一种新的光场表示方法

本文提出了一种新的光场表示方法。证明它可以导致整个光传播的波动理论取较为方便和完全的矩阵形式。给出了这一矩阵理论的某些普遍基础。还证明了作用矩阵在普遍情形下收敛。本文提出的场表示式能直观显示在垂直传播轴平面上场的轴对称性质和径向分布特征。它包含着仅有一个传播轴的一般单色标量波场的共同性质。依靠这个表示式,本文首次揭示出这类波在上述平面上场分布的普遍规律。 关键词：     

以微机为基础的可编程光学信号处理器

本文介绍一种以微机为基础的实时可编程光学信号处理系统。这种系统采用了磁光空间光调制器(MOSLM)和液晶光阀(LCLV),可以实现各种复杂的光学运算,例如:图象相关、图象相减和矩阵乘法。它的主要优点是可编程和实时寻址能力。这些性能对空间自动化领域中的遥控机器人视觉是十分重要的。本文讨论了实际实现这种系统的设计要求和建议,进行了某些初步实验,目的在于证实这种系统可以用于光学图形识别中的图象相关、IC 芯片检查中的图象相减和用于光计算中的矩阵乘法。     

表面波布拉格声光互作用耦合波方程的研究

定义了压电晶体的增劲声光系数，它反映压电晶体中声光、电光和压电效应共同作用的结果。从参量互作用基本理论出发，同时考虑声光效应、电光效应和压电效应三个因素，用一个压电增劲声光系数来表示三种因素的共同作用，导出表面波声光布拉格互作用的耦合波方程。并求解得出相应衍射效率的计算公式。该式说明在弱声光互作用条件下，衍射导光波强度与超声功率成正比。表面波声光器件具有体积小、工作稳定、能耗小、易于集成等优点。可以用作光偏转器、光调制器、滤光器。在光通信以及各类实时信号处理，如相关、卷积、频谱分析、矩阵光计算等领域具有广泛的应用前景。     

平面光波导光场分布的有限时域差分法计算

用有限时域差分法计算了简单三层对称平面光波导中的光场,得到了任意截面上光场的分布.这一方法的优点在于它能完全模拟波导中光场的时域特性,使波导中的光传播完全可视化,模拟横向传播,提取光在波导中的传输模式,也可用于有源波导的计算如光波导放大器.有限时域差分法直接求解依赖时间的麦克斯韦旋度方程,利用二阶精度的中心差分近似,把旋度方程中的微分符直接转换为差分形式.每一步计算都无须作矩阵求逆运算,因此,比其他数值计算方法更有效、精度更高.     

微小孔衍射——近场光学理论

推导了圆孔衍射公式，该公式不受孔径大小和到屏距离的限制，可以作为近场光学的理论。它满足麦克斯韦方程标量形式和基尔霍夫边界条件，包括传播波和衰减波。数值计算表明，此结果优于用Ｂｅｔｈｅ模型所得到的近场理论的结果     

具有金属反射腔的半导体平面发先器件设计原理

半导体平面发光二极管与发光二极管单管相比,具有较大的发光面、发光均匀、视角大等优点,在仪器仪共、大型厂矿的中央控制室以及军事指挥所的模拟屏等方面有广泛应用. 在某些应用中(例如将它装备在野外工作的代表上,将它作为飞机骂驶舱的告警显示、模拟显示,以及大型矩阵显示屏幕的发光单元),田于环境照变较高,要求发光器件具有更高的亮度.为了提高发光亮度,在管芯发光效率确定的条件下,我们应用物理学的一些基本原理,对发光器件的结构、材料作了最佳的选择和设计,达到了提高发光器件亮度的目的.图1是金属反射腔半导体平面发光器件的结构. …     

被动方式产生近似无衍射贝塞尔光技术

无衍射光束具有中心光斑小且不随传播距离变化、自再现、产生局域空心光等特点,由于这些特殊的光束特性而在许多领域,如计量学,经典光学,非线性光学和生命科学等领域中得到广泛的应用。无衍射光束的产生与变换是目前的一个研究热点。通过衍射理论、干涉理论和几何光学方法可对无衍射光进行描述。实现无衍射贝塞尔光束的方法可分为主动式和被动式。本文主要综述地介绍了几种被动式产生近似无衍射贝塞尔光束的最新技术,通过分析其优缺点,给出了这些技术的适用范围。     

