运用四元数分析椭球微粒所受的光阱力

在光镊的射线模型中,追迹光线在界面的折射反射光是较基本的也是较复杂的问题.传统的几何光学法计算光线的方位,对于一些不规则的物体来说,存在一定的困难度.本文提出使用四元数简化空间光线追迹,从而可计算非球形颗粒的光阱力.以入射光线和界面法线的外积确定入射面的法线为旋转轴;根据折射定律确定由入射光线旋转到反射光线和折射光线的角度.将入射光线以四元数表示,根据四元数旋转,可获得反射光线和折射光线的空间矢量.根据光子的动量变化,求得光阱对微粒的作用力.本文以球差影响下的不同形变的椭球为计算示例,模拟了椭球在光阱下的动力学行为,结果表明椭球的横向和轴向俘获效率受到各方向变形系数的影响;球差增大降低了轴向的最大俘获效率,稳定俘获位置也随之朝负轴偏离中心更远;在固定球差作用下,最大轴向俘获效率与轴向变形系数相关,在特定的变形下轴向俘获效率变得较大.由此验证了四元数方法的正确性、实用性与普遍性.     

傍轴光束在单轴晶体中传输的矢量性质

研究了垂直光轴入射的傍轴光束在单轴晶体中传输的矢量性质.通过角谱的方法得到了寻常光（o光）和非常光（e光）在晶体中传输的严格解，并得到了傍轴近似下的矢量传输模型.利用这一模型，分析得到了垂直光轴偏振的入射光束在晶体中只激发o光，而平行光轴偏振的入射光束在晶体中同时激发e光和二阶小量的o光. 关键词： 傍轴传输 单轴晶体 矢量效应     

菲涅尔公式的几何表示

:通过在两种不同的透明介质的分界面处光的反射、折射和入射的电矢量振幅和方向之间的关系,给出了菲涅尔公式的几何表示法,使在分析光学问题时变得简单和直观。     

高数值孔径聚焦三维光链的研究

通过设计衍射光学元件对入射矢量光进行调制，在高数值孔径聚焦系统焦点附近产生沿光轴方向的三维多点光俘获结构——光链.并针对不同的入射矢量偏振、聚焦透镜的数值孔径以及衍射光学元件结构，对光链性能的影响分别进行了系统的分析，实现对该独特光俘获结构的可控性研究. 关键词： 衍射光学元件 矢量光 光镊     

偏光器件的Jones矩阵研究

利用Jones矩阵分析了双λ/4波片对正入射线偏振光的复合效应,结果表明:当入射线偏振光光矢量与第一只λ/4波片的快(慢)轴方向成π/4角时,出射线偏振光光矢量相对入射光光矢量转过的角度只与第二只λ/4波片的快轴与入射光光矢量方向的夹角有关;分析研究了线偏振元件的Jones矩阵,给出了判断偏振态和获得左、右旋圆(或椭圆)偏振光的方法。     

双环贝塞尔-高斯径向偏振光束经介质分界面的强聚焦

基于矢量德拜理论,研究了贝塞尔-高斯径向偏振光束经过衍射光学元件(DOE)和高数值孔径(NA)透镜组成的光学系统后经介质分界面的强聚焦特性。设计DOE的参数对入射的贝塞尔-高斯径向偏振光束进行调制,在聚焦场中能得到沿光轴方向的三维多点光俘获结构-光链。研究结果表明,入射光束的拦截比(即透镜孔径半径与入射光束束腰半径比)、数值孔径和聚焦场介质折射率都会影响光束的强聚焦特性。当光束的拦截比增大到一个值时,聚焦场的光链会转变成暗通道,并且在不改变暗通道宽度的情况下,暗通道的长度会随着介质折射率的增大而增长。     

确定椭圆偏振光旋转方向的一个简单方法

<正> 通常确定椭圆偏振光的旋转方向都要用1/4波片,而且还要知道1/4波片的快光振动方向。这里介绍一种不用1/4波片而用金属反射来确定椭圆偏振光旋转方向的简单方法。所根据的原理有两点:第一、光以主入射角射到金属表面时,金属的反射作用使光的电矢量垂直于入射面的分量(S分量)在周相上比平行于     

