非平行条件下高斯光束斜入射窄带滤光片的透射光强分布

基于多光束干涉原理,推导了斜入射状态下非平行角度调谐滤光片的高斯光束透射光强表达式.在此基础上研究了高斯光束的入射角以及非平行滤光片两端面间所存在楔角对透射光强分布的影响.计算和实验结果都表明,滤光片的透射光强分布不仅与入射角有关,非平行滤光片两端面间楔角的大小和正负特性还会在很大程度上影响斜入射时滤光片的光场分布、透...     

1维线阵离轴高斯光束的分数傅里叶变换

 为研究非相干的1维线阵离轴高斯光束通过分数傅里叶变换(FRFT)系统的传输特性,利用Collins积分公式,导出了其在FRFT面上的光强分布解析式,并利用此解析式作数值计算和分析。研究表明：非相干的1维线阵离轴高斯光束在FRFT面上的光强分布由FRFT的阶数和子光束数目共同决定,其归一化的光强分布随FRFT的阶数周期性变化,周期为2;子光束数目的大小及其奇偶性对归一化光强分布的影响取决于FRFT的阶数;轴上归一化光强分布也随FRFT的阶数周期性变化,变化周期也为2。     

艾里光束的光强闪烁研究EI北大核心CSCD

基于Rytov方法并采用von-Karman模型对艾里光束的光强闪烁进行了分析。根据接收器接收面上光强度分布不均匀的现象,提出了艾里光束的面光强闪烁模型,推导了艾里光束在大气湍流中的面光强闪烁的表达式。数值仿真结果表明:当光束宽度一定时,相同光束传播距离下指数截断因子越小,光强闪烁越小;当传播距离为3km、指数截断因子为0.2时,艾里光束的宽度约为1.6cm,光强闪烁最小。此外,光源强度和接收光强相同时,将艾里光束与高斯光束进行了对比,发现艾里光束的光强闪烁小于高斯光束的光强闪烁。     

艾里光束的光强闪烁研究

基于Rytov方法并采用von-Karman模型对艾里光束的光强闪烁进行了分析。根据接收器接收面上光强度分布不均匀的现象,提出了艾里光束的面光强闪烁模型,推导了艾里光束在大气湍流中的面光强闪烁的表达式。数值仿真结果表明:当光束宽度一定时,相同光束传播距离下指数截断因子越小,光强闪烁越小;当传播距离为3km、指数截断因子为0.2时,艾里光束的宽度约为1.6cm,光强闪烁最小。此外,光源强度和接收光强相同时,将艾里光束与高斯光束进行了对比,发现艾里光束的光强闪烁小于高斯光束的光强闪烁。     

多光束非定域干涉透射光强分布

研究了多光束非定域干涉现象,得到了多光束非定域干涉的透射光强分布函数。理论研究结果表明,干涉圆环中心位置光强与定域干涉结果一致。对得到的多光束非定域干涉透射光强分布函数进行了数值分析,分析结果表明随着镜面反射系数的增加,非定域干涉条纹变得更加锐细,光谱分辨率提高,同时在低干涉级次处出现了噪声,并且反射系数越高,噪声越明显。在镜面间距不变的情况下,通过改变观察屏位置,对透射光强分布进行数值分析,结果表明干涉级次与干涉圆环倾角的余弦值存在线性关系,通过求斜率可以得到镜面间距。保持观察屏位置不变,通过改变镜面间距,数值分析结果表明干涉级次与干涉圆环半径平方存在线性关系,并且直线斜率与镜面间距也存在线性关系。     

大气湍流中孔径限制下高斯光束的传播特性

在扩展Huygens-Fresnel原理和Rytov近似的基础上,得到了孔径限制下湍流大气中高斯光束平均光强的积分表达式,利用数值模拟方法分析了轴上和接收面上平均光强的分布,并得到了波阵面半径、传播距离、湍流强度和波长与平均光强的关系曲线图.结果表明在湍流大气中波长、传播距离、发射孔径和波阵面半径的改变会引起平均光强重心的漂移,传播距离增加会导致光束的展宽.     

马普-赫斯棱镜对单模高斯光束光强分布影响分析

根据光在马普－赫斯棱镜两空气隙胶合层中的干涉效应,分析了其对单模高斯光束光强分布的影响.结果表明,对于某一高斯光束入射棱镜时,透射光束光强将随入射角的变化而呈现周期性的振荡;对于正入射的光束,当空气隙的厚度一定时,透射光强随棱镜两空气隙结构角的变化作周期性振荡;当结构角一定时,透射光强随空气隙厚度的变化作周期性变化;且透射高斯光束的形状也随棱镜结构的改变发生变化,表明,可以通过选择合适的棱镜结构以减小棱镜对透射光束的影响,对于成品棱镜,则可通过改变入射角使棱镜的性能达到较佳状态.     