基于微流控技术的新型可调光衰减器

基于微流控技术提出了一种新型可调光衰减器核心芯片结构,利用微流体和可压缩空气实现光衰减的可控调节,并基于此核心芯片设计了两种应用不同驱动技术的微流控光衰减器。通过高斯光束传播理论、亥姆霍兹方程、光场耦合理论与Mathematics软件分析了光衰减器内部光场分布特性,考虑了流体端面衍射影响,给出了流体端面位置与衰减量的关系及响应时间等性能参数。理论表明基于微流控技术的可调光衰减器衰减范围大于50dB,系统响应时间约为0.01s,具有衰减范围大、响应快、插入损耗小、回波损耗大的优点。所提出的光衰减器为寻求小体积、高性能、易集成、灵活可调的新型光通讯器件提供了新的思路。     

实用化平面超振荡透镜的研究进展

传统光学系统由于受到衍射极限的制约,难以实现远场超分辨聚焦与成像。基于超振荡原理的平面超透镜为这一难题提供了可能的解决途径,其在传播过程中可不依赖倏逝波而实现远场超分辨聚焦。利用对各个衍射单元之间的衍射干涉效应进行精确调控,可在焦平面上局部区域内获得高于系统最高空间频率的电场振荡,从而实现对衍射焦点区域横向和轴向尺寸的可控调节。与传统光学透镜相比,平面超振荡透镜具有光场可控性强、设计自由度大、便于集成等优点,同时借助其远场超衍射极限的光场调控能力,受到衍射光学和微纳光学等领域研究人员的广泛关注。本文主要从实际应用的角度出发,对平面超振荡透镜的研究现状及其应用场景进行了分析和讨论,最后对该类透镜目前面临的问题及对应的解决办法进行了阐述。     

FTIR-Q开关谐振腔理论

本文探讨了FTIR-Q开关谐振腔的基本理论,由于该腔用多光学元件组成,于是可用等效法,而不用普通的方法求解,我们利用矩阵光学和谐振腔衍射积分方程同时并用的方法,求出了理论解,获得该腔的菲涅耳数、衍射损耗、谐振频率和间隔等值,并与平行平面腔的结果进行了比较,同时分析了球面腔的光学矩阵。 关键词：     

光学无源谐振腔的矩阵理论(柱坐标)(Ⅰ)——自洽场矩阵方程

本文讨论了文献中提出的根据标量光波传播矩阵理论的光学无源谐振腔自洽场矩阵方程。提出了对自洽场性质的新认识、元模转换概念和自洽场元模结构分析方法。在普遍情况下,严格证明了上述矩阵方程可截取为有穷阶以求近似解。给出了确定上述有穷阶矩阵方程本征值误差上限的严格公式。还给出了估算由该方程导出的所有结果的计算误差上限的较为方便的公式与方法。本文提出的光学无源谐振腔的矩阵理论较方便于各阶横模,包括那些模损耗相当近于1的高阶横模的计算。作者认为这个理论还应该较适合于复杂谐振腔的分析和计算。由于所用坐标系的关系,本文所提出的理论仅适用于理想轴对称性系统。 关键词：     

计算机模拟任意形状衍射屏的衍射

把菲涅耳衍射积分化为含快速傅里叶变换的积分,对任意形状衍射屏的衍射进行模拟,其特点是直接用含快速傅里叶变换的积分求解出不同传播距离观察屏上的光场分布,得出菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射的衍射花样.通过计算机对常见的缝孔的衍射的模拟,有助于理解衍射光在传播方向上近场衍射和远场衍射的不同和衍射花样的分布特征.     

半导体中光的相干传播理论(Ⅰ)

本文是半导体中光的相干传播理论的第一部分。在不考虑电子-电子间的相互作用时,我们得到了相干光作用下描述半导体带间跃迁矩阵元满足的布洛赫方程。半导体的带间跃迁形式上可类比于一个非均匀展宽的二能级系统能级间的跃迁;但是在强光的作用下会有一种特殊的多光子过程发生。 关键词：     

湍流等离子体鞘套中高斯光束的传播特性分析

为了研究高斯光束在湍流等离子体鞘套中的传输特性,根据广义惠更斯-菲涅耳原理,采用基于快速傅里叶变换的功率谱反演法,用多随机相位屏来模拟湍流带来的影响.根据超声速飞行器绕流等离子体流场厚度在厘米级别的特点,光束在两个相位屏之间的传输过程中采用菲涅耳衍射积分的两次快速傅里叶变换算法(double fast Fourier transform algorithm),利用多随机相位屏模拟等离子体鞘套湍流对光束传输产生的影响,解决了多随机相位屏模拟湍流研究中的超短距离传输问题.当飞行高度为45 km,飞行速度为18马赫时,通过对超声速飞行器绕流等离子体流场的统计分析,发现在此飞行条件下折射率起伏方差的强度范围10~(–11)—10~(–14).对高斯光束在湍流等离子体流场中的传输特性进行了数值仿真.结果表明:在等离子体鞘套湍流中折射率起伏强度、波长、传输距离等都是影响高斯光束质量的重要因素.折射率方差越大,传输距离越长,光斑弥散越严重,光强起伏越大,光强减弱也越明显.光束的波长越长,高斯光束抑制湍流的能力越强,光斑弥散程度越小,光强起伏也越小.     

