光学一题

调节单色扩展自然光光源照明下的迈克耳荪干涉仪。以获得最大光强为I0、可见度为1.0的等倾圆条纹.现将一块λ/4波晶片插入干涉仪的一个光臂里,试问视场中的最大光强和可见度将会怎样变化?“光学一题”解答潘维济南开大学 自然光通过波晶片后仍然是自然光.初想起来,将λ/4波晶片插入迈克耳孙干涉仪的一个光臂后,除了波晶片厚度d所引起的圆条纹跳迁以外,在最大、最小光强上不会有什么变化,可见度仍然为1.0.但这个结论是错误的,错就错在没作仔细分析. 将入射的自然光等效成沿波晶片晶轴方向振动(e光)和沿与其垂直方向振动(o光)的两个振幅相等…     

光学一题

频率为ω的线偏光通过两块完全相同的(/)波晶片(光轴方向互相平行),入射线偏光的电振动方向和两块(/4)波晶片的晶轴都夹45.今在两块波晶片之间插入一块以’角速率绕光的传播方向旋转的(λ/2)彼晶片,试问出射光的状态有何变化?光学一题@潘维济$南开大学     

用波晶片相位板产生角动量可调的无衍射涡旋空心光束

本文提出了一种用波晶片产生无衍射涡旋空心光束的新方案. 根据晶体双折射的性质, 设计波晶片的厚度, 在一块晶体薄片上对o光和e光分别形成各自的四台阶相位板, 线偏振光入射到该相位板后, o光和e光衍射按强度叠加, 利用准伽利略望远镜系统聚焦, 得到近似无衍射涡旋空心光束. 光路简单, 调节方便. 在近轴条件下, 运用菲涅耳衍射理论和经典电磁场角动量理论, 数值模拟计算了周期数不同的两块波晶片相位板衍射光强和角动量的分布, 结果表明: 两块相位板都能在较长距离内产生近似无衍射涡旋空心光束, 光强和轨道角动量的分布与螺旋相位板产生的涡旋光束基本相同. 在衍射光路中加入相位补偿器, 调节o光和e光的相位差可以调节自旋角动量的大小, 从而可以调节总角动量密度和平均光子角动量的大小. 用这种空心光束导引冷原子或冷分子, 原子在与光子相互作用过程中可获得可调的转动力矩.     

“光学一题”解答

利用如图所示的迎光矢量分布图,设两块(λ/4)波晶片的快轴都沿x方向,旋转的半波片快轴沿x’方向,且在t 时刻 x’和 x的夹角为 ω’ t,振幅为2A的入射线偏光通过第一块(λ/4)波晶片后的振动方程为这是一个频率为ω的左旋圆偏光.它通过半波片后的振动方程为这是一个频率为(ω一ω’)的右旋圆偏光.当这一右旋偏光通过第二块(λ/4)波晶片后,则出射光的电振动方程为由此可知,出射的是线偏光,其振动方向与入射的相同,振幅也是2A,但频率却由原来的ω变为 容易证明,当某一(λ/4)波晶片转过90°时,人们将获得m+2ω’的线偏光;有时,也可能使出射线偏…     

旋光晶体在偏光干涉实验中电光效应的研究

研究了旋光晶体在偏光干涉实验中的电光效应，给出了旋光晶体在偏光干涉实验中出射光强与晶体旋光性之间关系的表达式I—Ao^2cos^2[β-（π/λ）（n1-nr)l]，以及与旋光晶体电光效应之间关系的表达式I—Ao^2cos^2[β-（π/λ）（n1-nr)l (π/λ）（n2-n1)l]。根据这些表达式给出的关系，将典型的旋光晶体La3Ga5SiO14制作成了电光Q开关，像那些用无旋光性晶体制作的Q开关一样工作良好。在中等功率输出的激光器中，La3Ga5SiO14晶体电光Q开关有可能取代氘化磷酸二氢钾(DKDP)晶体电光Q开关。     