高能激光环形光束近场和远场传输特性

为满足高能激光环形光束在近场区和远场区的实际应用需求,从电磁波衍射积分方程出发,推导了环形光束光场分布和远场光强分布表达式,并对光场分布和光强分布进行了分析,得到光强分布与高斯光束的有限孔径大小、中心遮拦比和传输距离的关系.引入大气湍流场景,采用相位屏法对环形光束在不同湍流强度下的大气传输进行了数值模拟和分析,研究了受大气湍流影响远场光斑畸变、光斑破碎、光束扩展和漂移等的增强现象.最后开展了环形光束近场区大气传输数值模拟和实验,结果表明:随着传输距离的增加,光斑中心光强越来越强,光斑逐渐趋于均匀,平均光强呈类高斯分布,近场区环形光束扩散和光斑畸变现象受大气湍流影响而增强.     

基于双向反射分布函数的目标激光测距方程

导航系统中广泛采用激光测距确定星地间距离,双向反射分布函数可精确描述实际物体反射光的情况,是研究激光测距方程的有效手段。结合目标反射几何模型,计算得到透镜各点接收目标反射光强的表达式。对目标光斑和接收透镜进行网格划分,仿真得到透镜面元接收目标反射的光强分布和透镜接收的瞬时光强,并讨论了平面目标的网格步长选取和计算次数。当光束从不同空间位置入射至平面目标表面时,根据探测器-反射棱镜之间距离与接收光强的对应关系得到激光测距方程的待定参数。实测数据验证了理论计算的正确性。     

高斯光束斜入射非平行法布里-珀罗干涉仪后的透射光强分布

基于多光束干涉原理,推导出了高斯光束斜入射非平行法布里-珀罗干涉仪射后的透射光强表达式,在此基础上,着重研究了高斯光束入射角的大小以及法布里-珀罗干涉仪两反射端面的不平行度对透射光强分布的影响。研究结果表明：入射角的大小和干涉仪的不平行度对透射光的强度分布、峰值强度的大小和峰值强度的位置有很大的影响;在入射高斯光束具有较小的腰斑半径或法布里-珀罗干涉仪的两端面的反射率较大时,必须考虑高斯光束沿传输轴线的衍射效应;楔角为负的非平行法布里珀罗出射光斑的光强在“反跳”处急剧下降到零,可利用这一特点对距离进行精确测量。     

The effect of spherical aberration on temperature distribution inside glass by irradiation of a high repetition rate femtosecond pulse laser

In this paper, we study the effect of spherical aberrations on the light intensity and the temperature distribution in the focal region in a 250-kHz femtosecond laser irradiated Ag⁺-doped borosilicate glass. When a focused beam goes through an interface between air and glass, spherical aberration will result in the separation of the focal point and then cause a clear change of the light intensity distribution along the incident direction. That phenomenon will further influence the longitudinal cross-section temperature distribution in glass. Here we use Ag nanoparticle formation as a marker for establishing temperature distribution and we find that the formation of nanoparticle shows a strong dependence on the temperature field and the detailed precipitation process is also discussed.     

LDA侧面泵浦固体激光器泵浦结构参数优化

为LDA侧面泵浦Nd∶YAG棒状固体激光器的优化设计、参数选取及后续试验提供了理论依据和参考,建立了环形侧面泵浦棒状介质泵浦光场分布数值计算模型,研究了LDA侧面泵浦固体Nd∶YAG激光器泵浦光场的分布特点。模拟分析了LDA的bar间距、玻璃管厚度、激光晶体半径等几个主要泵浦结构参数对泵浦光场分布的影响。通过对不同泵浦参数下泵浦光分布特性的数值计算,优化了LDA侧面泵浦固体激光器的泵浦结构参数,优化后的仿真结果表明:在泵浦距离为2 mm条件下,晶体直径为4 mm,玻璃管套筒厚度为1 mm,冷却水层厚度为1 mm时,泵浦光在晶体中心处强度相对值为40.8%,在晶体轴心附近分布比较均匀,且均匀分布区域相对较大。     

热压载荷作用下气体检测光学窗口对激光传输影响

采用有限元方法研究了不同热压载荷作用下多组分气体原位激光检测系统的光学窗口变形分布情况,并根据热光效应计算得到光学窗口折射率分布。采用光线追迹法对比分析了氮气吹扫前后光学窗口折射率变化及变形对到达接收面的通光量和辐照度分布影响规律。此外,基于高温光学窗口激光透射测试平台开展了高温光学窗口对检测信号影响研究。结果表明:高温高压环境会使光学窗口折射率变化幅度增大及变形加剧,导致激光光路偏折引起透射光强损耗和探测信号条纹干涉;氮气吹扫可以有效改善激光传输条件,增加到达接收面的通光量,优化辐照分布,提高激光传输质量。     

