液体表面光场环状暗斑效应及折射率测量

O552.423 2004064436 液体表面光场环状暗斑效应及折射率测量=Light field circular blur effect on liquid surface and refraction index measurement[刊,中]/吴俊林(陕西师范大学物理学与信息技术学院.陕西,西安(710062)),杨宗立…∥光学技术.—2004,30(3).—308-310 实验发现透过液体介质的光场出现了一环状暗斑效应。进一步研究表明,该效应是由于光在液体介质表面发生全反射引起的,环状暗斑半径的大小与液体折射率和液体厚度有关,当液体折射率一定时,液体厚度越厚,暗斑半径越大;光液体厚度一定时,折射率越大,暗斑半径越小。进而建立了环状暗斑半径与液体折射率之间的     

液体薄膜遮光效应的研究

当激光束通过静态液体薄膜时,由于表面的全反射效应能够观察到液体薄膜的遮光效应.在此基础上,以白光为光源研究了液体薄膜的遮光效应.结果显示,白光光源的遮光图样非常清晰,且无激光散斑效应|遮光图样的中心是一个光强极强的亮域,该区域的外部为两个同心的环状暗场,两个暗场之间是亮场,亮暗边界十分清楚|液体薄膜遮光图样的半径大小与液体的折射率有关,液体折射率越大,遮光图样的半径越大.本文给出了液体薄膜遮光半径与液体折射率的解析关系,分析了遮光图样产生的必要与充分条件,并根据液体薄膜的遮光效应,建立了一种测量液体折射率的新方法,测量了纯净水的折射率.结果表明,该测量值与传统方法所测折射率的值相吻合且该方法具有设备简单、操作简便、重复性好、准确度高等特点.     

基于遮光效应测量液体折射率

分析了水槽底面上形成的圆形暗斑的机理,建立了圆形暗斑图像与液体折射率之间的解析关系,提出基于遮光效应测量液体折射率的方法,可实现液体折射率原位、非接触测量.利用该方法测量了无水乙醇、丙酮和乙醚透明液体的折射率.结果表明,该方法的测量精确度与商用的数字阿贝折射仪相当.     

双层介质球体所受光作用力的分析与计算

计算了双层介质球体的光作用力.结果表明,双层结构内外层相对折秧经和相对厚度的变化都将影响光作用力的大小.特别是当内层折射率大于外层折射率时,减小内层半径可得到一较小区域,在此区域光镊系统刚度将得到有效提高,可实现对双层介质球体的稳定束缚;而当内层折射率小于外层折射率时,随内层半径的减小,介质小球可能有两个稳定平衡点出现.     

液体表面的遮光效应及其应用

首次发现了液体介质表面的遮光效应,讨论了遮光半径与液体介质性质的关系.基于这一发现,建立了一种测量液体折射率的新方法,该方法具有实时、自动化、高精度等特点.     

光纤型热光可调光衰减器的设计及其衰减分析

提出了一种基于热光调节的可调光衰减器结构。该衰减器通过腐蚀光纤包层到一定厚度和长度后,在表面涂覆较大热光系数的聚合物材料得到。从模场变化角度分析了传输光束的衰减与涂覆材料折射率的关系,并从实验上测试了使用不同涂覆材料时的衰减。理论分析与实验结果均表明在涂覆材料折射率略大于原光纤包层材料折射率时,涂覆材料折射率微小的变化将引起传播光束衰减的大幅度变化,并且光纤被腐蚀的长度越长或包层材料剩余厚度越小,衰减越大。因此,由热光系数大、折射率略大于光纤包层的聚合物材料所组成的可调光纤衰减器,具有衰减调节范围大且功耗小、插入损耗小、成本低、低偏振特性、易于与其它光纤器件耦合或集成等特点。     

折射率梯度引起反转的光自旋霍尔效应研究

从经典电动力学出发,研究了由折射率梯度导致的反转光自旋霍尔效应。通过分析光从光疏介质入射到光密介质和从光密介质入射到光疏介质两种情况,揭示了光自旋霍尔效应中的横移与偏振态、折射率梯度以及入射角等因素的定性关系。当入射角一定时,光从光疏介质入射到光密介质时的水平偏振横移绝对值大于垂直偏振横移,而从光密介质入射到光疏介质的情况正好与之相反,并且传输场的横移方向取决于折射率梯度方向,增大入射角能明显增强光自旋霍尔效应,对某一特定的线偏振光束,其左、右旋圆偏振光分量的横移等值反向。这些研究结果为调控光自旋霍尔效应提供了有效途径。     

