太赫兹波衍射特性的研究

利用不同宽度的衍射屏对太赫兹波的衍射特性做了分析与探究.根据太赫兹波衍射特性,将衍射屏的宽度变化划分为三个阶段.由太赫兹时域波形的时间延迟和峰值振幅参数可直观地反映出每一阶段中太赫兹波直边衍射后光程变化和光强分布规律.本实验既可作为课堂内关于光的衍射知识的延伸,又可作为衍射理论与实际相结合的例子在物理教学中应用.     

衍射光栅的傅里叶分析方法

本文用衍射理论中的傅里叶分析方法,分析光栅在各种不同情况下的夫琅和费衍射现象中,其衍射屏上的复振幅分布、光强分布及频谱分布的规律。对于衍射光栅的应用具有指导意义。     

四孔径衍射屏在近场形成的光强分布及拓扑荷

利用基尔霍夫衍射理论计算模拟了四圆孔径衍射屏在菲涅耳深区形成的衍射光场的强度、零值线和相位的分布,发现衍射光场亮斑关于中心呈对称分布,在距离衍射屏较近的观察面上,光强值为零的点组成光强零值线段,该线段上光强等值线的离心率都接近或等于1,其两侧的光强值变化非常剧烈。复振幅的实部和虚部零值线多为封闭的曲线,零值线交叉点的个数为偶数,并且正负相位奇异点的个数相等。特殊相位奇异点周围的相位不仅呈对称分布,而且该点的拓扑荷的值近似为零。随着光波的传播,在不同的观察面上光强零值线段逐渐变短,最终趋于一点。     

基于4F系统光学逻辑编码的实验

设计了用4F系统进行光学逻辑编码的方法.根据4F系统的工作原理,通过分析光栅衍射屏横向位移量与衍射光相位改变量之间的关系,约定两衍射级光强相加时为“1”,两衍射级光强相消时为“0”的光学逻辑编码规则.实验结果表明:输出信号线性好,符合编码要求.     

六角孔的夫琅禾费衍射场的实验演示

采用一维光栅叠加和傅里叶变换对二维矩形光栅构成的矩孔衍射屏进行了分析计算,给出了衍射场光强分布的解析解和数值模拟结果.将内部具有3个不同取向的光栅的六角孔衍射屏看作是由3个不同方向一维光栅的叠加,对构造出的衍射屏进行快速傅里叶变换,得到该衍射屏的夫琅禾费衍射场分布.结果表明,单个六角孔的衍射场仅在衍射场中心处有一亮斑,衍射光强在3个受限方向有展开,演示观察效果不明显;内部具有光栅结构的六角孔的衍射场能明显地反映出六角孔的形状和衍射光强在3个受限方向的展开,演示效果明显.     

光波导短程透镜焦点特性的分析

利用波导短程透镜的几何光学性质, 给出了短程透镜的等效光线追迹图和相位传递函数, 得到短程透镜焦点的模场分布表达式. 理论得出的焦斑光强分布和实验测得的光强分布一致.     

利用纯相位型液晶空间光调制器实现空心光束

为了提高激光系统的整体效率,需要将出射光强整形为空心分布。采用纯相位型液晶空间光调制器整形近高斯分布光强到空心分布。基于能量守恒定律和等光程原理,分析了纯相位型液晶空间光调制器光束整形系统,得出了整形系统所需的相位分布。采用衍射光学方法,数值模拟了整形效果,讨论了入射光束束腰半径和强度分布等因素对整形效果的影响。利用纯相位型液晶空间光调制器实验实现了空心光束,实验测得的转换效率大于99%。     

像散Bessel光束自重建特性的理论和实验研究

基于菲涅耳衍射积分理论和巴比涅原理,推导出像散Bessel光束经圆形障碍物后的光强分布一般表达式.数值模拟了像散Bessel光束经圆形障碍物遮挡后光场的自重建过程,并设计相关实验进行验证,实验结果与理论模拟基本符合.结果表明：零阶像散Bessel光束经过轴上和离轴障碍物后均会发生光束重建现象.随着传输距离的增加,像散Bessel光束的外轮廓尺寸变大、中心光点阵列数增多,逐渐重建出不同于障碍物前的完整光束.并且观察到光束在重建过程中横向和纵向的重建速度并不一致,存在一定的速度差.利用螺旋相位板产生高阶像散Bessel光束,验证了高阶像散Bessel光束经障碍物遮挡后同样具有自重建特性.研究结果对像散Bessel光束在多层面粒子操纵方面的应用具有参考价值.     

夫琅禾费缝衍射的计算机模拟

在大学物理的教学中, 夫琅禾费衍射是波动光学的教学重点之一. 以夫琅禾费衍射的光学模型为基 础, 根据傅里叶光学理论给出夫琅禾费衍射光强分布的一般公式, 利用 MAT LA B软件对单缝、 双缝、 多缝以及十字 缝和＝ ‖字缝等缝衍射屏的夫琅禾费衍射进行模拟, 并对计算机模拟结果作出分析. 缝衍射实验的计算机模拟结果 显示快速且清晰, 衍射条纹分布符合衍射规律, 实现了对实际光波衍射的模拟     

边界衍射波理论公式的准确性数值分析

利用数值分析的方法分析了由边界波理论公式所得的圆形光阑衍射场的光强分布.通过对边界波理论公式所得的光强分布曲线,对几何照明区与阴影区的光强分布曲线与面衍射积分公式所得的光强分布曲线进行比较,分析了边界波理论公式对衍射场描述的准确性.     

