大粒子对高斯波束散射的数值模拟

基于广义米氏理论，精确的求解了球形粒子对高斯波束和平面波的散射，采用Matlab编程， 改进了计算方法，所能够计算的粒子的尺寸参数已突破80000. 给出了平面波与高斯波入射 时，均匀粒子以及镀层粒子的散射分布，比较了吸收粒子和非吸收粒子散射分布. 关键词： 广义米氏理论 高斯波束 光散射 波束因子     

二维高斯波束对多层球粒子电磁散射的解析解

基于矢量波函数在球和柱坐标系中表达式之间的转换关系,提出了一种求解球坐标系中二维高斯波束波形因子的方法,得到了二维高斯波束波形因子在球坐标系中的解析公式.结合广义米理论推导了在轴二维高斯波束入射多层球粒子的电磁散射的解析解,并对散射强度随散射角的分布进行了数值模拟,结果与平面波入射情况进行了比较. 关键词： 矢量波函数 波形因子 电磁散射 广义米理论     

离心球对高斯波束的光散射及应用

基于广义米氏理论研究了在轴离心球对高斯波束光散射特性.入射高斯波束的波束因子用积分区域近似法计算,散射场的展开系数由矢量球面波函数的加法定理并求解边界条件得到.以离心球为模型研究了单核生物细胞对高斯波束的散射特性并给出了相关数值模拟,讨论了离心距、波束的束腰半径和核的大小对散射强度角分布和散射、消光系数的影响.     

一种求解任意入射波束的波束因子的方法

提出了一种将任意入射波束因子用矢量波函数展开的方法，根据波束在球坐标系中的展开形式，以及球谐矢量函数与非球坐标系的波矢量函数之间的关系，推导出任意入射波束在相应坐标系中的波束因子的理论表述形式.以椭球坐标系为例，介绍了将离轴的入射波束，用椭球矢量波函数展开的波束因子求解方法，此方法还可应用于柱坐标、椭柱坐标系中波束因子的求解，为研究粒子对任意入射波束的散射打下了基础. 关键词： 波束因子 广义米理论 光散射     

二维高斯波束对多层球粒子电磁散射的解析解

基于矢量波函数在球和柱坐标系中表达式之间的转换关系，提出了一种求解球坐标系中二维高斯波束波形因子的方法，得到了二维高斯波束波形因子在球坐标系中的解析公式.结合广义米理论推导了在轴二维高斯波束入射多层球粒子的电磁散射的解析解，并对散射强度随散射角的分布进行了数值模拟，结果与平面波入射情况进行了比较.     

具有轨道角动量光束入射下的单球粒子散射研究

根据广义Mie理论,研究了具有轨道角动量拉盖尔-高斯光束（LGB）的空间传输特性以及单粒子散射特性.在单体球粒子对高斯光束散射研究的基础上,分析了在自由空间不同传输距离LGB光束的光强分布情况,在不考虑散射和波束相移关系的情况下,将LGB作为入射高斯光束,通过对波束入射时的散射衰减截面求解得到波束因子,利用矢量球谐函数对入射高斯波束进行展开,从而研究了单球粒子在在轴条件下对具轨道角动量高斯波束入射的散射问题.通过数值计算,讨论了散射强度及角分布在不同波束宽度情况下对其散射特性的影响,并与平面波的情况做了对比.结果表明,当波束束腰半径较小时,束腰半径对衰减率的影响较大,而当束腰半径远大于粒子半径时,接近于平面波的情况. 关键词： 广义Mie理论 轨道角动量 Laguerre-Gauss光束 单球粒子     

激光对含偏心核球形粒子的辐射俘获力

利用偏心球形粒子对任意角度入射有形波束散射的理论,从广义米理论出发,根据电磁场的动量守恒及麦克斯韦张量,推导了任意入射波束对偏心球形粒子辐射俘获力的级数表达式,并以高斯波束为例,就离轴入射有吸收偏心球形粒子时的辐射俘获力进行了数值模拟,讨论了束腰半径、吸收系数、内核的相对大小及位置对俘获情况的影响. 关键词： 广义米理论 偏心球 辐射俘获力 光镊     

双球粒子对任意入射单波束及双波束的散射

基于广义Lorenz-Mie理论,研究了双介质球粒子对任意角度入射波束的散射.将入射波束用球矢量波函数展开,推导了双介质球形粒子对任意入射单波束的散射方程;将该方法进一步推广,研究了双波束任意入射时的情况.以Gauss波束为例,对以上理论进行了数值验证,比较分析了单波束及双波束任意入射时散射特性随入射方向、球心距等参数的变化关系. 关键词： 广义波束因子 双球粒子 Gauss波束     