多层介质中的光自旋霍尔效应研究

本文研究了光束通过多层介质分界面的光自旋霍尔效应. 以三层介质为例,建立了光束通过棱镜-空气-棱镜结构的传输模型,揭示了横移与空气介质的厚度、折射率梯度以及入射角等因素的定性关系. 发现对某一特定的圆偏振光束,改变两棱镜之间的折射率梯度可以调控横移,反射场与传输场的横移方向取决于折射率梯度. 相对于两层介质来说,高斯光束通过三层介质能明显地增强光自旋霍尔效应. 研究多层介质中光自旋霍尔效应横移的影响因素可为调控和增强光自旋霍尔效应提供理论依据. 关键词： 光自旋霍尔效应 横移 折射率梯度     

二维光子晶体层状超晶格透射特性研究

把平面波展开法(Plane Wave Expansion Method,PWM)用于数值研究圆柱柱体粗细及折射率层状间隔构成的二维光子晶体超晶格的传输特性.数值结果表明,层状超晶格的透射谱中禁带宽度在柱体折射率相同时与粗细柱体半径差异成线性关系,半径相差越大禁带宽度越小,禁带中心位置越向低频方向移动.在半径相同时禁带宽度与层间折射率差异同样成线性关系,折射率相差越大禁带宽度越小,禁带中心位置越向低频方向移动.因此人们可以根据实际应用中的禁带需要利用上述各种可调因素进行调节.     

太赫兹光脉冲在生物介质中传播的蒙特卡罗法模拟

太赫兹光脉冲照射生物组织,利用蒙特卡罗方法模拟光脉冲在生物介质内的散射传播过程。光脉冲准垂直入射的情况下,得到了介质表面总漫反射率和总漫透射率与介质散射系数、吸收系数、平均散射余弦,以及介质厚度之间的关系;散射系数越大,总漫反射率越大;平均散射余弦值越小,总漫反射率也越大;同时总漫反射光强随着介质厚度的增加而增大,但存在一个极限值。     

基于硅柱-磁性液体体系的光子晶体的可调谐负折射特性研究

本文研究了硅柱在MnFe₂O₄磁性液体背景中排列成六边形结构的二维光子晶体的可调谐负折射特性. 利用平面波展开法和时域有限差分法理论研究了硅柱-磁性液体体系二维光子晶体的带隙结构、等频曲线和负折射现象随外磁场强度的变化关系. 模拟结果表明, 硅柱-磁性液体体系二维光子晶体工作在TE模式时, 其负折射特性可由外磁场调节. 在固定背景溶液的磁性颗粒体积分数和入射光频率时, 所研究的折射光束的偏转角和光子晶体的负折射率绝对值随外磁场的增大而增大, 而在固定背景溶液的磁性颗粒体积分数和外磁场强度时, 负折射角和负折射率的绝对值随入射光归一化频率增大而减小. 固定外场强度和入射光频率时, 所研究结构的负折射特性随背景溶液的磁性颗粒体积分数增大而变弱.     

利用保角变换实现环形光栅的Talbot效应

Talbot效应是一种近场自成像效应,通常只有周期光栅可以产生Talbot效应,而环形光栅无法产生.本文通过引入保角变换,发现可以在环形光栅外部设计适当的折射率渐变层介质,使得其中也能够产生严格的Talbot效应,并计算了对应的自成像半径表达式.本文利用FDTD软件分别将一个环形光栅放置在真空中以及人工设计的折射率渐变层中进行了模拟,并对二者的结果进行了比较分析,发现这种折射率渐变层介质确实对点光源入射的环形光栅的自成像情况有着很好的改善.希望这一工作能够推广Talbot效应的应用范围.     

