锥形自聚焦纤维光线追迹计算方法

自聚焦(selfoc)纤维,也称梯度折射率(graded index)纤维,是一种新型光学纤维。一根自聚焦纤维,就相当于许多个微型透镜的组合,它可以把物空间内物体的象,在自聚焦纤维内经多次成象而得到传递^<1>。由于自聚焦纤维内折射率分布是不均匀的,所以光线在其内的传播不是直线,而是沿曲线传播。此曲线称为光线的光迹,也可以称此曲线为光线。自聚焦纤维光线追迹问题,就是为了确定光线在其内传播的光迹,以便进一步研究自聚焦纤维传递光线和图象的规律和性能,为研制和应用新的自聚焦纤维提供数据。     

自聚焦光学纤维浅谈

普通光学纤维都是由内外折射率不同的两种光学材料制成的,在高折射率的芯层外面包以折射率较低的皮层,利用光在芯-皮层界面上发生的全反射来传光,如图1所示.入射角io与临界角io对应,i>io的入射光将由皮层逸出,所以io决定了光学纤维的集光能力,通常把叫光学纤维的数值孔径(Numerical Aperture). 自聚焦光学纤维(Selfoc)是1964年由日本学者首先提出的,四、五年后有了样品,1975年用梯度折射率型的自聚焦纤维实现了 10 db/km的低损耗传输.当前,信息容量大的光通信系统中大都使用这种光学纤维,它还可以制成微型光学器件,用作光耦合器和馈光线. …     

正方形自聚焦透镜光线理论研究

针对正方形自聚焦透镜折射率分布特点,引入方向角概念,以平方律表征其折射率分布.从理论上研究了平方律折射率分布下正方形自聚焦透镜的光线轨迹方程,得到了子午光线表达式.结果表明,与传统径向自聚焦透镜相比,正方形自聚焦透镜的光线轨迹受光线入射方向角影响,会产生较大像差.得到了正方形自聚焦透镜数值孔径表达式,表明数值孔径并非常量,且与方向角密切相关.计算了中心轴上的最大数值孔径,方向角为0°时最小为0.405,方向角为45°时最大值0.5以上.     

自聚焦透镜的三维相干成像特性分析

运用傅里叶光学方法，分析并推导了自聚焦透镜的三维相干成像公式。研究表明，虽然自聚焦透镜中介质折射率是径向渐变折射率分布，不同于薄透镜中的均匀分布，但是由于它的三维相干成像性质却类似于薄透镜，从而使自聚焦透镜可以在成像和光学信息处理系统中有效地代替薄透镜，实现光学系统的微型化。     

非均匀媒质透镜中的高斯光学

一、前言一般透镜,采用折射率为常数的均匀媒质,光线在媒质中是直线传播,因不同介质间的球形界使光线折射而产生透镜作用。近年来非均匀媒质透镜引起了人们的重视。特别是折射率沿径向变小的自聚焦透镜,     

自聚焦透镜及其光学参数的实验测定

一、前言自聚焦透镜是一种形状呈圆柱体(图1),折射率按以下方式分布的新型光学元件: 根据非均匀介质中射线光学理论的分析可知,这种光学元件与普通透镜一样具有聚焦和成像性质.但与普通透镜相比,它的焦距容易做得很短,作成像元件时,它具有很小的共轭距离.因此它已广泛地应用于需要激光束聚焦的光盘技术和需要尺寸紧凑的成像系统中.     

一维自聚焦透镜及其应用

利用平板自聚焦透镜材料进行离子交换,制成一维自聚焦透镜.分析了平板自聚焦透镜的离子交换原理和折射率分布形成过程,测量了不同厚度时,折射率分布常量A的值.介绍了透镜的应用,并用一维自聚焦透镜制成小型半导体激光器耦合器件.     

透镜棱镜对光波面作用的研究

光在透镜中传播时光线发生偏折,即光波面形状发生改变,若透镜为均匀透明介质,两工作面为旋转二次曲面,则在透镜内的光波面也为旋转二次曲面,但与工作面形状不同,由具体的透镜工作面形状和折射率决定。光在棱镜中传播时也发生偏折,但由于工作面是平面,所以研究棱镜中的光传播时,入射光一般取平行光,在棱镜中光波面也是平面波。现就具体几种情况分别阐述如下。     

利用强度周期性变化的光信号测量光速与介质的折射率

介绍了一种利用强度周期性变化的光信号来测量光速与介质折射率的方法,可以精确测量出光传播距离改变cm数量级时光传播时间的改变.如果在光路中放入介质,用这种方法可以很精确地测量出由此引入的光程差,并给出了一个测量介质折射率的新方法.     

