代方法来确定试样厚度对桥接区牵引分离行为的影响. 同时,考虑内聚力本构关系,利用有限元方法研究厚度为2、4、8 mm的单向碳/环氧复合材料试样层间分层扩展行为.结果表明,层间的稳态断裂韧性随着试样厚度的增加而增加,但初始断裂韧性与厚度无关,进而验证试样厚度对层合板层间断裂韧性的影响,分析结果与实验值有较好的一致性.

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叶片开槽对轴流泵空化性能的影响

赵伟国, 薛子阳, 亢艳东, 程超, 李清华

2022 (4): 49-55.

摘要 ( 168 )

PDF(5356KB) ( 463 )

为探究开槽叶片对轴流泵空化性能的影响,以350ZQ-70-H型潜水轴流泵为研究对象,对其不同空化余量下的流场进行定常和非定常数值模拟,对比分析原模型与改进后模型的速度矢量分布、压力分布、内部空泡体积分数及空泡体积变化等.结果表明:开槽叶片可以改善轴流泵的效率和扬程,提升轴流泵性能;开槽叶片增大了叶片进口处流动面积,降低了叶片进口处流速,使得轴流泵叶轮内压力的分布得到改善,从而对空化产生抑制作用;在空化的各个阶段里,开槽模型的空泡体积分数分布均有所降低,其中空化初始阶段最为明显,相比原模型下降了30.4%,有效抑制了空化的发展,空化性能明显提升.

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基于变权-VIKOR理论的产品外观方案评价方法研究

李奋强, 殷乐, 张书涛, 卢彦钠, 韩素斌

2022 (4): 56-63.

摘要 ( 164 )

PDF(1022KB) ( 281 )

在功能、材料、结构统一的前提下,针对新产品外观设计方案评价过程中存在的主观模糊性较强、主客观因素配置及配比不合理等导致评价结果具有较大误差的现象,为有效开展产品创新设计方案评价,提出从竞品分析和用户偏好两方面出发的产品外观方案评价方法.首先,运用产品造型相似度计算模型综合分析获得用户感知相似度,将设计方案与竞品的相似度对比,进行设计方案初步筛选;其次,运用熵权、变权理论获取不同认知主体的产品造型评价指标综合权重;最后,将产品造型评价指标综合权重与VIKOR法结合计算产品设计方案的总体排序,由此筛选出评价者满意度较高且与市场竞品相似度较低的产品创新方案.以智能出液器造型方案评价为例,对比不同方法的方案排序结果,验证了该方法模型的科学性和有效性.

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风电场功率曲线异常数据的清洗与建模

曹立新, 刘伟民, 郭虎全

2022 (4): 64-70.

摘要 ( 361 )

PDF(3178KB) ( 497 )

风电场风速功率数据中通常包含大量异常数据,难以反映风机的真实工作情况,影响风电功率预测的准确性,进而造成一定的经济损失.针对该问题,分析异常数据的特征,提出滑差-四分位异常数据剔除方法,并利用高次多项式和Logistic函数对剔除后的数据进行风速-功率曲线建模,最后用和方差、均方根误差和确定系数验证该方法的适用性和有效性.实例分析表明,该方法简单高效、通用性强,可显著提高风电机组功率特性分析的准确度.

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致密油藏多重介质非线性渗流压力响应分析

康浩, 李林凯, 高建, 侯美伶, 刘胜利, 张继敏

2022 (4): 71-75.

摘要 ( 137 )

PDF(1792KB) ( 136 )

为了达到高效开发致密油藏的目的,通过分析致密油藏的介质特点及渗流规律,建立了致密油藏多重介质数学模型,运用牛顿-拉普生迭代法求得了模型的数值解,验证了模型的正确性.分别研究了非线性渗流参数、窜流系数、弹性储容比、边界条件对试井曲线的影响.结果表明,非线性渗流特征主要影响了裂缝与基质之间的物质交换,当大裂缝与小裂缝、大裂缝与基质之间的窜流能力相同时,压力导数曲线上仅出现一个凹子;当窜流能力不同时,压力导数曲线上将会出现两个凹子.基质储容比的增加会同时导致两个凹子深度的增加,而微裂缝储容比的增加仅仅加大了第一个凹子的深度.