三维超分辨光瞳滤波器的优化设计

利用matlab优化工具箱,采用非线性规划,对三区振幅型(透过率为1-0-1)和三区位相型(相位角为π-0-π)光瞳滤波器进行三维超分辨优化设计,建立了优化模型,经计算机多次迭代运算,改变斯特尔比s值,给出了优化结果.结果显示:所设计的滤波器较好地实现了横向和轴向三维超分辨,且轴向超分辨能力优于横向;相同斯特尔比下,位相型三维超分辨能力优于振幅型,并且这两种滤波器结构简单,容易实现.     

Babinet's principle in an anisotropic medium

The results of the theory of diffraction in an isotropic medium are used to derive relations between the vectors of electromagnetic fields produced by diffraction on complementary screens, for the case of two-dimensional diffraction in an electrically anisotropic medium.     

Speckle in confocal scanning transmission optical microscopes

The formation of speckle patterns in confocal scanning transmission optical microscopes is examined. Using a gaussian approximation, expressions for the contrast in both in and out of focus planes are derived in terms of the statistical parameters of thin phase screens. The results are illustrated by examples in which the formulae are evaluated numerically and compared to experimental data.     

Diffraction by extremely small holes in thin absorbing and transparent screens and by disks

The generalization of Bethe-Bouwkamp diffraction theory for the case of diffraction by the hole in absorbing and transparent thin screens and by the disks is proposed. Duality transformation of Bethe-Bouwkamp solution is implemented. The approximate analytical expressions are found for the near electromagnetic diffraction field for extremely small hole or disk.     

Quadric wavefront aberrations in phase-type images of binary amplitude gratings with small opening ratios

We discuss the quadric wavefront aberration of a fractional Talbot imaging ray which distorts the phase-type image of a binary amplitude grating with a small value of the opening ratio. When the opening ratio is equal to 1/2 or 1/3, the imaging rays are shown to have no quadric wavefront aberrations. For the opening ratios of 1/4 and 1/5, two different types of quadric wavefront aberrations are responsible for the three-level phase images. If the opening ratio gets to 1/6, we find that three different types of quadric wavefront aberrations distort the fractional Talbot image. The quadric wavefront aberration formulated here may be used in evaluating the phase-type image of a binary amplitude grating with an arbitrary value of the opening ratio.     

斜入射弹丸速度测量系统研究

天幕靶是用于测量弹丸速度较为普遍的光学测量仪器。在测量弹丸速度时,要求弹道垂直于天幕靶的靶面,当弹道不垂直预定靶面时,弹丸飞越两个天幕靶靶面的实际距离与两靶靶距存在一定的误差,斜入射角度越大误差越大。提出了一种用6个天幕构成天幕阵的速度测量系统。当弹丸以任意方向穿越6个天幕时,测时仪记录弹丸穿越各个天幕的时间间隔,根据这些时间间隔便可以求出弹丸的速度值和速度的飞行方向。该方案解决了弹丸斜入射时速度测量不准的问题,特别适用于枪弹末速度的测量。     

Diffraction method for recording optical wave fields

We propose a method for recording an optical wave field that is based on diffraction of the optical wave field by two screens that are complementary to each other. We show that the new method ensures the measurement of the phase of the wave field with a high accuracy and spatial resolution. An optical scheme for implementing the diffraction method and an algorithm for reconstructing the phase of the wave field from the measurement data are developed. We perform a computer simulation of the experiment on recording the optical wave field based on the method proposed.     

新型椭圆形互补隐身斗篷设计

基于变换光学理论和互补媒质理论,提出了新型椭圆形互补隐身斗篷的设计方法,并得到了本构参数张量表达式,利用基于有限元算法的电磁仿真软件对该模型进行了全波仿真验证,结果证实了所得到的表达式的正确性,这种隐身斗篷不仅能够实现对位于其内部的物体隐身,而且电磁波能透进隐身斗篷内部进而可以与外界进行通信。     

Measurement of helicity parameters in top quark decay

It is important to be able to quantitatively assay future measurements of competing observables consistent with the coupling predictions for decay, so plots of the values of these helicity parameters are given in terms of a “ + Additional Lorentz Structure”. Three phase-type ambiguities are shown to exist, but measurement of the sign of the large interference between the W longitudinal/transverse amplitudes will resolve two of them. The large effects in both and amplitudes from some couplings demonstrate that it is less model dependent to measure helicity parameters, instead of setting limits on some arbitrary subset of coupling constants. Received: 12 November 1998 / Published online: 27 April 1999     

三区位相型三维超分辨光瞳滤波器的优化设计

用Matlab优化工具箱,采用非线性规划,对三区位相型(π-0-π型)光瞳滤波器进行了优化设计。结果显示,所设计的滤波器较好地实现了横向和轴向的三维超分辨,且轴向超分辨能力优于横向。该滤波器结构简单,容易实现。