云纹干涉法面内位移测量的光栅补偿方法研究

分析导致云纹干涉法面内位移和应变测量的根本原因，给出对称入射光路云纹干涉法面内位移计量的基本公式，设计定量补偿面内位移和变形的非对称光栅补偿光路系统。最后证明基准光栅补偿方法的可行性和可靠性。     

云纹干涉法面内位移测量的光栅补偿方法研究

运用光的干涉与衍射理论，导出了对称入射光路云纹干涉法面内位移计量的基本公式。针对云纹干涉法在实际应用中易引入刚体位移对真实面内位移干扰这一棘手问题，设计了定量补偿面内位移和变形的非对称光栅补偿光路系统。由于采用高灵敏度基准光栅调节的方法，比螺旋测微器等纯机械方法具有众多优越性。本文分析了该补偿方法对面内正应变条纹梯度和面内剪应变条纹梯度的补偿原理和具体实施过程。本方法大大提高了云纹干涉法面内位移计量和补偿的可靠性。     

反射式体全息存储角度复用新方案

基于体全息的反射式记录原理,设计并搭建了不同于传统透射式光路的紧凑型反射式体全息存储光路,提出一种新的采用双透镜共焦方法实现数据存储的角度复用方案.通过此系统实现了单点2 000幅图像的连续存储.实验结果表明,反射式光路可以增大全息图的衍射率进而提高存储图像的质量;而双透镜共焦方案易实现且便于控制,可以实现图像的连续存储和高准确度复用;同时减少了光学系统的复杂度,并把复用维度从一维扩展到了水平和垂直二维方向,提高了存储的密度.     

反射式体全息存储角度复用新方案

基于体全息的反射式记录原理,设计并搭建了不同于传统透射式光路的紧凑型反射式体全息存储光路,提出一种新的采用双透镜共焦方法实现数据存储的角度复用方案.通过此系统实现了单点2 000幅图像的连续存储.实验结果表明,反射式光路可以增大全息图的衍射率进而提高存储图像的质量;而双透镜共焦方案易实现且便于控制,可以实现图像的连续存储和高准确度复用;同时减少了光学系统的复杂度,并把复用维度从一维扩展到了水平和垂直二维方向,提高了存储的密度.     

光聚物全息光盘记录方法和光路的优化

提出了适用于光聚物厚膜盘状高密度全息存储的角度空间复用相结合的存储方法。研究了光路设置对记录容量和密度的影响 ,分析和计算表明 :对全息光盘光聚物全息存储介质来说 ,新方法可以获得比空间角度复用存储方法高近一个数量级的存储容量和密度 ,当使用平面波做参考光、介质内参物光入射角度在 32°时是获得最大存储容量和密度的最佳设置 ;对 5 0 0 μm厚的光聚物介质 ,存储密度可达到 42bit/ μm2 ,用CD ROM同样大小的全息光盘 ,在其相同的有效记录面积上 ,其总容量可以达到 40 0Gbit,表明新方法是实用化光聚物盘状全息存储比较理想的方法。     

晶体电光调制实验装置与光路调整的改进

对晶体电光调制实验装置进行了改进,通过对光源和电光晶体的方向调整,并利用光路中的2个小孔光阑使入射光和晶体反射光实现准直,从而使入射光方向与晶体光轴方向平行.同时给出了具体的光路调整方法,使光路的调整变得简单准确易调,提高了测量准确性.     

手持/便携式激光拉曼测试装置中探头的设计与实验研究

从手持/便携式角度出发,采用双光纤光路设计了激光拉曼测试装置中的探头,并确定关键器件性能、型号及尺寸.利用Zemax软件进行光学模拟仿真,得到入射光路的工作焦距为13.5mm,像方数值孔径为0.23;收集光路的像面焦距为13.46mm,数值孔径为0.235.用SolidWorks软件进行机械设计,TracePro软件进行探头整体光路模拟,通过计算机数字控制机加工和3D打印两种方式制作得到整体尺寸为50mm×33.5mm×17mm的探头.用设计的拉曼探头对酒精样品进行了测试,测得酒精拉曼光谱与商用产品测得的结果基本一致,且在200～300cm~(-1)波数范围内有更好的信号表现.对K粉及冰毒进行了拉曼光谱测试,实测数据与理论数据基本一致.实验结果表明拉曼探头的设计达到了预期效果,并具有良好的性能.     