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基于轴转矩补偿的永磁伺服系统机械谐振抑制

包广清, 杜赫轩, 祁武刚

2022 (4): 76-82.

摘要 ( 158 )

PDF(2877KB) ( 637 )

柔性传动装置会在交流永磁伺服系统中引发机械谐振,并降低系统的动态性能和控制精度,为此提出一种基于卡尔曼滤波器的轴转矩补偿谐振抑制方法.该方法通过卡尔曼滤波器获得柔性传动装置的轴转矩估计值,将其转化为电流信号并补偿到电流环给定,由此消除柔性传动对电机转速的影响,同时提高了系统的动态性能.最后通过仿真验证了该方法的有效性.

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基于卷积神经网络的壁面清洗机器人障碍物检测识别算法

郭润兰, 史方青, 范雅琼, 何智

2022 (4): 83-89.

摘要 ( 158 )

PDF(4742KB) ( 484 )

结合机器人的工作原理以及卷积神经网络(CNN)在图像分类中的应用,提出了一种基于卷积神经网络的壁面障碍物检测识别算法.首先,以壁面障碍物准确识别为目标,构建壁面障碍物图像库;然后,通过对VGG-16网络简化后进行优化,得到适合壁面障碍物准确识别的卷积神经网络模型.在此基础上,设计该网络由输入层、4层卷积层、2层池化层、1层全连接层以及输出层组成,进一步利用3×3卷积核对训练样本进行卷积操作,并将所获取的特征图以2×2领域进行池化操作.重复上述操作后,通过学习获取并确定网络模型参数,得到最佳网络模型.实验结果表明,障碍物的识别准确率可达99.0%,具有良好的识别能力.

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基于精准k核的复杂网络节点重要性评估方法

卢鹏丽, 许星舟

2022 (4): 90-98.

摘要 ( 214 )

PDF(3023KB) ( 253 )

由于k核存在破坏网络整体结构信息、忽略邻居节点影响力等缺点,导致每个节点难以量化区分.为了提高关键节点的识别精度,首先改进了k核的分解过程,提出了精准k核Ak.考虑到网络中局部特征信息和全局结构信息对节点的影响,将精准k核应用到重力中心性中,并提出了精准重力中心性AGC.信息学中的香农熵在网络关键节点识上具有良好的扩展性,通过结合邻域度中心性、邻域精准k核以及精准重力中心性三者的香农熵,最终提出了混合中心性MC对节点重要性进行多元评估.在7种真实网络下,对MC和其他节点评估指标分别从单调性和准确性上进行了一系列实验,实验结果表明MC具有更好的关键节点识别性能.

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基于IFA优化RBF神经网络的短时交通流预测模型

曹洁, 张敏, 张红, 陈作汉, 侯亮

2022 (4): 99-104.

摘要 ( 174 )

PDF(1281KB) ( 250 )

针对短时交通流不确定性极强引起的预测结果精度低的问题,提出一种改进萤火虫算法(IFA)优化RBF神经网络的短时交通流预测模型(IFA-RBF).该模型通过引入线性递减惯性权重和混沌机制,来改进FA后期存在的易陷入局部极值和种群多样性匮乏的不足,利用IFA优化RBF神经网络的连接权重和基函数宽度,以提升RBF神经网络的短时交通流预测精度.实验结果表明,与Elman、BP、RBF和FA-RBF模型相比,构建的短时交通流预测模型(IFA-RBF)具有更高的预测精度,预测值与实际值拟合度较高.

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受电弓系统可靠性评估的超椭球贝叶斯网络方法

齐金平, 周亚辉, 王康, 李少雄

2022 (4): 105-110.

摘要 ( 115 )

PDF(661KB) ( 200 )

针对受电弓系统复杂多态特性以及故障概率难以精确表达的问题,且现有研究主要滞留于结合证据理论的模糊贝叶斯网络的现状,首次将超椭球贝叶斯网络引入受电弓可靠性分析中,规避了模糊贝叶斯网络区间取极值的情况,使得根节点的概率取值区间进一步被界定;进而以超椭球贝叶斯网络求解受电弓系统在不同故障状态下的叶节点故障率、灵敏度、后验概率等可靠性参数,找出了影响系统可靠性的高风险事件.经与模糊贝叶斯网络对比可知,超椭球贝叶斯网络区间更小,验证了新方法的正确性与实用性.