模拟渐变折射率光波导

介质光波导是导波器件和集成光路中用以限制和传导光波的基本构件,我们熟知的具有圆形截面的光学纤维就是介质波导的一种,然而集成光学所注重的波导往往是平面波导或条形波导。近年来,渐变折射率分布的平面波导越来越多地被应用来制作各种集成光学的器件,所以研究和了解渐变折射率分布波导的特性是很重要的。我们用简单的装置、简单的方法使液体折射率随深度的不同而渐变,并且用A.J.Barnard方法测得液体在某一时刻的     

液体透镜的透射波前特性研究

液体透镜是一种新型光学元件,通过改变表面曲率而调整光焦度。液体透镜的透射波前质量会影响成像质量,将液体透镜应用于精密光学系统需要探明其透射波前变化特性。通过理论和仿真分析液体透镜通光孔径内不同高度入射光线的光程差随曲率半径的变化,以及光程差对光焦度的敏感性,以此研究光瞳空间内光程差微变的一致性。分别测量液体透镜在零、正、负光焦度下的透射波前,通过分析实验数据验证液体透镜的光程差微变的一致性。实验结果表明:光程差微变的空间最大差异约为0.22λ～0.36λ,空间分布离散程度约为0.01λ～0.02λ,得出液体透镜随电流微变产生的光程差微变一致性较好,为液体透镜在精密光学系统中的应用和像差补偿提供了技术支撑。     

非圆柱形发散梯度折射率棒透镜光线传播轨迹的解析解族

本文研究光线在具有非圆柱形等折射率面的发散型梯度折射率棒透镜中的传播规律,提出在轴向弱非匀条件(即dg~(-1)(z)/dz<<1下近轴子午光线轨迹的一种解析表达式.从该解析式的解析解,棒透镜梯度参数g(z)所满足的条件出发,导出棒透镜的折射率分布族.文中给出了两个线性无关的光线传播轨迹的解析解族,并以一种发散型棒透镜为例讨论了近轴成像特性.     

制作铊玻璃自聚焦透镜的两步离子交换工艺分析

本文分析了用一次离子交换工艺制备的自聚焦透镜的径向折射率分布规律,讨论了所能获得的最佳分布工艺条件。在此基础上提出了两步离子交换的新方法。计算表明用两步离子交换工艺制备的自聚焦透镜的折射率分布可以更接近理想分布.     

一种类锥形梯度折射率纤维的光线传播特性和近轴成象研究

本文研究了一种类锥形梯度折射率纤维的光线传播特性和近轴成象规律。光在这种类锥形纤维中的传播具有变幅值和变周期的振荡特征,文中从光线轨迹的近似解析式出发,导出高斯光学公式,并讨论了结果的适用性。研究表明,类锥形梯度折射率纤维与在光学特性上锥形梯度折射率纤维十分类似,它们都可望成为微型光学和激光装置的重要新元件。     

制作锂玻璃自聚焦透镜的离子交换工艺的研究

本文分析了用一次离子交换工艺制备的自聚焦透镜的径向折射率分布规律,计算了所能获得的最佳分布及工艺条件.并提出在熔盐中加Li~+及分阶段离子交换的新方法.计算表明,用改进后的新工艺制备的自聚焦透镜,其折射率分布可以得到明显的改善.     

自聚焦透镜离轴耦合损耗理论研究

利用光线光学的原理分析了自聚焦透镜的光学性能,提出了求解自聚焦透镜离轴耦合损耗的数学模型,利用这一模型计算出了单模光纤与自聚焦透镜离轴耦合时的耦合损耗与模向距离的关系曲线,为自聚焦透镜离轴耦合的设计提供理论依据.     

光纤太阳光照明系统中聚光装置的设计

将太阳光经传能光纤传输到室内进行照明是太阳能利用的新发展,而将太阳光耦合到传能光纤中是这项技术的一个难点。在分析塑料光纤的特点和各种聚光技术的基础上,提出一种把太阳光耦合进传能光纤中进行传输的聚光装置。根据非球面透镜垂轴球差小的特点把太阳光会聚到很小的光点,再利用长度约为1/4节距的自聚焦透镜改变光线的数值孔径使其满足光纤的数值孔径,通过一个计算公式来计算最佳的自聚焦透镜长度,实现非球面透镜和自聚焦透镜的最佳组合,把太阳光以较高的耦合效率耦合进塑料光纤。最后在理论上验证了此装置的可行性。     

光线在非均匀折射率介质中传播的一种研究方法

本文从简单的折射定律出发,导出了在类透镜介质中光线传播的光线矩阵,并且通过引入等效折射率,从而比较直观地研究了高斯光束和超高斯光束的自聚焦现象,所得结果与其它方法处理的结果一致.     

利用远场法测量多组份玻璃自聚焦通信光纤的数值孔径

多组份玻璃自聚焦通信光纤是采用离子交换法在双坩埚拉丝炉中拉制出来的一种梯度折射率光学纤维。本文用远场法测量了多组份玻璃自聚焦通信光纤数值孔径。探测光辐射光功率用两种方法:园周扫描光功率探测和直线扫描光功率探测。采用圆周扫描光功率探测可同时测出数值孔径角,进而可得数值孔径值。本文采用棒状玻璃自聚焦微透境进行光源与光纤端面耦合。拍摄了在几种实验条件下波长为0.6328μm激光在固体介质——变折射率光纤中传输的模式分布图片。介绍了测量系统和测量结果。本测量系统同样可测量阶跃型光纤数值孔径。     

理想自聚焦棒透镜和Maxwell鱼眼微球透镜对有限远物点成像及球差

本文用变折射率介质中的光线理论研究了具有双曲正割折射率分布的理想自聚焦棒透镜对有限远物点成像的像距及其纵、横向球差的计算公式。并将它与Ｍａｘｗｅｌｌ鱼眼微球透镜对有限远物点的成像作对比。严格的数值计算结果表明：两类透镜的纵、横向球差都随折射率梯度的增强而减小。弱梯度时棒透镜比球镜的球差小；但强梯度短物距时球透镜可达到比棒透镜的球差小一、两个数量级。