利用菌紫质薄膜进行角度复用和偏振复用全息存储实验研究

全息光存储以其高密度、大容量、高速并行数据存取而成为光存储领域的一个重要研究方向。生物光致变色材料———菌紫质是一种新型可擦重写全息记录介质。实验证明了使用菌紫质薄膜进行角度复用和偏振复用全息存储的可行性。利用菌紫质的光致变色特性,采用90°角度复用全息存储光路,在BR-D96N薄膜样品同一位置上实现了6幅全息图存储,并分别读出了无串扰的再现像。利用菌紫质薄膜的光致各向异性进行了偏振复用全息存储,在BR-D96N薄膜样品的同一位置上存储了两幅正交偏振光记录的图像,用原参考光再现和偏振片选择,可分别读出这两幅图像。     

高密度体全息存储性能与几何组态的关系

讨论了影响高密度体全息存储性能的动态范围、衍射效率均匀性及布拉格选择灵敏度等三个参量与几何组态之间的关系，强调三者均衡考虑在光路配置中的重要性。利用该均衡原则对LiNbO3晶体进行分析，指出采用O光耦合的90°写入光路为其最佳的几何配置。     

体全息存储分维复用串扰噪声分析

基于耦合波理论并引入波矢簇的概念 ,对体全息存储分维复用的串扰噪声进行了分析。在改变参考光俯仰及偏转角度条件下对全息图的读出图像进行了模拟计算 ,给出了实验结果 ,计算得到了二维串扰强度分布。理论及实验证明 ,在改变读出参考光俯仰角的情况下 ,谱面全息图呈现水平带状读出 ,并且带状图样随偏转角改变而上下移动     

吸收介质界面上反射高斯束的角位移

给出高斯入射束反射时角位移直接计算式，适用于任意入射角和反射介质有吸收的情况。计算式在布儒斯特角上不存在发散困难，对于Ｐ偏振和Ｓ偏振均适用，只要令ｇ１＝ｎ１，ｇ２＝０计算所得即为Ｓ偏振的角位移。     

物光参考光同光轴的体全息存储光学系统设计

将两块漫射板分别置于输入面的两侧,使物光和参考光同光轴,可以使体全息存储傅里叶变换光学系统更为紧凑。然而,在这种全息存储光学系统中,物光和参考光的总数值孔径较物光数值孔径大很多。分析这种体全息存储光学系统物光和参考光光路的设计要求和光学参量的确定;采用多重结构方法对物光正向光路、逆向光路和参考光光路同时优化设计,实现对物光光路二对物像共扼位置控制像差,并满足参考光光路的要求;给出前后组焦距分别为33 mm和30 mm的物光和参考光同光轴,前工作距为30 mm,物光和参考光总数值孔径为0.53的全息存储光学系统的设计结果。系统的波像差小于0.071λ,达到衍射极限。     

部分偏振部分相干光光栅衍射场的偏振特性和角相关研究

为了研究部分偏振部分相干光光栅衍射场的衍射特性.利用部分偏振部分相干光的光束相干-偏振(BCP)矩阵,推导出了部分偏振部分相干光通过任意偏振光栅后,衍射场的偏振度及场中衍射级次角相关的一般解析表达式.以部分偏振的高斯-谢尔模型光束(PGSM)为例,数值分析了偏振光栅TE和TM波的复振幅透过率、入射光束的光学参量对衍射场偏振度和场中各衍射级次的角相关的影响.计算结果表明,部分相干光透过偏振光栅后的其衍射光场是一非均匀、周期变化的部分偏振相干光场;场中对称级次的角相干值对应相等,且随衍射级次序数的增大而缓慢递减至零.     

Effects of a rectangular aperture on the vectorial structure of a Gaussian beam in the far-field regime

With the help of the angular spectrum representation and the Gaussian function expansions of the hard-edge aperture function, the vectorial structure of a linearly polarized Gaussian beam (GB) diffracted by a rectangular aperture is analyzed in detail. It is found that the sizes of the energy flux density spots and the energy fluxes of the TE and TM terms depend on the aperture configuration and the polarization direction of the incident GB. The far fields may have smaller spots and larger energy fluxes for a GB diffracted by a rectangular aperture compared to that by a square aperture with the same beam intensity. And another potential application in information encoding and transmission for free-space communications is also proposed in addition to re-focusing to enhance the optical storage density. This encoding scheme has the benefit of easy implementation without modulating any properties of the light source.     

