矢量贝塞尔涡旋波束在均匀单轴各向异性介质中的传输

基于电磁场的矢量波函数展开方法和不同坐标系中矢量波函数转化关系,得到了圆对称矢量贝塞尔涡旋波束的圆柱矢量波函数展开系数;结合电磁场边界条件,获得了圆对称矢量贝塞尔涡旋波束以任意方向照射均匀单轴各向异性介质层的反射场、透射场和内部场的展开系数;数值计算了沿波束传播方向横截面上的入射、反射和透射电场强度分布以及xOz平面内传播路径方向的总电场强度分布。结果表明,圆对称贝塞尔涡旋波束入射单轴各向异性介质的反射场基本保持同心圆环结构,但强度分布不再呈圆对称;透射场出现两束交错折射光,总电场强度轮廓显著扭曲。     

亚波长闪耀光栅矢量衍射效率计算

将矢量衍射数值算法—严格耦合波分析用于精确计算亚波长闪耀光栅的衍射效率,并分析其衍射特性。建立了闪耀光栅的电磁介质模型,并将楔形不规则结构简化为多层矩形光栅结构,通过电磁场的介质分布建立严格耦合波方程。根据边界条件求解出各层的电磁场分布,再通过增透矩阵方法将各层电磁场依次迭代,求解出了整个结构的衍射效率。计算分析显示,对闪耀角为11.3°、周期为500 nm的金属铝闪耀光栅可以得到高于90%的衍射效率和相应的闪耀级次。实验表明这种矢量衍射数值算法具有较高的准确性,可以推广应用于高致密刻线复杂光栅的衍射计算分析。     

光盘光学系统的矢量衍射理论分析

本文以完整的矢量衍射理论分析了光盘光学系统。首先将入射的聚焦光束分解为平面波谱 ,得到每个平面波的振幅矢量 ;然后计算光盘对每个平面波的衍射 ,得到衍射波的振幅矢量 ,从而得到了整个衍射波场的空间频谱 ;最后计算物镜光瞳上的能通量 ,得到光盘系统的读出信号。在衍射计算中 ,光盘被定义为二维金属光栅 ,根据信息符的不同模型 ,选用坐标变换方法、耦合波方法或模态方法。对于典型的 DVD光学系统来说 ,矢量理论的结论与标量理论相差甚远 ,要得到正确的结果就必须采用矢量衍射理论     

海洋-大气耦合矢量辐射传输粗糙海面模型

详细导出了粗糙海面的反射矩阵、透射矩阵和源函数矢量计算模型,并应用于海洋-大气耦合矢量辐射传输数值计算模型PCOART。在此基础上,分别利用粗糙海面瑞利大气矢量辐射传输问题和海洋-大气耦合辐射传输问题对粗糙海面模型进行了验证,结果表明,模型计算得到的粗糙海面大气瑞利散射斯托克斯矢量是精确的,且瑞利散射辐亮度计算相对误差小于0.5%。粗糙海面海洋-大气耦合辐射传输问题验证结果表明该粗糙海面计算模型是精确的。相对已有的标量粗糙海面海洋-大气耦合辐射传输模型,该模型不仅可以获得整个海洋-大气耦合系统的辐亮度场,而且可以获得辐射斯托克斯矢量场。     

基于SOI的亚波长偏振分束器的研究

运用严格耦合波理论对亚波长光栅的模场分布进行讨论,通过位相匹配方程建立衍射级、光栅矢量和波导传输常数的关系,得到波导光栅实现偏振分束功能时对应的设计参数;针对布拉格反射层良好的反射特性,设计了一种亚波长偏振分束器。为了提高光栅的耦合效率,在基底增加Bragg反射层,将传统偏振分束器的透射光反射,与输入光相干叠加,满足相位匹配条件后耦合输出,使耦合效率大大增加。     

建筑物墙壁电磁耦合截面建模及应用

电磁波照射下的建筑物室内电磁环境具有混响效果,因此可采用功率平衡法（PWB）快速评估室内电磁环境水平。然而目前PWB方法中电大腔壁耦合截面（CCS）的计算模型建立在腔内电磁波不穿透腔壁的条件下,无法直接用于电磁波可穿透室内建筑物墙壁的耦合截面计算。为此,提出了一种适用于电磁波穿透有限厚度建筑物墙壁的CCS计算新模型。该模型考虑实际建筑物墙体的厚度和材料电磁特性,能够充分反映电磁波因有限厚度墙壁多次反射对室内电磁环境水平的影响。将该模型应用于室内电场水平的快速评估,预测结果与实际测量结果吻合较好,证明了所提有限厚度建筑物墙壁CCS模型的合理性。     