A liquid refractive index detect method based on negative refraction phenomenon in 2D photonic crystal structure

This paper is mainly concerned with the investigation of negative refraction phenomenon dependent on the background refractive index in 2D photonic crystal, which consists of a hexagonal lattice of circular dielectric rods with Si. The paper presents the relationship between background refractive index and negative refraction. The relationship is investigated by using the finite-difference time-domain (FDTD) method on software RSoft. The results point out that the output power is added with the increase of the background refractive index. With the research, a new fluid refractive index detection method is proposed. Compared with other normal liquid refractive index analyzer reported, this detector has advantages of faster detection, less stray light interference and miniaturization.     

用Mie氏散射理论测量聚苯乙烯微球的折射率

采用全Mie氏散射理论，计算单色平行光被该球粒散射后的光强图案分布.在实验上，把聚苯乙烯小球分散在纯净水中，使其浓度满足光的透过率为70%左右的条件，然后测量单色平行光通过该样品比色皿后的远场衍射图样的第一暗环角半径的数值大小.将该测得的角半径大小同上述采用全Mie氏散射理论计算的不同折射率下的散射光强角分布曲线图相比较，选出与测得的第一暗环角半径大小符合最好者，从而得到国家标准物质聚苯乙烯小球相对于分散剂纯净水的折射率大小，最后得到聚苯乙烯小球的折射率为1.6.本研究为该标准样品提供了一个重要光学参数.     

Automatic fringe analysis of the induced anisotropy of bent optical fibres

A new theoretical model considering the refraction of the incident light beam by the fibre is suggested to determine the refractive index profile of bent optical fibres. This new model (slabs model) considering the cross section of the bent optical fibre consists of large number of slabs. The slabs model bases on the refraction of the incident beam by the fibre. The refractive index profile of the optical fibre cladding before bending obtained using the automated Fizeau interferometer with the aid of suggested model is compared with other models such as, the homogenous model and the multilayer model to verify the ability of this slab model. The refractive index profile of the bent optical fibre cladding is investigated using this suggested model. In addition, the new model is used to obtain the induced birefringence and the guiding parameters. The bending radius is recommended to be greater than 7.1 mm for the used optical fibre. The consideration of the refraction increases the accuracy of the results.     

Design of annular photonic crystal slabs

We present the design of realistic annular photonic-crystal (APC) structures of finite thickness aiming to obtain a complete photonic bandgap (PBG). The APC is composed of dielectric rods and circular air holes in a triangular lattice such that each rod is centered within each hole. The optical and geometrical values of the structure are studied, and the interplay between various design parameters is highlighted. The coupled role of the inner-dielectric-rod radius, material types, and slab thickness is investigated. It is shown that the slab thickness is vital to obtain a complete photonic bandgap below the light line, and the specific value of the inner-dielectric-rod radius to sustain the maximum PBG if the hole radius is fixed at proper value is found.     

二步法大景深反射全息图

以开拓反射全息图的景深表达能力为目的,从反射全息图的共轭物像关系出发,利用反射全息图的均匀介质耦合波理论和布拉格条件,对其白光再现像模糊作了具体的分析和讨论,得到色模糊和线模糊的表达式.指出反射全息图上不同各点对任意白光再现像点的色模糊和线迷糊的影响均存在差异,给出反射全息图白光再现像的景深表达式.实验利用二步法制作了一张景深为83 cm的反射全息图,与大景深彩虹全息图再现像相比,其再现像的立体感更加强烈.理论分析和实验结果表明,光源的再现角度和观察距离对反射全息图的再现像景深大小影响显著.在再现光垂直于反射全息图平面照明情况下,反射全息图具有最好的景深表达能力.     

Electric field effect on refraction of light in a layer of chiral liquid crystal with large pitch

The effect of an alternating electric field on the trajectory of an extraordinary light wave in a layer of a chiral liquid crystal with a 180° turn of the director is studied. In this structure, in the absence of the field and at a large angle of incidence of the light wave on the liquid crystal layer, the light undergoes refraction inside the layer. It is shown that the deformation of the director that arises under the action of the electric field changes the character of refraction of the extraordinary wave and the layer begins to transmit the light. The threshold voltage of this effect is determined. The dynamics of the effect is studied. At large voltages, in addition to the extraordinary wave, an ordinary light wave is observed in the light passed through the cell. The ordinary wave intensity is modulated by the initial frequency of the control signal, whereas the extraordinary wave intensity is modulated by the double initial frequency.