论菲涅耳公式对半波损失的解释

本文对一般教科书中直接用菲涅耳公式解释电磁波的半波损失问题提出质疑,认为平行于入射面的反射波、折射波与入射波的电矢量振动的振幅一般不在同一直线上,由菲涅耳公式给出的反射波、折射波与入射波电矢量振动的振幅之比,只能描述其相应振幅之比的大小随入射角和折射角变化的关系,而不能反映其相应振幅间的位相随入射角和折射角变化的关系.笔者认为若将平行于入射面的电矢量振动的振幅分解为平行于界面法线和垂直于界面法线的两个坐标分量,然后根据边界条件导出相应振幅坐标分量之比随入射角和折射角变化的关系。便可以较为严格地解释电磁波在界面反射中发生半波损失的物理实质。 关于电磁波的半波损失在其有关学术领域中一直是一个众说纷纭的问题,近年来,在国内举行的有关学术讨论会中,对该问题的争论重新激烈起来,其争论的焦点在于如何用菲涅耳公式解释电磁波传播至两不同介质的界面时,发生半波损失现象的物理实质。 所谓半波损失,其实质是位相突变π,即电磁波经界面反射后,反射波的电矢量振动的振幅与入射波的振幅反向,亦有π的位相差。反射波位相的改变取决于具体问题的边界条件。振幅反向即位相差为π。对应半波长(λ/2)的光程改变。并非反射过程中真实失去λ/2的光程。 经典电磁理论认为,     

单轴晶体中非常光射线的方位

全面回顾和总结了本刊关于单轴晶体中非常光射线方位问题的讨论，包括光轴不平行于入射面的情况和尼科耳棱镜中光轴平行于入射面的情况。     

折射光强可以大于入射光强

在学习有关光波在两种透明均匀介质界面上反射和折射的菲涅耳公式时,往往疏忽了下面两种有趣的情况: 1.折射光波的振幅可以大于入射光波的振幅,即透射振幅比ts或tp可以大于1.注脚“s”和“p”分别表示光振动垂直和平行于入射面的振动状态. 2.折射光强可以大于入射光强. 假如认为,折射光波是从入射光波中“分振幅”分出来的,它的振幅和光强一定小于入射光波,那是极为错误的. 设入射光波的振幅是一个单位,则透射振幅比t的数值就是折射光波的振幅值. 光强的定义是垂直照射在单位面积上的光功率,设在折射率为。;介质中人射光强为一个单位,则上(t…     

论各向异性单轴晶体的布儒斯特角

研究了当光从各向同性介质射向各向异性的单轴晶体界面上时 ,其反射光成为垂直于入射面的线偏光时所对应的入射角 ,即布儒斯特角是否存在和取值的个数问题。并以较简便的方法计算了当晶体光轴位于入射面内这种最常用的情况下布儒斯特方位的角值 ,得到了和某些文献不一致的结论 ,这表明该问题是值得讨论的。     

α-LiIO3单晶中离子输运引起的高强度准弹性光散射

激光束通过加c向直流电压的α-LiIO₃单晶时,发生三种准弹性散射:散射光电位移矢量有特定取向且与入射光电位移矢量方向不一致者,散射光电位移矢量与入射光电位移矢量方向相同而散射带垂直c轴者以及散射光电位移矢量与入射光电位移矢量方向相同而散射带对c轴倾斜者,本文详细研究了这三种散射的空间频谱、精细结构、结构敏感性、弛豫规律以及光散射和晶体内电流密度与局部电场的关系,发现光散射发生于晶体内电流密度较大的区域,本文对三种散射的起因给予了说明:离子导体在直流电压作用下空间电荷的分布和运动引起 关键词：     

水平层状介质中任意方向磁偶极子的电磁场分布

将水平层状介质中的任意方向磁偶极子分解成水平磁偶极子(HMD)和垂直磁偶极子(VMD),给出了将VMD和HMD产生的波分解为电场矢量垂直于入射面的线形极化波(EV波)和平行于入射面的线形极化波(EP波)的方法.通过分别研究这两种波在各层介质中的反射和透射规律,导出确定各介质层中电磁波的递推公式,从而得到了任意介质层中电磁波的解析表达式.     