会聚波面光场的衍射特性

以能量守恒定律为基础分析一种会聚光场的衍射积分公式,推导出以一个衍射源参考波面为半球面的衍射积分公式的倾斜因子,给出一个计算焦平面上光场分布的表达式,并以虚拟矢量子波干涉解释会聚光场的衍射过程。根据满足正弦条件的聚焦物镜对光波波面的变换特性,给出平坦波面光场经过物镜聚焦后的焦面光场计算表达式,并以简单直角坐标偏振和简单柱面坐标偏振的拉盖尔-高斯光束聚焦特性为例说明该公式的应用。     

吸收限附近非对称反射条件下X射线的异常透射

研究了原子吸收限附近非对称布拉格条件下完整平板晶体的X射线异常透射．当衍射主要由原子散射因子的虚部引起时，在严格的布拉格角处，晶体内部驻波的波节位于衍射原子面上，从而导致异常透射的发生．透射波主要来源于晶体内部坡印廷矢量指向晶体下表面（入射面为上表面）的波场．该波场的有效吸收系数随非对称因子a的增大而减小，所以整个晶体的透射系数随a的增大而增大．当原子散射因子的实虚部对衍射的贡献之比一定时，晶体内坡印廷矢量偏离色散面实部法向的程度随反射的非对称程度的增大而增大． 关键词：     

星形光波导耦合器的耦合特性分析

根据TE0模光波导的本征场分布、瑞利索末菲标量衍射积分公式和激励源与光波导耦合的匹配效率公式,给出光波导端面衍射和耦合的归一化发射系数和接收系数计算公式,推导出光波导端面非接触耦合的耦合效率计算公式。光波导模场分布采用高斯函数近似表达,给出简洁的计算光波导端面非接触耦合的耦合效率函数表达式。最后,基于星形光波导耦合器结构参量的特点,将累加运算采用积分运算近似表达,给出星形光波导耦合器接收光波导总的接收效率与耦合器基本参量的关系,阐明了星形光波导耦合器的耦合特性。     

耦合微环谐振腔光波导有限尺寸效应的优化

对耦合微环谐振腔光波导中的有限尺寸效应进行了研究.在CMROW两端引入抗反射结构,采用数值方法对抗反射中的三个交叉耦合系数进行了优化,消除了透射谱和群时延谱的有限尺寸效应.数值计算得到了弱耦合和强耦合情况下抗反射结构中优化交叉耦合系数的拟合公式,可以直接计算出消除有限尺寸效应时所需的优化参量.     

粗糙海面对高斯分布激光光束的反射模型推导

研究激光光束海面反射光强的方向分布特性对海上光电对抗等领域的工程实践具有重要意义.本文采用分形方法模拟粗糙海面,并在海面基准坐标系中建立起描述粗糙海面几何特征的数学方程,然后基于蒙特卡罗方法模拟高斯光束,依据几何光学原理在基准坐标系下推导了高斯光束的海面反射模型,采用该模型可以编程计算激光光束海面反射光强的方向分布.将模拟计算结果与实验结果进行了对比分析,结果表明该模型可以较好地反映激光光束海面反射光强的分布趋势,验证了模型的有效性.     

激光主动干涉条纹间距识别光学目标口径

利用物理光学相关知识及Collins衍射积分公式和硬边光阑的复高斯函数分解法,推导得到目标处干涉图样条纹间距与光学目标反射光时间分布关系的解析表达式.从原理分析、仿真计算和实验研究等方面研究了干涉场的条纹间距、光学目标口径参数和反射光时间分布包络的峰峰数、峰峰间距和峰峰比之间定量关系.结果表明,当条纹间距的大小约为目标的口径尺寸时,反射光时间分布包络的峰峰数由单峰向多峰过渡,峰峰间距和峰峰比曲线会出现极大值,根据这一变化规律可以估测出光学目标的口径参数,其估测精度受条纹间距可调节范围的影响.     

高阶不对称体模回旋管Denisov型准光模式变换器（英）

详细研究了Denisov型准光模式变换器的原理和设计方法。应用几何光学理论对Denisov型开口辐射器的工作过程进行了分析,并给出了基于耦合模理论的辐射器不规则扰动段的设计方法。开发了基于耦合模理论、矢量衍射积分和物理光学法的仿真程序GQOMC-D,并将该程序的计算结果与文献报道结果进行了对比验证。利用该程序设计了一种110 GHz TE22,6模回旋振荡管准光模式变换器,仿真结果显示在输出窗上得到了场型较好的高斯波束,其模式纯度为98.4%,模式变换器的能量转换效率为94.7%。     

用琼斯矩阵法分析别汉棱镜像面偏振态分布

 基于反射定律的矢量式易于追迹复杂系统中光线的三维空间传播方向,计算了别汉棱镜每一面反射光线的方向,利用琼斯矢量法建立每一反射平面的琼斯矩阵以及面与面之间的传输矩阵,得到了一束线偏振平行光通过别汉棱镜后像面上的偏振状态分布,即经由2个屋脊面出射的光束是2个方位角不同的椭圆偏振光,这2个方位角的大小与入射线偏振光的振动方向有关。采用斯托克斯参量测量法,对别汉棱镜像面上偏振状态的分布进行了实验检测,得到了与理论分析一致的结果,指出别汉棱镜的偏振效应将会导致出射光束偏振状态的不均匀分布。     

