梯度折射率介质下的光路计算与成像研究

使用激光照射具有梯度折射率的介质将形成海市蜃楼现象的光路轨迹"可视化"。主要研究了不同波长的激光在线性和非线性梯度折射率介质中的光路轨迹和成像情况。基于几何光学原理推导了光路方程并使用Matlab光线追迹算法计算了线性和非线性情况下的成像。实验上,通过自制仪器配置有折射率梯度的溶液并观察光路轨迹以及拍摄实物成像。实验拍摄的光路轨迹与理论推导基本一致,为海市蜃楼等现象的演示以及成像问题的研究提供了新的参考。     

创新性模拟海市蜃楼现象

利用定影粉配制成浓度连续变化的溶液,来模拟大气中密度连续变化的空气,实验获得了良好的海市蜃楼"上现蜃景"效果;另外,用不同浓度的蔗糖溶液配制成的梯度溶液,实现了"两个上现蜃景"的效果。通过对这两种体系的成像效果的研究,加深了对海市蜃楼这一神秘自然景观的认识和理解。     

模拟海市蜃楼

本文是以极简单的实验设备,用人工的方法模拟海市蜃楼;对蜃景进行了拍照;应用激光蜃景的简单模型,对一个点光源的蜃景与成象介质折射率的分布关系进行了实验研究。并对这一物理现象作了实验的分析与说明。实验原理与装置光通过介质时,因其折射率的不同,会产生不同的偏折。筷子在水碗中折起;水下之物看起来浮浅。这些常见的现象与神奇的海市蜃楼现象在物理成因方面,并没有本质上的区别。它们都是由于介质对光的折射关系,使人眼产生错觉,物体的象在人们的视觉中形成了空间的偏移。     

非线性变折射率大气中的海市蜃楼

讨论了一种非线性变折射率大气中的海市蜃楼,利用变分法导出了形成蜃景的条件及物点与观察者之间距离的计算式.     

解释“蜃景”模型的实验探究

用全反射解释"蜃景"是错误的;可以用"棱镜"、"凸透镜"模型解释,用模拟实验探究可以得到相同的结论."马路蜃景"的产生是完全不同于一般所谓的"海市蜃楼"的.沙漠里有时出现的蜃景,是真正的"海市蜃楼",亦可能是"马路蜃景"与"海市蜃楼"同时发生.     

海市蜃楼现象的模拟与研究

利用食盐和蔗糖溶液,分别构建了两种不同的体系来模拟海市蜃楼现象,均实现了良好的上现蜃景。同时对两种体系在实验过程中出现的各种现象和成像效果做了比较,从物理实验的角度形象地加深了对海市蜃楼这一神秘自然景观的认识和理解。     

Fermi折射率分布光波导的模方程

对Fermi折射率分布的特性进行了分析,用光线理论推导出Fermi折射率平面光波导的近似超越模方程.理论分析和实验结果比较表明,Fermi折射率分布函数能较好地描述准阶跃渐变折射率.得到的近似模方程相当精确地决定了这类波导的模式特性,比阶跃折射率近似精确.     

复数折射率介质中光束传输的Schro..dinger形式理论研究

将复数折射率介质的Helmholtz方程化为具有复数势能的Schredinger方程的形式,用进化算子的逆算子代替相应的共轭算子,定义了与实数折射率系统光束传输参数具有相似性质的力学量的复数平均值,证明复数光束质量因子守恒是复数ABCD定律成立的充要条件.利用推广的Heisenberg图象,从复数光束传输参数的进化方程得到了位置算子和动量算子的线性进化方程,进一步利用量子力学的表象和表示理论得到了一般复数ABCD系统的Huygens积分. 关键词： 复数折射率 Schrdinger方程 Heisenberg图象 ABCD定律     

复数折射率介质中光束传输的Schrodinger形式理论研究

将复数折射率介质的Helmholtz方程化为具有复数势能的Schredinger方程的形式,用进化算子的逆算子代替相应的共轭算子,定义了与实数折射率系统光束传输参数具有相似性质的力学量的复数平均值,证明复数光束质量因子守恒是复数ABCD定律成立的充要条件.利用推广的Heisenberg图象,从复数光束传输参数的进化方程得到了位置算子和动量算子的线性进化方程,进一步利用量子力学的表象和表示理论得到了一般复数ABCD系统的Huygens积分.     

复数折射率介质中光束传输的Schrdinger形式理论研究

将复数折射率介质的Helmholtz方程化为具有复数势能的Schr edinger方程的形式 ,用进化算子的逆算子代替相应的共轭算子 ,定义了与实数折射率系统光束传输参数具有相似性质的力学量的复数平均值 ,证明复数光束质量因子守恒是复数ABCD定律成立的充要条件 .利用推广的Heisenberg图象 ,从复数光束传输参数的进化方程得到了位置算子和动量算子的线性进化方程 ,进一步利用量子力学的表象和表示理论得到了一般复数ABCD系统的Huygens积分 .     

表面等离子体共振的热致折射率

激光束照射液体产生的热累积效应会引起其折射率变化,从声光方程出发分别分析了液体瞬态折射率与稳态热致折射率产生的机理,研究了透镜焦距以及入射波长对去离子水折射率的影响.利用表面等离子体共振检测系统对温度改变的高度敏感性,建立了一种新型的液体棱镜检测系统,数值模拟了不同功率下去离子水的稳态共振曲线,当功率变化为0.7 W时,其折射率变化为1.4×10-3.采用功率可调的980nm的连续激光器对去离子水的热光效应进行了实验研究,得到了其稳态热致折射率随功率的变化关系,当功率变化0.7 W时,其折射率变化为3.35×10-3,最后剖析了实验与理论之间误差的可能来源.     

