关于夫琅和斐衍射与菲涅耳衍射的区别的演示实验

一、问题的提出和实验的设计 光学是普通物理学中的一个重要组成部分,尤其是以波动为基础的物理光学内容无论是在现代科学研究还是在生产实践中非常重要.而在物理光学中,光的衍射是最基本最重要的课题之一,对于什么是衍射、衍射产生的机理,不同条件下产生不同的衍射,各种衍射间的区别和联系等问题,是学习光的衍射时所必须掌握的内容,而这些也正是学生学习的难点.我们觉得关于光的两种衍射的区别的演示是很必要的,通过演示不仅使学生看到两种衍射在衍射花样上有很大不同,而且使学生从光路的布置上看到两种衍射产生的不同条件,从而对两种衍射…     

光学傅里叶变换系统频谱位置的一种简单推导方法

以不同光照条件下各种光学傅里叶变换系统为研究对象,利用光学变换矩阵和柯林斯公式推导了其频谱位置所满足的条件.推导过程表明,该方法具有简单、便捷和容易在有限的课堂教学时间内讲解清楚的特点.     

对称背景下运动的等效意义与等效方法

用对称的基本思想,结合中学物理中力学、电学和光学内容有关对称条件或对称背景的实例,指出对称在这些实例中的意义,并依据对称意义指出对称条件所涉及的等效方式和等效意义.     

光学综合孔径空间探索波前干涉理论研究

由光学综合孔径干涉模型深入研究了光学综合孔径空间探索波前干涉理论.在观测目标相当遥远及准单色观测条件下,根据光学综合孔径光学传递函数以及傅里叶变换性质建立了一个简化的像面干涉光强分布数学模型,此数学模型的物理含义符合光学综合孔径成像观测的实际情况；根据光学综合孔径瞳面干涉条件,在光学综合孔径像面干涉数学模型的基础上得到瞳面干涉的数学模型.最后根据光学综合孔径数学模型分别对像面干涉模型和瞳面干涉模型进行了计算机仿真.     

基于矩变换的生物组织光学特性参量反演

针对漫射模型在近光源区具有较大模型误差,导致光学特性参量反演准确度较低的问题,提出了一种利用矩变换,改变原始数据形态,提高反演准确度的方法.比较了不同阶次条件下的光学特性参量反演准确度和拟合残差的统计分布状况,分析了不同信噪比下重构系数的相对误差.对25组数据的研究结果表明:3阶矩变换可显著提高两个光学参量(μa、μ′s)的估计准确度.在无噪音条件下,吸收系数μa重构的平均相对误差为7.04%;有效散射系数μ′s重构的平均相对误差为5.55%,相比于自然对数变换,μa降低了8.57%;μ′s降低了32.73%.在信号噪音满足一定条件情况下(大于50dB),3阶矩变换仍然能获得较高的光学参量反演准确度.矩变换方法能有效地提高光学特性参量反演估计准确度.     

光学课程的课程思政教育研究

将专业课知识与思想政治理论课有机结合,实现课程思政教育是高校专业课教育的新方向和新要求.本文从课程思政的含义出发,根据光学课程的主要内容、课程地位和课程要求,首先分析了光学课程的课程思政的必要性,然后结合光学课程的实际教学体验,分别介绍了课上和课下所采取的课程思政的措施,最后通过这些措施的实施和对学生的跟踪调查,简要说明了所取得的初步成效.相关结果表明,在光学课程教学中的课程思政是必要和迫切的,光学课程与哲学基本理论结合的课程思政案例也是充足的,光学课程的课程思政教育对培养德才兼备的人才是有意义的.     

基于光学相干层析成像技术的强散射介质光学特性测量

利用光学相干层析成像技术对强散射介质的光学特性进行了测量研究.通过理论模拟分析了镜面反射条件下散射系数及各向异性因子对外差效应因子的影响.提出镜面反射情况下利用广义惠更斯菲涅尔模型提取材料光学特性的算法.通过对不同浓度的IntralipidTM溶液的测量,获得了可靠的光学散射特性实验结果,并研究了散射系数与其浓度之间的...     

超音速湍流脉动流场气动光学效应分析

对高超音速飞行器在大气中飞行时所产生的湍流脉动气动光学效应进行了理论分析与计算.根据CFD计算流场时所使用的湍流模型及其控制方程,推导出流场的折射率脉动方差控制方程.用统计方法,求出该脉动流场的系综平均光学传递函数及相位均方差,从不同角度描述了湍流脉动的气动光学效应.计算结果表明,气动光学传输函数的幅度响应函数具有低通特征,使所获得的图像发生像模糊,而相位响应函数则导致红外成像相位非线性偏移.此外,在相同飞行高度下,马赫数越高,图像模糊越严重.电弧风洞实验结果验证了本文理论分析的正确性.     