94 GHz回旋管准光模式变换器设计

基于几何光学理论和矢量绕射理论,研究了将回旋管及其他高功率微波器件的振荡输出模式转换成准光高斯波束的模式变换器,采用伏拉索夫(Vlasov)辐射器和三级准光反射面实现了准高斯模TEM₀₀的横向输出.研究了Vlasov辐射器的工作机理,运用矢量绕射理论计算出波导辐射场,口面电流分布的方法计算反射面辐射场.通过编写程序设计了将94 GHz,模式为TE₆₂的毫米波转化为准光高斯波束的内置式准光模式变换器. 关键词： 94 GHz回旋管 内置式准光模式变换器 Vlasov辐射器 矢量绕射理论     

The relation between the boundary diffraction wave theory and physical optics

The physical optics surface integral is asymptotically reduced to a line integral along the contour of the diffracting edge. It is shown that the resultant integral can be separated into two sub-integrals which represent the reflected and transmitted diffracted fields. The integrands are transformed into the same forms with the potential function of the boundary diffraction wave theory.     

计算水下凹面目标散射声场的声束弹跳法

为了解决含有多次散射时水下目标声散射场的计算问题,提出了一种声束弹跳方法。把入射声波划分为若干声束,根据几何声学方法计算每条声束在目标表面的反射方向和能量损失,利用物理声学方法计算最后一次反射的声束所对应的面元的散射场,通过计算所有声束产生的散射场的叠加得到整个目标的散射场。计算了直角凹面圆锥体的散射声场,并对具体模型进行了水池测量实验,理论计算和实验测量结果一致。表明该方法作为一种高频近似的数值计算方法,可以计算存在多次散射时水下目标的散射声场。      

物理光学法分析反射面天线辐射场

利用物理光学方法分析天线的远区辐射场具有计算速度快和内存需求少的特点,目前已被广泛应用于反射面天线的远区辐射场计算中。推导了利用斯特拉顿-朱兰成远场积分方程计算天线远区电场的表达式,计算了某一偏馈反射面天线的方向性,与文献中已有结果比较表明,方向图结果是正确的。馈源的方向图模型设置为余弦函数的q次方,利用增益公式近似推导了天线的增益,将这一计算方法应用于赋形反射面天线的远场分析中,通过对比反射面天线赋形前后波束扫描过程中不同扫描角度处的方向图,验证了赋形设计对于提高天线增益平坦度的有效性。     

Denisov-type quasi-optical mode converter forhigher-order asymmetric volume mode gyrotron北大核心CSCD

The principle and design method of Denisov-type quasi-optical mode converter is investigated indetail. The operation process of the Denisov-type launcher is analyzed by applying the geometrical optics, andthe Gaussian-like field distribution achieved on the waveguide wall is also derived. The method for designing arippled-wall launcher is proposed on the basis of coupled mode theory. A simulation code for Denisov-type qua-si-optical mode converter GQOMC-D is developed based on coupled mode theory, vector diffraction integrationand physical optics, which is compared to the design parameters and experimental results reported in literaturefor its validity. According to this code, a Denisov-type quasi-optical mode converter used in 110 GHz TE22.6mode gyrotron oscillators is designed. Simulation results indicate that a Gaussian-like beam is obtained at theoutput window with a scalar content of 98.4 % and a conversion efficiency of 94.7 %.     

Diffraction and external reflection by dielectric faceted particles

The scattering of light by dielectric particles much larger than the wavelength of incident light is attributed to diffraction, external reflection and outgoing refracted waves. This paper focuses on diffraction and external reflection by faceted particles, which can be calculated semi-analytically based on physical optics. Three approximate methods; the surface-integral method (SIM), the volume-integral method (VIM), and the diffraction plus reflection pattern from ray optics (DPR) are compared. Four elements of the amplitude scattering matrix in the SIM and the VIM are presented in an explicit form. Of interest is that diffraction and external reflection are separable in the SIM, whereas they are combined in the VIM. A feature of zero forward reflection is noticed in the SIM. The applicability of the DPR method is restricted to particles with random orientations. In the manner of van de Hulst, we develop a new technique to compute the reflection pattern of randomly oriented convex particles using spheres with the same refractive index, resulting in an improvement in the precision of the reflection calculation in near-forward and near-backward directions. The accuracy of the aforementioned three methods is investigated by comparing their results with those from the discrete-dipole-approximation (DDA) method for hexagonal particles at the refractive index of 1.3+i1.0. For particles with fixed orientations, it is found that the SIM and the VIM are comparable in accuracy and applicable when the size parameter is on the order of 20. The ray-spreading effect on the phase function is evident from the results of various size parameters. For randomly oriented particles, the DPR is more efficient than the SIM and the VIM.