表面等离子体共振的热致折射率EI北大核心CSCD

激光束照射液体产生的热累积效应会引起其折射率变化,从声光方程出发分别分析了液体瞬态折射率与稳态热致折射率产生的机理,研究了透镜焦距以及入射波长对去离子水折射率的影响.利用表面等离子体共振检测系统对温度改变的高度敏感性,建立了一种新型的液体棱镜检测系统,数值模拟了不同功率下去离子水的稳态共振曲线,当功率变化为0.7 W时,其折射率变化为1.4×10-3.采用功率可调的980nm的连续激光器对去离子水的热光效应进行了实验研究,得到了其稳态热致折射率随功率的变化关系,当功率变化0.7 W时,其折射率变化为3.35×10-3,最后剖析了实验与理论之间误差的可能来源.     

梯度型聚合物光纤中折射率分布模型

首次利用洛仑兹函数对梯度型聚合物光纤(棒)中折射率分布曲线进行了模拟,推导出折射率分布的洛仑兹函数模型,并利用资料实验数据进行了验证该模型只包括掺杂单体的初始浓度、分子体积和聚合温度三个基本参量,方程简单,便于计算,具有一定的实用价值与理论意义.     

用线性变折射率模型解释海市蜃楼

利用线性变折射率模型,定量分析了海市蜃楼现象,导出大气中的光线方程,并研究了蜃像位置与观察者的关系。     

变折射率球的折射率分布无损测量:大口径交流谐波剪切干涉仪(英文)

本文提出用一种大口径交流谐波剪切干涉仪作变折射率球的折射率分布快速、自动、无损测量.文中叙述了实验装置、测量原理、实验技巧、数据处理及结果.计算机模拟和实验表明,横向干涉法中的曲线轨迹分析精度优于直线轨迹分析.     

二次彩虹法测量高折射率玻璃微珠折射率研究

基于米氏散射理论解释了激光照明下玻璃微珠的二次彩虹精细结构的成因,发现折射率的差异将直接影响二次彩虹精细结构的位置.对于实验中玻璃微珠半径变化引起二次彩虹精细结构间距变化的现象亦用米氏散射理论进行了模拟分析和实验研究.利用米氏散射的近似理论——艾里理论对玻璃微珠的折射率进行了测量.在对玻璃微珠二次彩虹精细结构所计算得到的折射率的统计分析基础上,通过校正测量误差后得到了玻璃微珠折射率的准确数据.     

密度不同的水平气层不会因全反射造成正立的蜃景

现行普高和职高的物理教科书中均有海市蜃楼的阅读内容，描述了海面上和沙漠中造成蜃景的原因并提供了相应的图示．让人疑惑的是两者主要都是由密度不同的水平气层因光的全反射引起，区别仅在前者是下层密度大，上层密度小，而后者则反之．但蜃景与景物之间的关系则不一样，前者保持方向上的一致——蜃景正立，     

非局域空间光孤子在矩形边界铅玻璃中偏转研究

从理论和实验两方面研究了非局域光孤子在热致非线性铅玻璃材料中的偏转现象.理论上,利用保角变换的方法,求出了材料的响应函数,讨论了边界对响应函数的影响,得到了偏离中心入射时孤子中心传输的轨迹方程.实验上,观察了光孤子在矩形边界铅玻璃材料中偏转.理论结果和实验结果符合得比较好.     

静电系统中电子运动轨迹的理论

本文研究静电场中电子运动轨迹的理论,共分四部分。第一部分研究轨迹方程。利用变分原理,导出正交曲面坐标系中轨迹的普遍方程,着重研究了可化为二维坐标系的情形,导出了广义傍轴轨迹方程。第二部分讨论轨迹条件。求得轨迹与某曲线族重合的充分与必要条件,并进行了研究;讨论了电子运动轨迹的稳定性问题,求得轨迹稳定的条件。第三部分求解空间电荷流的普遍方程。得到的解表明,二分之三次方定律可推广至普遍情形。第四部分讨论按给定曲线构成正交系的原则,给出四种不同构成正交系方法的具体方程。     

基于反射和透射光谱的氢化非晶硅薄膜厚度及光学常量计算

采用紫外-可见透射光谱仪测量了对靶磁控溅射沉积法制备的氢化非晶硅（a-Si:H）薄膜的透射光谱和反射光谱.利用T/(1-R)方法来确定薄膜的吸收系数,进而得到薄膜的消光系数|通过拟合薄膜透射光谱干涉极大值和极小值的包络线来确定薄膜折射率和厚度的初始值,并利用干涉极值公式进一步优化薄膜的厚度值和折射率|利用柯西公式对得到的薄膜折射率进行拟合,给出了a-Si:H薄膜的色散关系曲线.为了验证该方法确定的薄膜厚度和光学常量的可靠性,将理论计算得到的透射光谱与实验数据进行了比较,结果显示两条曲线基本重合,可见这是确定a-Si:H薄膜厚度及光学常量的一种有效方法.