超音速湍流脉动流场气动光学效应分析

对高超音速飞行器在大气中飞行时所产生的湍流脉动气动光学效应进行了理论分析与计算.根据CFD计算流场时所使用的湍流模型及其控制方程,推导出流场的折射率脉动方差控制方程.用统计方法,求出该脉动流场的系综平均光学传递函数及相位均方差,从不同角度描述了湍流脉动的气动光学效应.计算结果表明,气动光学传输函数的幅度响应函数具有低通特征,使所获得的图像发生像模糊,而相位响应函数则导致红外成像相位非线性偏移.此外,在相同飞行高度下,马赫数越高,图像模糊越严重.电弧风洞实验结果验证了本文理论分析的正确性.     

CaF2衍射光学元件的金刚石车削工艺优化

为了提高单点金刚石车削CaF2衍射光学元件(DOE)的表面质量和衍射效率,首先基于Beckman标量散射理论和有效面积法,建立了表面粗糙度误差和表面轮廓误差对衍射效率影响的数学模型.然后,结合CaF2的车削特性和DOE的结构特点,优化了CaF2 DOE的车削模型.同时,给出了不同工艺条件下半圆金刚石刀具的最佳车削位置和最优刀具半径,实现了对CaF2 DOE表面粗糙度的控制.最后,在该优化模型的指导下,获得了表面粗糙度为3.4 nm、阴影区域宽度为28.7μm的高表面质量的CaF2 DOE,验证了所提优化车削模型的可靠性.所提车削模型对提高包含CaF2 DOE折-衍混合光学系统的成像质量具有重要意义.     

基于光学相干层析成像技术的强散射介质光学特性测量

利用光学相干层析成像技术对强散射介质的光学特性进行了测量研究.通过理论模拟分析了镜面反射条件下散射系数及各向异性因子对外差效应因子的影响.提出镜面反射情况下利用广义惠更斯菲涅尔模型提取材料光学特性的算法.通过对不同浓度的IntralipidTM溶液的测量,获得了可靠的光学散射特性实验结果,并研究了散射系数与其浓度之间的关系,拟合结果显示散射系数与IntralipiTM溶液浓度近似呈线性关系.     

基于光学相干层析术的组织光学性质测量

通过在光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,OCT)模型中考虑多重散射的影响,提出了一种提取出不同深度处的组织光学性质,包括散射系数和各向异性因子的算法.当把吸收系数作为算法中的第三个拟合参量时,能减少算法拟合过程中由于吸收作用的影响而带来的误差.基于包含吸收因子的OCT扩展模型,改进的算法也能够提取出吸收系数.这些算法的有效性通过对聚苯乙烯微球溶液样品的测量实验得到验证.     

二氧化钒薄膜的变温红外光学特性研究

基于二氧化钒在约68℃出现的半导体到金属的可逆相变,伴随有电学和光学特性的改变。因为相变机制的复杂性,很难从理论上推导出相变前后光学常数随波长和温度变化的解析表达式。研究了二氧化钒薄膜的折射率和消光系数的色散规律,借助于Sellmeier色散模型通过数值拟合,得出了二氧化钒变温的光学常数色散表达式。通过薄膜矩阵理论计算,获得了在不同温度和波长条件下的薄膜光学透射率和反射率。采用磁控溅射方法分别在玻璃、蓝宝石和二氧化硅衬底上制备了不同厚度的二氧化钒薄膜,测量了这些薄膜的光学透射率和反射率,结果表明,实验曲线与计算模拟曲线符合得很好。     

基于GaSe和ZnGeP2晶体差频产生可调谐太赫兹辐射的理论研究

基于非线性光学频率变换理论,采用已报道的利用非线性光学差频方法产生可调谐太赫兹波的实验条件作为理论分析的实验模型,计算模拟出在不同相位匹配条件下,GaSe和ZnGeP2晶体差频的相位匹配角、走离角、允许角和有效非线性系数,并对计算结果进行了分析比较,总结出对应输出不同太赫兹波长的最佳相位匹配方式.计算结果为利用非线性晶体差频产生可调谐太赫兹辐射的实验研究提供深入和全面的理论基础.     

高效级联量子耗散动力学计算相干二维光谱方法的发展

为了能够高效计算非线性光学响应函数,提出了级联方程组的混合海森堡-薛定谔方案以及块矩阵操作方法. 同时,这些方法也与最近发展的级联方程组的最优构建和过滤传播子相结合, 模拟了不同光学四波混频配置下激子二聚体模型体系的相干二维光谱,重点研究了其中分子间转移耦合和激子{激子相互作用的影响.     