上下行传输孔径接收光强起伏特性分析

为了研究地星上行和星地下行激光链路孔径内接收光强信号的典型特征,基于大气湍流理论和位相屏方法,计算了短波和中波红外激光在特定大气相干长度条件下,孔径内接收激光功率与总功率的比值及起伏情况。根据统计结果讨论了上下行大气通道传播特性的差异,结果表明相同外界条件下,直径50 cm孔径内接收的下行激光信号强度大于上行激光信号强度1个数量级以上,其信号的起伏程度也低于上行激光;中等湍流下,下行激光孔径接收光强的概率分布函数服从对数正态分布,最大概率接收功率比与无湍流条件下的功率比值一致,分别为0.42%(1.315 m)和 0.26%(3.8 m)。     

弹丸激波在激光光幕靶测量中的影响分析

分析了弹丸在飞越激光光幕靶时弹丸激波对激光传播的影响。针对难于实际测量由激波形成的空气折射率分布问题,应用弹丸超音速绕流场的数值计算结果和折射定律,借助SolidWorks软件分析了激波内折射率为常数的情况下光线穿过激波时的折射和出射轨迹,并用模拟实验验证了其正确性。讨论了激波对激光光幕靶测量的影响,为光幕靶的设计与应用提供了依据。     

漫透射成像法激光强度时空分布测量装置

 提出用CCD漫透射成像法测量激光强度时空分布和激光功率,给出了测量原理, 简要叙述了装置总体结构,介绍了测量装置各部分,给出了散射屏的散射特性,重点分析了光路布局、镜头焦距、光圈、景深、滤光片的参数选择,介绍了数据处理软件,给出了激光强度分布测量实验结果。结果表明：漫透射成像法测量激光强度时空分布是可行的,该装置测量强度分布分辨力高达5 mm;测量功率准确、可靠,测量不确定度小于6%,使用方便,实现了在小空间内对大光斑进行功率和强度分布的同时准确测量。     

基于蒙特卡罗法的水下激光光幕探测性能研究

为了提高水下激光光幕的探测性能, 根据水下光束传播规律, 构建了水下激光光幕探测模型, 基于蒙特卡罗模拟方法对水下激光光幕探测性能进行研究。基于水下激光光幕探测模型, 利用MATLAB软件进行仿真, 分析海水衰减系数、初始功率及传输距离对水下激光光幕传输的影响。仿真结果表明:海水的衰减系数越小, 水下激光光幕传输率受到的影响越小。海水参数和传输距离一定时, 随着初始功率的增加, 只会影响到达探测端的最终功率, 但对传输率影响不大。当海水衰减系数一定, 传输距离为1 m时, 其传输率约为15%且变化稳定; 当传输距离增加到30 m时, 传输率在5%以下。     

基于EKF的水下LD通信精对准控制算法

高速激光通信中接收机与光斑中心很难处于精对准状态,导致水下光通信链路难以稳定建立.首先采用蒙特卡洛仿真统计法分析激光光子在海水中传输的接收光强分布规律,再通过实验对接收端的光斑图像进行采样分析,利用曲线拟合得到接收器位置与接收光强的关系.仿真与实验结果表明:光束经过25 m的水下传输,接收光强分布仍近似为高斯分布.采用非线性估计算法(扩展卡尔曼滤波)与基本状态控制反馈理论,根据接收光强度估计接收器当前位置与最大光强处的距离,通过反馈算法实现接收端与光斑中心的主动跟踪对准.算法仿真结果显示,接收端对准误差在2 mm以下,稳定后接收效率超过98%.     

高斯涡旋光束在大气湍流传输中的特性研究

为了研究大气湍流对高斯涡旋光束传递信息的影响,理论分析了经过大气湍流的高斯涡旋光束轨道角动量(OAM)模式的径向平均功率和归一化平均功率分布、固有模式指数、初始光束半径和湍流强度;采用纯相位扰动逼近的有效性,数值模拟高斯涡旋光束在传输中的OAM模式径向平均功率分布的变化。建立传输模型并进行外场激光大气传输实验,对比分析了模拟和实测的OAM归一化平均功率分布,结果表明在弱湍流条件下,OAM模式的径向平均功率随着接收器孔径尺寸的增加而变化,逐渐趋于稳定值。对于一般常用的接收孔径,在强湍流或较小的初始光束半径条件下对OAM模式干扰十分严重。验证了用数值方法模拟OAM在湍流介质中的模式变化过程的可靠性。     

Resonantly enhanced transmission of light through subwavelength apertures with dielectric filling

Using both analytical and numerical methods to study transmission of light through dielectric-filled subwavelength apertures in a real metal, we have found that a propagating mode can in principle exist inside a waveguide of arbitrary small size if a particular relationship between the dielectric constants of the cladding and filling materials at the incident frequency is satisfied. Practical transmission through a subwavelength aperture of finite depth can be enhanced when the depth is such that Fabry-Pérot-like resonances are excited. For 810 nm light incident on a silicon-filled 50-nm-diameter aperture in a 200-nm-thick gold film, we found that a normalized near-field intensity ratio of 1.6 at the exit can be achieved. This resonantly enhanced transmission phenomenon may be advantageously applicable to near-field scanning optical microscopy and single-molecule spectroscopy.