双球粒子对任意入射单波束及双波束的散射

基于广义Lorenz-Mie理论,研究了双介质球粒子对任意角度入射波束的散射.将入射波束用球矢量波函数展开,推导了双介质球形粒子对任意入射单波束的散射方程;将该方法进一步推广,研究了双波束任意入射时的情况.以Gauss波束为例,对以上理论进行了数值验证,比较分析了单波束及双波束任意入射时散射特性随入射方向、球心距等参数的变化关系.     

高斯波束对双层粒子的辐射俘获力

从广义米理论出发，将入射高斯波束用矢量球谐函数展开.根据对电磁场动量的讨论，得出了高斯波束对多层球形粒子的辐射俘获力的表示式，并就单高斯波束对在轴双层有吸收粒子受到的辐射俘获力进行了数值模拟，讨论了束腰半径、吸收系数、内外层相对厚度对俘获情况的影响. 关键词： 辐射俘获力 多层球形粒子 光镊 高斯波束     

Ce:KNSBN晶体光扇效应的入射光强度阈值特性研究

采用非同时读出条件下的两波耦合实验装置,以单束光入射Ce:KNSBN光折变晶体,系统研究了Ce:KNSBN晶体中光扇效应随入射光偏振态、入射光强度、光入射角的变化情况.结果表明异常偏振光入射晶体时光扇效应明显,且存在明显的入射光强度阈值特性,入射光强度阈值为38.2 mW/cm2;相同光入射角下,稳态光扇强度随入射光强度的增强而明显变大;对应相同的入射光强度,稳态光扇强度随光入射角θ的增大而增大,当θ为15°时到达峰值,而后随θ的增大而逐渐减小.同时对光扇效应的入射光强度阈值特性以及稳态光扇强度随入射光偏振态、入射光强度、光入射角的变化作出了相应的物理解释.     

入射光参量对Ce∶KNSBN晶体中光扇效应的影响

采用非同时读出条件下晶体两波耦合实验装置,研究了入射光强度及光入射角对Ce∶KNSBN晶体中光扇效应的影响.结果表明,光扇效应存在明显的入射光强度阈值特性,入射光强度阈值为38.2 mW/cm2.对应相同的入射光强度,光入射角θ为15°时稳态光扇强度Ifsat最强,如:入射光强度为38.2 mW/cm2时,Ifsat最大为0.7 mW/cm2;入射光强度为57.3 mW/cm2时,Ifsat最大为1.8 mW/cm2.     

Propagation of a filamentary femtosecond laser beam with high intensities at an air-solid interface

The propagation of a filamentary laser beam at an air-glass surface is studied by setting the incident angle satisfying the total reflection condition. The images of the trajectory of the filamentary laser beam inside the sample and the output far-field spatial profiles are measured with varying incident laser pulse energies. Different from the general total reflection, a transmitted laser beam is detected along the propagation direction of the incident laser beam. The energy ratio of the transmitted laser beam depends on the pulse energies of the incident laser beam. The background energy reservoir surrounding the filament core can break the law of total reflection at the air-glass surface, resulting in the regeneration of the transmitted laser beam.     

Ce∶KNSBN晶体中光扇效应的响应时间特性研究

以单束光入射Ce∶KNSBN晶体,系统研究了不同入射光波长下,Ce∶KNSBN晶体中光扇效应的响应时间随入射光强度及光入射角的变化情况.结果显示,相同的入射光强度及光入射角下,入射光波长较短时,光扇效应到达稳态的时间较短.相同的入射光强度下,随光入射角的增大,响应时间先减小后增大,但不同波长入射光下,最小值对应的光入射角不同,入射光波长为532 nm时,响应时间最小值对应的θ为15°;入射光波长为632.8 nm时,对应的θ为15.5°.同时研究发现,入射光强度逐渐增大的过程中,响应时间在逐渐减小.     