光学一题

试设计一种d=a杨氏双缝夫琅和费衍射装置,并导出屏幕上双缝干涉光强分布的表达式.这里a是双缝中每一缝的宽度,d是又缝中心没缝宽方向的宽度.(答案在本期找) “光学一题”解答 众所周知,双缝夫琅和费衍射光强分布是双缝干涉光强sin2(2υ)/sin2υ受到单缝衍射I0sin2u/u2的调制.这里I0=(Ca)2是宽度为a的单缝在屏幕中央所形成的光强,u=πasinθ/λ,υ=πdsinθ/λ ,θ是衍射角,由于d=a,即u=υ,故屏幕上光强分布表达式为这事实上是宽度为2a的单缝夫琅和费衍射光强分布,其中央衍射极大的角宽度将是宽度为a单缝的一半,丝毫没有什么双缝干涉的表现…     

π相位板产生矢量光束的高数值孔径聚焦特性研究

借助马赫曾德尔干涉仪光路,用简单的π相位板把线偏振光转换为径向和角向矢量空心光束,应用RichardsWolf经典矢量衍射模型,计算了高数值孔径透镜聚焦条件下光波电磁场的分布,结果表明:用10-3 W量级的激光功率照明,产生轴对称矢量空心光束的最大光强达到1011 W·m-2量级,最大光强梯度达到1017 W·m-3量级,暗斑半径仅有0.24λ,同时出现了很强的纵向电场和磁场分布;调节干涉仪光路的光程差可调节局域光子轨道角动量密度的分布,这种光束在原子光学中有很好的应用前景。     

光量子阱单滤波、多通道开关

在对称的光学厚度为1/4波长光子晶体体系中插入另一光学厚度为半波长的光子晶体形成光量子阱.通过控制入射光强可微小地改变此含缺陷光子晶体材料的介电常数,从而可形成高效的多通道光学开关,同时位于中心频率处的EM波保持高透射.研究表明该光学开关的阈值随缺陷光子晶体的层数增加而减小.     

菲涅耳半波带法的基尔霍夫──菲涅耳积分理论

本文用基尔霍夫—菲涅耳积分计算圆孔轴上衍射光强,最后得出和半波带法相同的结果. 由基尔霍夫—菲涅耳理论,入射光垂直通过孔径s的衍射场分布为其中A是振幅函数,可近似认为是常数,已提出积分号外.k=2π/λ, 设衍射圆孔半径为a,选取如图一所示的坐标系,轴上观察点P与圆孔平面(xoy平面)相距z。由图可见积分面积元为 ds=ρdρdθ =γdγdθ圆孔轴线上p点的光场为 光强I正比于EE,E是光场E的共轭值.由于一般只考虑相对强度,所以可直接写成等式.P点的光强为 I—4 AZ sinZIM k(Ya‘十z‘一z) l =I。sinZIMk(Ya“十z“一z) l其中 I。一4 A…     

抽运激光在光靶中的局域及其对X射线激光特性的影响

新型X射线靶设计为:由SiO2和TiO2组成具有12个周期的一维光子晶体,在它的中间嵌入光靶材料层作为缺陷层,SiO2,TiO2和光靶层的光学厚度分别为λ4、λ4和λ2,λ为抽运激光波长.与普通平板光靶相比,当抽运光垂直照射到这种光靶时,靶层内部的光强将提高2个数量级,所以抽运激光的阈值强度将降低2个数量级,这有利于X射线激光的小型化.在同样的抽运激光照射下,X射线激光的强度将提高4个数量级,转换效率也将提高约4个数量级.由于平均电离度随抽运激光强度的提高而提高,所以采用这种光靶有利于使X射线激光向短波长推进. 关键词： X射线激光 光子晶体 光波局域     

