扫描近场光学显微镜探针与光场相互作用的分析

采用时域有限差分方法对镀金属膜光纤探针在近场光探测中对光场产生的扰动和相互作用过程进行了数值分析。选择纳米孔径的隐失场光场和镀金属膜光纤探针建立了近场光探测的理论模型，讨论了探针孔径尺寸、扫描高度等因素对光场探测的影响，以及测量光场与初始光场之间的关系等。研究结果表明，当探针孔径尺寸与待测纳米孔径尺寸相当，探针扫描高度在接近探针孔径尺寸的一半时，测量得到的光场分布数据能够准确描述初始光场分布。     

初级球差及孔径对径向偏振高阶矢量贝塞尔-高斯光束聚焦的影响

在束腰不在物镜入瞳位置的一般情况下,利用理查德-沃尔夫矢量衍射积分公式获得了径向偏振高阶矢量贝塞尔-高斯光束通过有初级球差和受孔径限制的物镜聚焦的三维光场的径向,方位角和纵向分量表达式。数值模拟了入射光束受圆孔径和环形孔径限制情况下初级球差对光场分布的影响。结果表明:球差对焦平面光场分布的影响是非常小的,尤其是环形孔径限制情况下球差的影响可以完全忽略;在受圆形孔径限制情况下,光束经有球差物镜聚焦后,焦平面前后的光场分布不再对称。球差导致在焦平面各点的强度分布变化并不总是一致变大,或一致变小;使用环形孔径时光束聚焦后的光斑尺寸要远小于使用圆形孔径时光束聚焦后的光斑尺寸。     

Bessel光束经椭圆环形孔径后的衍射光场

基于菲涅耳衍射积分理论及硬边孔径的复高斯函数展开法导出了Bessel光束经椭圆环形孔径后的光场表达式, 数值模拟了其光场的强度分布. 研究了Bessel光束经椭圆环形孔径后的光场变化及其传播过程; 在实验上利用轴棱锥输出的近似无衍射Bessel光, 通过椭圆环形孔径, 使用电荷耦合器件拍摄得到不同传播距离处的光强分布. 理论结果和实验结果均表明无衍射光束经椭圆环形孔径后会产生空心光束.     

大角度斜入射情况下的猫眼效应激光反射特性

基于角谱衍射理论,采用2维离散傅里叶变换和将双衍射孔径进行投影合并的方法,推导了斜入射情况下猫眼效应反射光的衍射传输过程,通过数值计算分析了入射角和衍射距离对衍射光场分布的影响规律,并实验验证了入射角的影响规律。结果表明,这种方法能够准确描述大角度入射时的反射光衍射光场分布,入射角对其衍射光场分布模式的影响相当于增大了衍射距离。依据入射角与衍射光场分布模式之间的对应关系,可对猫眼目标进行参数识别研究。     

基于计算机的光衍射的数值计算与显示

本文研究了基于计算机的光场分布的数值计算与显示方法。从光的菲涅尔衍射、波前相位重构入手,对连续信号进行了离散化处理,给出了数值计算公式。对光波通过矩形孔径、传播后的光场分布进行了数值计算与显示。仿真结果表明数值计算更加直观地展现了光的特性,并提供可视化的验证。     

新型矢量光场调控:简介、进展与应用

作为光的一个基本属性,偏振态提供的自由度对光场调控具有重要作用。具有空间结构偏振态分布的矢量光场因其具有不同于传统标量光场的独特性质而被应用于诸多领域,但矢量光场的早期研究主要集中于柱对称的局域线偏振矢量光场。近年来,偏振态分布更加丰富的新型矢量光场逐渐得到关注,这些新型矢量光场的出现丰富了矢量光场的种类并提供了新的调控自由度,被应用于焦场调控、光学微加工、光学微操纵和光信息传输等领域。综述了近年来出现的新型矢量光场,包括柱坐标系中的杂化偏振矢量光场、庞加莱球相关的矢量光场、阵列矢量光场、多奇点矢量光场和其他非柱对称的矢量光场,介绍了其进展、设计方案、实验生成、性质和相关应用。     

光纤耦合激光束输出光空间分布及其影响因素分析

通过分析光纤出射端面的光强分布,研究了光纤传输过程中激光二极管出射光束进入光纤时的指向角对出射端面光场分布的影响.提出一种影响光纤输出端光场的新因素,对数值孔径和光纤芯径两个影响因素进行了补充.在光纤传输过程中,将激光二极管出射的光束等效为大量光线,在二极管输出光的位置以及空间分布确定的情况下,使用光线追迹方法依次分析...     