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内置不同型钢的钢管混凝土组合构件横向冲击性能

党利荣, 刘新文, 张林芝, 曹旭东, 祁生旺

2022 (4): 111-118.

摘要 ( 154 )

PDF(3421KB) ( 269 )

在ABAQUS软件中建立了内置型钢的钢管混凝土组合构件横向冲击数值模型,通过已有横向冲击试验对模型的正确性进行了验证.对比了三种不同内置型钢对钢管混凝土构件横向冲击性能的影响,分析了组合构件冲击过程中的跨中挠度、冲击力和截面弯矩,讨论了型钢参数对构件抗冲击性能的影响.结果表明:内置型钢可以减小钢管混凝土构件在横向冲击荷载作用下的整体变形,提高其抗冲击性能;当型钢含钢率相同时,内置工字形型钢组合构件的抗冲击性能最好;内置型钢的截面形式对组合构件的弯矩分布影响显著;当型钢含钢率一定时,构件的抗冲击能力随着型钢腹板高度的增加逐渐提高,开展的型钢截面形式对抗冲击性能更有利;角钢的分布位置对构件的抗冲击性能有一定影响,构件的抗冲击性能随着型钢含钢率的增加而增强.

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地震和降雨条件下黄土高填方边坡稳定性分析

袁中夏, 李德鹏, 叶帅华

2022 (4): 119-125.

摘要 ( 236 )

PDF(2951KB) ( 294 )

针对地震和降雨会影响黄土高填方边坡稳定性的问题,采用地震动力计算、完全流固耦合计算和强度折减计算,对正在使用的黄土高填方边坡进行分析,并对边坡土体位移时程、加速度功率频谱、吸力、有效应力和最小安全性系数进行分析,研究地震和降雨入渗条件对正在使用的黄土高填方边坡稳定性的影响.结果表明:地震作用对黄土高填方边坡表层土体作用大于填方基底土体作用;降雨入渗对边坡土体的影响范围为表层土体和浅层土体;降雨入渗使得边坡表层土体的吸力和有效应力减小,而使浅层土体局部吸力增大;降雨过程中边坡表层土体有效应力减小,浅层土体有效应力先增加后逐渐减小;地震后降雨入渗引起边坡最危险滑移面区域发生改变,降雨速率和降雨持续时间均对最小安全性系数有影响,降雨结束后边坡最小安全性系数降低.该研究为三维条件下地震和降雨入渗对正在使用的黄土高填方边坡稳定性研究提供参考.

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微生物作用下混凝土裂缝修复效果试验研究

曹辉, 臧洋, 冯琼, 康开伟, 叶虎子, 苟宝霞, 刘军君

2022 (4): 126-131.

摘要 ( 318 )

PDF(4574KB) ( 401 )

微生物矿化作用可以有效愈合混凝土裂缝,达到修复混凝土裂缝的目的.本文以带裂缝混凝土为研究对象,设置0.2、0.3、0.6 mm三个裂缝宽度和20、30 mm两个裂缝深度,以巴氏芽孢杆菌为菌株,通过裂缝观测、超声波测试、立方体抗压强度测试及裂缝内部微生物沉积物质的微观形貌分析,研究微生物对不同深度及宽度混凝土裂缝的修复效果.研究结果表明:巴氏芽孢杆菌可有效修复混凝土表面裂缝;氧气的供给是微生物在裂缝内部矿化的重要环境条件,随着裂缝深度的增加,巴氏芽孢杆菌的修复效果减弱;随着裂缝宽度的增大,微生物在裂缝内部的矿化效果减弱.

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冻融循环-动水冲刷对间断级配沥青混合料特性参数影响

党志荣, 念腾飞, 刘宗成, 姜继斌, 杨海丽, 石国雄

2022 (4): 132-137.

摘要 ( 168 )

PDF(3053KB) ( 321 )

沥青路面在水、温和荷载长期作用下服役寿命明显降低.为探寻沥青混合料路用性能衰减规律,本文自主研发了沥青混合料动水冲刷模拟试验装置,对沥青混合料马歇尔试件开展多次冻融循环-动水冲刷循环作用,分析了沥青混合料特性参数变化规律,结合CT切片扫描,探寻了沥青混合料内部结构变化规律.结果表明:在冻融循环-动水冲刷循环前期,各特性参数都呈现出较快的增长或衰减;在外加动力水压作用下,沥青混合料内部吸水量会逐渐增加至饱水状态,沥青混合料试件内部的微开口孔隙会发生结构与形态的变化;经12次冻融循环-动水冲刷循环,沥青混合料的劈裂强度降幅高达65.44%.研究结果为深入了解沥青路面水损害机理提供了理论基础.