Mega-Electron-Volt Electron Scattering and Radiography of Plasma

A Monte Carlo code is developed to study mega-electron-volt(MeV) electron scattering and transport in plasma based on multiple scattering.A scaling law relating the angular width of a scattered beam to the incident electron energy and the areal density of plasma is found,which may provide a method of MeV electron radiography for diagnosing the areal density of high-temperature,dense plasma under fusion conditions.The study on the MeV electron beam radiography also shows that plasma density interfaces could be discriminated by electron scattering.     

云纹干涉载频调制技术及分析

在物体变形场的测量中,云纹干涉的载频调制技术有重要作用.在云纹干涉中,对称光照明产生的衍射光沿试件栅表面的法线传播并产生干涉.通过改变照明光的入射角度,可实现变形条纹场的空间调制.通过光程差的分析说明了载波条纹产生的机理,得出了载波频率与照明光入射角度变化之间的关系式.利用三点弯曲加载结合二维载频调制实验,给出了实验结果.证明了在初始条纹较少的情况下,载频调制技术能有效地测量物体的位移场.     

利用棱镜减小自衍射信号光角色散的研究

自衍射效应在飞秒激光领域有非常重要的应用,如提高飞秒脉冲的时域对比度、作为自参考光谱干涉脉冲测量法的参考光、作为频率分辨光学开关法的信号光等.然而,具有较宽光谱带宽的飞秒激光在自衍射效应过程中产生的信号光存在明显的角色散,这给自衍射效应的应用带来不利影响.本文研究发现通过在自衍射效应的一个光路中加入等腰直角棱镜,当到棱镜的入射角为23fi时可以明显地减小飞秒激光脉冲自衍射信号的角色散.这就为以后将自衍射效应更好的应用到飞秒激光脉冲的研究提供了有用的参考.     

利用干涉光场的相位涡旋测量拉盖尔-高斯光束的轨道角动量

对拉盖尔-高斯光束经多圆孔衍射屏在远场平面上形成的干涉光场的相位和零值线进行了计算模拟.当入射光束的轨道角动量量子数为零时,实部零值线与虚部零值线在干涉光场中心点不相交,因而在该点上不能形成相位涡旋.当入射光束的轨道角动量量子数为+1和-1时,实部零值线与虚部零值线在干涉光场中心垂直并相交,干涉光场相应位置处的相位涡旋的符号相反.当入射光束的轨道角动量量子数为±2和±3时,有四条零值线相交于干涉光场的中心点上,并且实部零值线和虚部零值线交替分布,该交点处形成的相位涡旋的拓扑荷的值恰好与拉盖尔-高斯光束的轨道角动量量子数相等.这种结果可以用来测量涡旋光束的轨道角动量.     

Angular and energy distribution of electrons produced by 200–500 keV protons in gases

The cross beam method was used to measure double differential ionization cross sections for electron production by 200–500 keV protons incident on a molecular beam. The ejected secondary electrons were detected by an electron multiplier and an electrostatic 90 °-spectrometer which was movable in the scattering chamber from 18 °–155 ° with respect to the incident proton direction. After the elimination of disturbing electric and magnetic fields, electrons were measured at energies down to 1 eV. The absorption of the very slow electrons along their path through the spectrometer could be minimized by using a relatively low gas pressure in the scattering chamber of a few 10^?5 Torr. The efficiency of the electron detector was determined with an electron source whose emission rate per solid angle was known. Absolute cross sections and their angular dependence were obtained by measuring the slow electrons—ejected with a relatively high rate—without the molecular beam; these data being used to normalize the electron spectra acquired with the molecular beam. Ionization cross sections with 300 keV protons incident on helium are discussed and except for the very slow electrons, a good agreement is found with results of Ruddet al.     

涡旋光束与相位全息光栅不对准时的衍射特性研究

研究了涡旋光束与相位全息光栅不对准时衍射光束的解析特性.利用理论推导的方法得出涡旋光束经相位全息光栅接收后一阶衍射光束的解析表达式.然后通过仿真分析分别得出在发生正常对准、横向偏移、角向倾斜及横向偏移和角向倾斜两者同时出现时衍射光束的质心偏移特性和中心强度变化特性.研究表明: 拉盖尔-高斯光束经相位全息光栅衍射后得到的光场表达式为合流超几何函数形式.光束与相位全息光栅间的不对准会引起衍射光束质心的偏移,而且光束质心的偏移量随入射光束偏移距离和偏离角的增加而增加,与入射光束的偏移方向和方位角无关.角向倾斜时 关键词： 拉盖尔-高斯光束 相位全息光栅 横向偏移 角向倾斜