纳米孔径激光器出射孔径设计

采用三维时域有限差分（FDTD）方法计算和比较了不同形状和尺寸的纳米孔径半导体激光器的近场分布特性，结果表明采用C形孔径设计可使纳米孔径激光器的输出光强最大值比方孔和圆孔提高了3－4个数量级，通光效率也会有显著提高而聚焦光斑尺寸基本不变。并提出C形孔在孔径尺寸为1／3波长左右时输出光场分布最优。纳米孔径激光器可用于超高密度近场光存储、近场光学超衍射分辨成像、纳米光刻等。     

小孔扫描傅里叶叠层成像的关键参量研究

小孔扫描傅里叶叠层成像术已在三维全息重聚焦和超分辨宏观成像领域显示出巨大的潜力。对小孔扫描傅里叶叠层成像技术的关键参量对光场恢复质量的影响进行了研究,根据小孔扫描傅里叶叠层成像的迭代算法,通过仿真实验研究了小孔的交叠率和孔径大小对光场恢复质量的影响。仿真结果表明:在相同孔径情况下,小孔交叠率存在一个阈值,当交叠率大于该阈值时,光场恢复质量随交叠率增大而显著提高;在相同交叠率情况下小孔孔径越小光场恢复质量越高。该研究成果对小孔扫描傅里叶叠层成像术在进一步应用中的参数优化能起到一定程度的理论指导作用。     

基于可调谐复振幅滤波器的超长焦深矢量光场

根据矢量光场衍射积分理论和离散复振幅光瞳滤波原理, 通过一种由双λ/2波片和离散复振幅滤波器组成的可调谐复振幅滤波器, 研究了大数值孔径下超长焦深聚焦矢量光场的构建与调控. 给出了一个六环带区的离散复振幅滤波器, 对入射光场的偏振态、振幅滤波和相位滤波三者进行同步优化, 获得了焦深接近10λ的三维平顶光场; 通过调控双λ/2波片夹角来改变聚焦光场的矢量化结构, 使之在光针场、平顶光场、光管场及中间结构光场之间交替变化. 研究结果揭示了入射光场矢量化结构演化与聚焦光场矢量化结构变换之间的关系, 解决了获取动态的、可调控的超长焦深聚焦光场的问题. 两种基本的聚焦光场光针场、光管场的独自使用或三维平顶光场的调和使用, 将会在光学显微、光学微纳操控以及光学精细加工领域获得重要应用.     

Study of Spatial Hole Burning in Distributed Phase-Shifted Distributed Feedback Semiconductor Lasers

In this paper,the Huygens-Fresnel principle is restudied by means of wavelet analysis firstly,this builds the basis of the theory for wavelet optics.Then the theory of wavelet analysis is used to analyze the filtering in spatial domain and spatial frequency domain.For example,it gives the space variable processing for the filtering with wavelet in spatial domain,the match filtering for the filtering with wavelet in spatial frequency domain and a single slit and a round aperture for the wave-front filtering.The feasibility for treating the problems in optical field with wavelet transform is discussed,and the theoretical frame of wavelet optics is built.     

小波分析在光学信息处理中的应用

用小波变换分析惠更斯-菲涅耳原理,为小波光学理论描述理论基础．运用该理论,对光学系统的空域滤波、空频域滤波现象进行分析,其中小波在空域滤波以空间可变处理为例,小波在空频域滤波以匹配滤波为例,波前滤波则以夫琅和费单缝、圆孔等为例,分析了小波变换在光学领域处理问题的可行性,初步建立了小波光学的理论框架. 关键词：     

对实屏的夫琅禾费衍射中心亮点(亮纹)的半定性半定量论证

光经圆盘、细丝等实屏衍射后,衍射光场中其几何阴影中心有不为零的光强分布.显然这是阐述光的波动性的最好例证,它比圆孔、单缝之类的光孔衍射更具说服力.然而对圆盘等的衍射中心亮点(如泊松点)的论证通常都是从菲涅耳衍射出发,但是在绝大多数非物理类专业的大学物理中,对光的衍射的具体分析都只涉及夫琅禾费衍射,因而给学生对于上述问题...     