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应力等效法在单梁静载试验中的应用研究

蒋国富, 卓小丽, 江京翼, 郝天之

2022 (4): 138-143.

摘要 ( 176 )

PDF(2367KB) ( 310 )

单梁静载试验荷载的确定通常以控制弯矩的加载效率为控制目标,常规做法为“弯矩等效法”,然而单梁实际受力特性与成桥受力状态的不符合使得试验荷载计算值失真.为解决上述问题,提出一种更符合实际的“应力等效法”.通过采用MIDAS/Civil有限元软件对不同跨径的预制箱梁受力状态进行计算,并对“应力等效法”与“弯矩等效法”的计算结果进行对比分析.结果表明:以“应力等效法”,即叠加应力或以叠加应力反算出来的弯矩作为静载试验中的控制指标更接近于结构的实际受力状态.与直接采用“弯矩等效法”计算的弯矩作为控制内力的计算方式比较,“应力等效法”比其少12%左右,可减少荷载试验的误判,对类似桥梁的单梁荷载试验具有一定的指导意义.

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三角矩阵环上FC-投射模的刻画

吴德军, 付家慧

2022 (4): 144-151.

摘要 ( 146 )

PDF(614KB) ( 224 )

设T=A0UB是形式三角矩阵环,其中A,B是环,U是(B,A)-双模. 给出了有限余生成左T-模和有限余表示左T-模在形式三角矩阵环上的等价刻画, 进而给出了形式三角矩阵环T上FC-投射左T-模的刻画.作为应用,讨论了左T-模的FC-投射维数.

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一类具有时滞和不育控制的单种群模型

李秋英

2022 (4): 152-156.

摘要 ( 136 )

PDF(507KB) ( 148 )

以生态安全为基础,不育技术比药物灭杀更能持久彻底地控制鼠类数量,已逐渐成为鼠害防控的发展方向.结合不育剂的有效期,建立了一类不育控制下的单种群模型,讨论了平衡点存在的条件,得到了种群零平衡点全局渐近稳定的充要条件和正平衡点全局渐近稳定的充分条件;分析了不育控制及药物的有效期对种群动态的影响.

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一些二进制数列的族复杂度和互相关测度

梁嘉怡, 薛盼

2022 (4): 157-162.

摘要 ( 156 )

PDF(541KB) ( 284 )

利用Legendre符号构造的二进制数列具有很强的伪随机性. 基于Legendre符号, 依据多项式特征和的估计、指数和的估计, 构造了两类伪随机性好的二进制数列族, 它们均具有较大的族复杂度和较小的互相关测度.

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含夹杂超导体中共线裂纹的相互作用

赵玉峰, 徐涛

2022 (4): 163-167.

摘要 ( 109 )

PDF(2198KB) ( 288 )

建立一个含有圆形夹杂和纵向贯穿共线裂纹的YBCO超导平板模型,在外加磁场产生洛伦兹力的作用下,研究含有夹杂的YBCO超导体中两个共线裂纹的相互作用,采用Bean模型描述超导体的电磁行为.通过确定裂纹尖端的应力强度因子(SIFs)并进行相关的磁弹性应力分析.结果表明外磁场大小、粘性磁通量流速v₀夹杂物的大小、裂纹长度、夹杂半径以及夹杂与基体杨氏模量之比对应力强度因子都有影响.

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三缝干涉测量涡旋光束拓扑电荷数

徐全学, 郑思敏, 袁财富, 王涛

2022 (4): 168-172.

摘要 ( 145 )

PDF(1470KB) ( 385 )

研究了涡旋光束经三缝干涉后在干涉场中干涉条纹的分布情况,讨论了拓扑电荷数分别为整数和分数情况下对条纹分布的影响.结果表明:不同于平面波,涡旋光束经三缝干涉后的条纹沿着横向出现了移动现象,并且移动的幅度和方向与拓扑电荷数的取值有关.

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