位相调制的实时联合变换相关器

提出一种位相调制的实时联合变换相关器。它采用液晶显示屏作为输入器件，用液晶光阀记录和显示联合功率谱。利用液晶显示屏上的光栅状结构的衍射级，提高光能的利用率，并充分利用液晶光阀的有效使用面积。采用成像透镜放大各衍射级的联合频谱，适应液晶光阀较低的分辨率要求。在相关器的光路中插入两块倾斜的平行平面玻璃板，以改变各衍射级的参考图像和目标图像之间的位相差。这种方法可产生比传统的实时联合变换相关器更好的输出相关性能。实验结果证实了该系统设计及性能分析的正确性     

Methods of Fourier optics in digital holographic microscopy

In this paper, processing methods of Fourier optics implemented in a digital holographic microscopy system are presented. The proposed methodology is based on the possibility of the digital holography in carrying out the whole reconstruction of the recorded wave front and consequently, the determination of the phase and intensity distribution in any arbitrary plane located between the object and the recording plane. In this way, in digital holographic microscopy the field produced by the objective lens can be reconstructed along its propagation, allowing the reconstruction of the back focal plane of the lens, so that the complex amplitudes of the Fraunhofer diffraction, or equivalently the Fourier transform, of the light distribution across the object can be known. The manipulation of Fourier transform plane makes possible the design of digital methods of optical processing and image analysis. The proposed method has a great practical utility and represents a powerful tool in image analysis and data processing. The theoretical aspects of the method are presented, and its validity has been demonstrated using computer generated holograms and images simulations of microscopic objects.     

非均匀采样的功率谱反演大气湍流相位屏的快速模拟

对大气湍流功率谱非均匀采样可以有效改善传统功率谱反演法低频采样严重不足的缺陷, 实现高精度的大气湍流相位屏的模拟. 但采用的直接求和运算计算复杂度高, 相位屏的模拟速度极慢. 将非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)引入到大气湍流相位屏的模拟, 可以实现相位屏的快速模拟. 从随机过程的谱分解出发, 将大气湍流相位随机过程表示为有限谐波分量叠加和的均方极限. 通过一个高斯核函数的卷积, 将非均匀分布的谐波复振幅映射到均匀网格空间, 进而利用快速傅里叶变换, 降低计算复杂度, 加快大气湍流相位屏的模拟速度. 以大气湍流的Kolmogorov 谱为例, 利用NUFFT仿真得到大气湍流相位屏, 并对相位屏的模拟精度、模拟速度和误差进行统计分析. 结果表明, NUFFT的引入可以实现快速、高精度的大气湍流相位屏的模拟.     

A combined diffraction and geometrical optics approach for lidar overlap function computation

We propose a new approach for computation of lidar overlap function, in which light propagation from a lidar to the atmosphere is analyzed with diffraction theory, while the backward propagation is treated with geometrical optics. In this approach, the beam pattern in the atmosphere is represented as a diffraction pattern, and the return beam pattern on the focal plane is built by ray-tracing technique to calculate the overlap function as a ratio of the intensity entering the detector surface to the total intensity on the focal plane. The proposed approach in this paper provides more accurate overlap function of a lidar system.     

激光传输模拟中基于衍射过程FFT算法的参量优化

为实现采用相位屏法正确模拟准直激光束经湍流大气的传输特性,根据湍流特性、抽样定理以及两屏间衍射过程FFT算法本身所决定的相邻两屏网格间距之间的关系,得出相位屏间距和网格间距确定网格数目最优取值的解析表达式,数值模拟高斯光束经自由空间和湍流大气传输的远场分布,网格数目取解析式求得的最优值848时,光束经自由空间传输的模拟结果与ABCD定律求得的解析结果完全一致;网格数目取836或860时,等效于光束通过偶数相位屏时被正透镜或负透镜阵列会聚或发散,削弱或夸大湍流大气对光束的影响,模拟结果出现严重偏差。