相对论涡旋高次谐波的产生与调控理论研究

目前,具有螺旋相位波前和环状光强分布的涡旋光束已在光学领域获得了广泛应用,其产生与调控自然成了研究的热点。利用三维粒子模拟程序对双色拉盖尔高斯激光驱动固体等离子激发同时携带自旋角动量与轨道角动量的高次谐波的物理过程进行了研究,根据高次谐波产生过程中的光子能量与角动量守恒定律对其内在物理机制进行了理论分析,并讨论了对谐波阶次、偏振态（自旋角动量）以及拓扑荷数（轨道角动量）进行调控的方法。研究结果为开发高亮度、超短超快、短波长、自旋与轨道角动量可调控的涡旋光束辐射源提供了理论依据,在光学微操控、超分辨成像、光通信以及离子加速等领域具有较大的实际应用前景。     

快速测量扭曲向列相液晶盒盒厚

提出了一种利用圆偏光仪测量扭曲向列相液晶盒盒厚的新方法,即:圆偏光仪组成为两端是一对起偏器和检偏器,中间放置一对四分之一波片.起偏器和检偏器平行或垂直放置,其中一个四分之一波片的快轴和起偏器透光轴成45°,另一个四分之一波片的快轴和起偏器透光轴成－45°.液晶盒样品直接插入到两四分之一波片中间,无需调整方向.不同于旋转液晶盒或偏振片寻找输出光强最大值或最小值的方法,圆偏光仪测量盒厚不需要旋转任何光学元件或液晶盒观测输出光强的变化,只需要观测检偏器在平行和垂直方向的两个强度值,能够实现快速测量,简洁而且有效.     

光学腔内两正交偏振模振幅和相位的补偿

本文开展了光学腔内两正交偏振模振幅和相位补偿的实验研究。通过采用特殊腔型和两个λ/2波片,补偿腔内反射镜对水平偏振模和垂直偏振模的反射率差异,使两个偏振模的输出振幅相等。利用一组λ/4-λ/2-λ/4波片补偿光学腔内水平偏振模和垂直偏振模的相位差,使两个模的输出重合。通过上述的振幅和相位补偿方法,可实现任意偏振光经过环形腔后偏振不变,为任意偏振比特在腔内冷原子系综中的高效率高保真度存储提供了实验基础。     

光学一题

波长 λ的平行光垂直照射于总缝数为 3(N+ 1)平面光栅上,每一缝宽为a、光栅常数为d.如作下列两种修饰,则其夫琅和费衍射光强将会怎样?(1)将第2、5、8、…、3N-1个缝盖以π相移膜片;(2)将第3、6、9、…3N个缝盖以。相移膜片.(解答在本期)“光学一题”解答 本题事实上是今年第6期所刊“一题”多组组合的形式.在不计单缝衍射调制作用下,计算衍射角θ方向上的叠加合振幅Aθ及光强Iθ.其中　　　　　　　　　　,是相邻光波在θ方向上的位相差.θ方向上的光强为光强分布画在解图(a)中.由于N很大,我们忽略各个次最大,而用竖线代表各级主极大的位…     

位势在原点有高于二阶的极点时散射振幅的Regge行为

当位势V(z)在原点有高于二阶的极点时(在右半平面V(z)解析,当z→∞时z²V→0),证明了(1)S矩阵元为λ(λ=ι+1/2,ι是角动量)的半纯函数;(2)当λ在右半平面|argλ|<π/2内趋于无穷大时,|S-1|≤C((log|λ|)/|λ|)。     

电控振幅型超分辨光瞳滤波器的调谐特性分析

根据空间偏振态调制和偏振干涉的原理,设计了一种能通过外加电压调谐的振幅型光瞳滤波器,实现了横向超分辨下轴向焦移与焦深的实时控制。该滤波器由两个透射光轴平行的偏光镜,置于其间的一个电光晶体和一个二区域λ/2波片组成。分析了滤波后光学系统焦点附近光强的分布及电光调谐特性,在电光相位延迟-π~π之间,二区域λ/2波片内外径取优化值时,可实现横向超分辨及轴向焦移的实时调控,等效于一个可实现横向超分辨的电光调焦透镜。电光相位延迟一定时,二区域λ/2波片内区方位角的改变可实现第一零点比的调整;内区方位角一定时,电光相位延迟的改变可实现焦深的实时控制。     