Study of the parameters of a difference image in the presence of a linear phase shift

The spatial filtering in the localization range of the holographic lateral shearing interferograms of a solid object shows that the effect of the subtraction of the compared original data arrays is realized in the presence of a filtering aperture in the center of a dark fringe [1, 2]. Methods for the holographic subtraction of the images involving the detection and spatial filtering in the Fourier plane of the optical system are proposed and realized in [3–5]. Thus, the difference data can be reconstructed with a narrow (unexpanded) laser beam. However, a relatively high level of speckle noise in the difference image is caused by the spatial filtering with a small aperture (laser beam) in the minimum of the superposition field in the Fourier hologram plane. The detection of double-exposed Fourier holograms with a linear phase shift and the effect of the size of the filtering reconstructing beam on the resolution of the difference image are studied. In addition, the application of the multiple exposure for the broadening of the interference maxima is analyzed.     

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.     

方形光阑限制高斯光束的传输变换

对基模高斯光束经方形光阑限制光学系统的光斑传输变换规律进行了论述．对于任一共轴光学系统,在不考虑有效光阑前面元件的衍射和变换时,考察入射光经有效光阑和其后面的元件发生衍射,根据柯林斯公式,对于非成像光学系统,采用稳相法得到出射光场的振幅分布;对于成像光学系统,根据像传递原理得到出射光场的振幅分布,最后得出出射光斑大小由有效光阑边长与光阑处高斯光束腰斑大小比较决定的结论．     

Transmission of an obliquely incident beam of light through small apertures in a metal film

We recently found that the intensity of the electric near field of a triangular aperture in a metal film is strongly localized at one edge of the aperture for incident light polarized perpendicular to this edge. Previous numerical calculations of the near field of a triangular aperture in a planar metal film, using the field susceptibility technique, yielded a nearly quantitative agreement with the experiments. Using this numerical technique, we have investigated the influence of an obliquely incident plane wave on the near field of small circular and triangular apertures. An interpretation of the numerical results leads to a deeper understanding of the way in which light transmission through the aperture is excited. The data suggest that after excitation of currents in the metal film by the incident light, a scattering of these currents by the aperture generates the near field of the aperture. We found that the excitation of small apertures (size <100 nm) is due to a tangential magnetic field whereas the perpendicular electric field plays no role. The excitation of a small aperture can thus be described exclusively by a magnetic polarizability. We found that for thin metal films an interference of the scattered field with the field transmitted through the metal film changes the near field pattern. PACS 41.20.-q; 42.79.Ag; 68.37.Uv; 78.67.-n     

极小孔半导体激光器近场区光场分布研究

利用时域有限差分法(FDTD)计算和分析了极小孔半导体激光器输出光端面附近的光场分布,指出小孔激光器近场区域光场分布的特点,讨论了小孔大小和金属厚度对光场分布和光源分辨率的影响,得到设计和制备极小孔半导体激光器的优化方法.     

稀疏孔径光学系统成像的图像恢复算法研究

提出两种稀疏孔径光学系统成像的图像恢复模型.分析维纳滤波、最小二乘方滤波和极大似然法盲去卷积三种图像恢复算法的适用条件.针对存在噪声干扰的稀疏孔径光学系统,通过实验对比,指出维纳滤波和最小二乘方滤波把相机光学传函当作系统传函,其理论推导能够达到最优.盲去卷积把大气传输函数和相机光学传函作为系统传函进行恢复,其恢复结果优于维纳滤波带入常数K和最小二乘方滤波调整参量结果.     

用于毫米级弹丸速度测量的光电检测装置

 为了满足二级轻气炮毫米级弹丸的测速需求，研制了一套利用激光光幕测量毫米级弹丸飞行速度的测试系统。采用光阑限光、光谱滤光和低阻滤波等复合抗干扰技术，解决了从强背景光中捕获快速变化的弱光扰动信号的技术问题，获得了较高的信噪比。在二级轻气炮上进行了直径为4 mm的球形金属弹丸测速实验，结果表明该装置的测量结果与线圈测速法实时监测结果的不一致性小于2%，可以满足毫米级弹丸速度测量的要求。