强非局域空间三维光孤子短程相互作用

利用强非局域非线性介质中傍轴光束传输的线性模型,根据不共面对称斜入射(1+2)维空间光孤子相互作用的解析解讨论了短程作用的情况.由能量守恒和动量守恒发现,这样的孤子在传输过程中其质心轨迹随着光束之间存在相位差而发生偏转.给出了最佳相位差,即以该相位差入射可以使光束质心偏转达到最大,使得在强非局域介质中通过调节相位差对三维光孤子实现全光控制成为可能.不同的振幅比对质心偏转也有影响.数值模拟了(1+2)维光孤子传输过程中坡印廷矢量(能流密度),分析了光孤子在传输过程中的坡印廷矢量变化,揭开了三维空间光孤子围绕 关键词： 强非局域非线性介质 空间光孤子 短程作用 坡印廷矢量     

有关菲涅耳公式的两个问题

早在上世纪初,就有了关于光在电介质界面处反射和折射的菲涅耳公式。到上世纪后半叶,有了电磁场的麦克斯韦方程组以及光的电磁理论之后,对菲涅耳公式能够给出严格的理论推导。目前它已成为普通物理光学课中的基本内容,然而在对这些公式的理解和运用之中往往会产生一些误会和混淆的地方,本文将对此进行一些讨论。 一、坐标系的选取与相位突变问题 菲涅耳公式可写成式中θ1、θ2分别为入射、折射角,A、A分别表示光矢E的振幅矢量A在垂直和平行于入射面方向的分量。对于正入射情形,上式取01、0,02+02而01/礼一。。/nl(折射定律的极限),得确切…     

光学应用 光学生物学应用

Q63∥O436.1 2006043799高数值孔径聚焦三维光链的研究=Study of 3D opticalchain with highly focused vector beam[刊,中]/张艳丽(中国科学技术大学物理系.安徽,合肥(230026)) ,赵逸琼…∥物理学报.—2006 ,55(3) .—1253-1258通过设计衍射光学元件对入射矢量光进行调制,在高数值孔径聚焦系统焦点附近产生沿光轴方向的三维多点光俘获结构—光链。并针对不同的入射矢量偏振、聚焦透镜的数值孔径以及衍射光学元件结构,对光链性能的影响分别进行了系统的分析,实现对该独特光俘获结构的可控性研究。图9表1参22(严寒)Q63 2006043800世界生物…     

反射型体全息光栅对超短脉冲激光光束衍射的性质

在光栅记录介质色散效应的影响下,拓展Kogelnik的耦合波理论研究了反射型体全息光栅对偏振方向垂直和平行于入射面的超短脉冲激光光束衍射的性质。结果表明对于记录在LiNbO3光折变晶体中的体全息光栅,在色散效应、光栅参量和入射条件的共同影响下,光栅对偏振方向垂直于入射面的超短脉冲激光光束衍射的光谱带宽大于对偏振方向平行于入射面的超短脉冲激光光束衍射的光谱带宽,在不考虑光栅介质色散效应的影响时,它们都变大。进一步给出了衍射光的光谱带宽及光栅的衍射效率随入射脉冲的光谱带宽与光栅的光谱带宽比值的变化情况。     

铌酸锶钡光折变表面电磁波实验

在实验中观察到扩散和漂移机理下在光折变晶体铌酸锶钡（SBN）与空气的界面形成的光折变表面电磁波. 这种表面电磁波形成的条件是：入射光束与界面成55°角入射，信号光与背景光比值越大越有利于形成表面电磁波，外加电场越大表面电磁波就越强. 关键词： 表面电磁波 扩散和漂移机制 SBN     

α-LiIO_3单晶中离子输运引起的高强度准弹性光散射

激光束通过加c向直流电压的α-LiIO_3单晶时,发生三种准弹性散射:散射光电位移矢量有特定取向且与入射光电位移矢量方向不一致者,散射光电位移矢量与入射光电位移矢量方向相同而散射带垂直c轴者以及散射光电位移矢量与入射光电位移矢量方向相同而散射带对c轴倾斜者,本文详细研究了这三种散射的空间频谱、精细结构、结构敏感性、弛豫规律以及光散射和晶体内电流密度与局部电场的关系,发现光散射发生于晶体内电流密度较大的区域,本文对三种散射的起因给予了说明:离子导体在直流电压作用下空间电荷的分布和运动引起了介电张量的涨落,使得在晶体主轴坐标系中出现非对角元,对角无数值也随空间和时间涨落,从而引起这三种散射。     

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