Dependence of extinction cross-section on incident polarization state and particle orientation

This note reports on the effects of the polarization state of an incident quasi-monochromatic parallel beam of radiation and the orientation of a hexagonal ice particle with respect to the incident direction on the extinction process. When the incident beam is aligned with the six-fold rotational symmetry axis, the extinction is independent of the polarization state of the incident light. For other orientations, the extinction cross-section for linearly polarized light can be either larger or smaller than its counterpart for an unpolarized incident beam. Therefore, the attenuation of a quasi-monochromatic radiation beam by an ice cloud depends on the polarization state of the beam if ice crystals within the cloud are not randomly oriented. Furthermore, a case study of the extinction of light by a quartz particle is also presented to illustrate the dependence of the extinction cross-section on the polarization state of the incident light.     

不同入射角度下强流脉冲电子束能量沉积剖面和束流传输系数模拟计算

 强流脉冲电子束在材料中的能量沉积剖面、能量沉积系数和束流传输系数受其入射角的影响很大，理论计算了0.5~2.0MeV的电子束以不同的入射角在Al材料中的能量沉积剖面和能量沉积系数，并且还计算了0.4~1.4MeV电子束以不同入射角穿透不同厚度C靶的束流传输系数。计算结果表明，随着入射角的增大，靶材表面层单位质量中沉积的能量增大，电子在靶材料中穿透深度减小，能量沉积系数减小，相应的束流传输系数也减小；能量为0.5~2.0MeV的电子束当入射角在60°~70°时在材料表面层单位质量中沉积的能量较大。     

五角棱镜制造角差及抖动对其转向角的影响

从五角棱镜的原理和特性出发,分析了在理想条件下五角棱镜的转向角不受入射角的影响,详细讨论由于五角棱镜加工角差和相对入射光束抖动对其转向角的影响,给出了相应的精确表达式。其中对于入射光在垂直于入射面抖动的情况,由于不能简单从二维几何光学关系分析,而采用了矢量分析方法,得出:当角差δβ=δθ时,入射角抖动对转向角偏差的影响可以忽略,而转向角偏差与制造角差几乎成线性关系。为五角棱镜用于计量测试误差分析提供了理论依据。结论对五角棱镜的制造也有很大理论指导的意义。     

偏振方向对涡旋光束产生的影响

在利用液晶空间光调制器(LCSLM)产生涡旋光束时,入射光的偏振方向对涡旋的产生有着明显的影响。从液晶空间光调制器的工作原理出发,研究了不同偏振方向的线偏振光在通过LCSLM的相位调制后,涡旋光束产生的变化。通过模拟仿真与实验结果的比较,发现随着线偏振光的偏振方向与液晶分子光轴夹角的增大,液晶空间光调制器的调制误差变大,所产生的涡旋光束的质量变差。当夹角大于4.725°时,涡旋光束的质量明显变差。而随着夹角继续增大,LCSLM对入射光的调制作用减弱,无法产生涡旋光束。     

偏离束腰入射对非局域非线性介质中高斯光束演化的影响

从1+1维强非局域模型出发，讨论了偏离束腰入射的高斯光束在非局域非线性介质中的传输 特性，得到了精确的解析解.结果表明，在聚焦介质中偏离束腰入射时，不论入射功率多大 ，光束束宽将发生周期性波动，光孤子不复存在，这与从高斯光束束腰入射的情况有本质的 不同；入射功率决定了光束平均束宽的大小，入射位置决定了光束初始的演化趋势.比较了在入射位置相同的条件下，聚焦介质、散焦介质和线性均匀介质中光束的演化.给出了“空 间啁啾”的定义，偏离束腰入射的物理本质是光束的不同入射位置对应不同的初始空间啁啾 .空间啁啾的概念， 关键词： 非局域非线性介质 空间光孤子 高斯光束     

涡旋光束在反射中的正交偏振特性研究

本文从角谱理论出发建立了涡旋光束在空气-玻璃界面反射时的傍轴传输模型, 并研究了反射过程中诱导产生的正交偏振效应. 当一水平偏振涡旋光束以不同角度入射时, 反射光束的正交偏振分量呈现出类似于一阶厄米-高斯模式的双峰强度分布, 而水平偏振分量强度分布呈现与入射光束相似的分布, 且只在布儒斯特角附近入射时才现出与正交偏振分量垂直的双峰分布. 对于任意线偏振入射光, 其正交偏振分量的偏振方向不再垂直于入射时的偏振方向, 而是与反射光束的中心波矢垂直, 此时正交偏振分量出现有趣的旋转特性, 其物理原因归结于任意线偏振光入射时所对应的水平与垂直偏振分量的反射系数不同. 最后进行了相关实验验证, 发现实验结果与理论分析符合得较好. 关键词： 正交偏振 涡旋光束 任意线偏振