基于椭圆超腔的高亮度激光同步辐射分析

提出了一种椭圆超腔,计算了椭圆超腔焦点处的光强,讨论了基于椭圆超腔技术的激光同步辐射的光子产额和辐射功率.结果发现:当椭圆超腔镜壁的反射率为99·99%时,椭圆超腔焦点处的光强可以达到入射光强I0的5000倍;利用3·5GeV电子束与在椭圆超腔焦点处的激光束垂直散射可以获得能量10·975MeV的高亮度γ射线,其光子产额和辐射功率将比电子束与单束激光垂直散射时产生的光子产额和辐射功率高2·5×107倍.     

利用旋转波片组实现偏振变换器的两种新方法

偏振变换器作为一种重要的光学器件．以其高偏振变换精度、低成本、低插入损耗以及控制算法简单的特性在相干光纤通信和高速光纤通信领域具有十分重要的地位。提出了利用两个λ／4波片和一个λ／2波片的三波片组合实现任意偏振态变换的新方法。用改进的三维庞加莱球方法—偏振态投射平面的二维几何方法分别推导出了λ／4 λ／4 λ／2组合以及λ／2 λ／4 λ／4组合实现任意偏振态变换时每个波片的位置参量计算公式。研究结果表明：两个λ／4波片和一个λ／2波片的任意组合都可以实现任意偏振态的变换;用偏振态投射平面的几何方法处理偏振变换的相关问题比庞加莱球方法和矩阵处理方法简洁明了。研究结果为偏振变换器的设计提供了理论依据。     

可调谐位相型光瞳滤波器的横向光学超分辨和轴向扩展焦深

为克服传统光瞳滤波器的缺点,实现系统光学超分辨性能的可调谐性,设计了一种新型可调谐的位相型光瞳滤波器.该光瞳滤波器包括两个λ/4波片和置于其间的λ/2波片,其中λ/2波片分为两个可作相对旋转的区域.研究结果表明,通过旋转λ/2波片的任意一区域不仅可以实现系统横向光学超分辨能力的可调性,而且可以在横向分辨能力提高的同时实现光学系统轴向焦深的扩展以及轴向焦移. 关键词： 光学超分辨 位相型光瞳滤波器 可调谐     

光子晶体光纤非线性光谱特性的理论与实验研究

光子晶体光纤具有特殊的导光机制和结构可调性,可以产生奇异的色散特性及高非线性,为非线性光纤光学领域的研究提供了新的条件。受多种非线性光学效应的共同作用,在不同泵浦光脉冲参数条件下,不同结构参数及传输特性的光子晶体光纤能产生丰富的非线性光谱。利用分步傅里叶方法求解非线性薛定谔方程,模拟飞秒激光脉冲在光子晶体光纤中的传输过程,获得输出光谱与入射光脉冲参数(泵浦光峰值功率P、泵浦光波长λ、光脉冲形状、光脉冲宽度T_FWHM)、光纤结构参数(孔间距Λ、空气填充比d/Λ、光纤长度z)、传输特性(色散、非线性系数)的关系,分析拉曼孤子、色散波、自相位调制等非线性效应产生的光谱特性。利用光子晶体光纤包层节区进行非线性光学实验研究,获得了孤子波和色散波的宽带光谱输出。理论分析与实验测量的光谱中都包括了波长0.5 μm附近可见光波段的蓝移色散波、0.82 μm波段的剩余泵浦光、1.1 μm波段的孤子波、2 μm附近的红移宽带色散波。理论分析与实验测量结果一致,阐明光子晶体光纤中非线性光谱产生的物理原理,实现了对宽带光谱的可控输出,为高非线性光子晶体光纤的结构设计、制备及非线性光谱的应用研究奠定基础。