Wolter显微镜成像系统的光线追踪模拟研究

利用光学设计软件ZEMAX模拟Wolter显微镜对点光源成像。在只考虑几何光学成像的条件下,分三种情况讨论:两曲面同轴共焦点,两曲面不同轴,两曲面同轴不共焦点,对点源通过Wolter系统成像分别进行了光线追踪模拟。通过模拟,定量给出了Wolter显微镜的焦深和景深,分析了处于不同视场点源所成的像,以及两个曲面不同轴时和不共焦点的情况下点源所成的像, 得知Wolter显微镜对物像距的要求很严格,两曲面的不同轴度和两曲面的不共焦点对成像影响非常大,这些模拟结果为Wolter显微镜的成像分析提供了依据。     

椭圆偏振法测定在线Low-E玻璃的可见-近红外光学常数与膜厚

从在线Low-E玻璃光学机理出发,用椭圆偏振光谱仪对在线Low-E玻璃功能层和过渡层的可见-近红外波段的光学常数进行研究.测量了样品在三个不同入射角的椭偏参数,分别用Lorentz双振子模型和Cauchy模型来描述Low-E玻璃功能层和过渡层的光学色散特性.通过拟合椭偏参数获得在线Low-E玻璃的光学常数及每层膜厚度,并用扫描电镜对样品的膜厚进行表征.结果表明,Lorentz双振子模型和Cauchy模型能很好地解释在线Low-E玻璃的光学特性;同时,椭圆偏振法也为多层膜系统提供了一种测定光学常数和膜厚的可靠方法.     

非均匀水体光学隐蔽深度模型建立与验证

初始的光学隐蔽深度模型(OCD)是在海水光学性质均匀的条件下建立的,针对光学性质均匀水体假定条件下的光学隐蔽深度模型缺乏普适性的缺点,基于海水中对比度传输方程,在垂向方向上把海水划分为多个光学性质相似的均匀层,并依此建立非均匀海水条件下光学隐蔽深度(OCD_LAYER)模型。计算并分析了观测天顶角、海水体衰减系数和潜器表面反射率对非均匀海水条件下光学隐蔽深度模型的影响。使用潜模和光学隐蔽深度测量系统在近岸完成模型的实验验证和效果分析。使用3 m水柱漫衰减系数均值,OCD模型的平均均方根误差为1.19m,平均绝对误差为1.19m,平均相对误差为48.77%,OCD_LAYER模型的平均均方根误差为1.05m,平均绝对误差为0.89m,平均相对误差为36.18%。实验结果表明,OCD_LAYER模型准确性更高,误差更低,结果更可靠。     

射频功率对辉光聚合物薄膜结构与光学性质的影响

采用三倍频射频辉光放电聚合技术,利用低压等离子聚合装置在不同功率条件下制备辉光放电聚合物(GDP)薄膜. 利用表面轮廓仪、Fourier变换红外光谱仪表征所制备薄膜在不同功率下的生长速率和化学结构, 讨论了功率变化对薄膜生长速度和化学结构的影响.利用元素分析仪和紫外可见光谱仪表征GDP薄膜中碳氢原子比和光学性质. 研究表明:薄膜的生长速率随射频功率的增大先增加后减少,功率为40 W时,生长速率可达到0.34 μm/h. 在波长大于500 nm的可见光区, GDP薄膜的光学透过率都在90%以上. GDP薄膜的光学间隙随射频功率的增大先减少后增加,射频功率为50 W时制备GDP薄膜的光学间隙最小.     

面向中距衍射多焦点人工晶状体设计

运用ZEMAX光学设计软件基于Liou-Brennan眼模型,材料选用疏水性丙烯酸酯,设计了前表面为衍射面,后表面为非球面的多焦点人工晶体,该设计利用0级、+1级衍射级次,当物在不同位置时,使不同衍射级次发挥作用.对于所设计的人工晶体,采用的附加光焦度为1.66D,即两个焦点处的光焦度分别对应20D、21.66D,小附加光焦度的确立旨在着重优化人工晶状体在中距处的光学质量.首先基于衍射光学理论计算衍射面的衍射效率,利用ZEMAX光学设计软件得到衍射面及非球面的光学参数,继而利用MATLAB模拟仿真软件模拟衍射面位相结构及实际表面轮廓,最后利用单点金刚石超精密车床对所设计的人工晶体进行加工,根据实测光学调制传递函数分析所设计的人工晶体的光学质量并利用实测离焦量曲线验证附加光焦度的正确性.该设计满足光学调制传递函数在空间频率50lp/mm处大于0.3,可为白内障患者在不同距离视物提供较好的视觉清晰度.新型人工晶体应用于物距为75.3cm的工作距离,为小附加光焦度人工晶体应用领域提供理论及实验基础.