聚焦条件下的高斯波束矩形口径天线近场分析

 采用口径场法对聚焦条件下具有高斯波束的矩形口径天线近场进行了分析,得到了聚焦条件下的近场场强分布与近场增益解析式,并对不同的聚焦位置进行了仿真。结果表明：在近场区,聚焦位置离轴向越近,其场强越强,且增益越大,聚焦位置沿轴向时其场强与增益皆为最大;反之,聚焦位置离轴向越远,其近场场强与近场增益越小。因此,通过聚焦可以显著提高天线口径面场的近场场强与增益指标,从而提高天线系统的有效作用距离。     

超高斯波束圆口径天线近场辐射特性北大核心CSCD

采用口径场理论分析了不同孔束比(孔径与束腰之比)的超高斯分布圆形口径天线近场辐射特性,得到了聚焦条件下焦点位置的近场增益解析式。并对不同观测位置点天线的辐射特性进行了仿真,结果表明:当观测点小于焦距的0.3倍时,且波束阶数大于4时,天线的辐射图样与孔束比无关;当观测点位于焦点时,设定孔束比,不同阶数的波束分布的辐射图样明显不同,但当孔束比为4以上时,辐射图样基本保持稳定,而且高阶波束没有旁瓣出现。     

大气击穿对高功率微波天线的影响

 高功率微波大气传播过程中，天线附近的功率密度最大，容易发生强电离或大气击穿，由此产生“尾蚀效应”等非线性衰减，因此，传输过程中产生的大气击穿限制了高功率微波天线的最大发射功率。通过分析天线近场模型，研究了矩形口径天线和圆口径天线的近场轴向功率密度分布，得到了不同口面场分布下天线的最大归一化功率密度及其最大值所处的位置，并结合大气击穿功率密度阈值计算出锥照圆口径天线的最大发射功率约为148.47 GW。     

固体浸没透镜出射光场偏振特性研究

在固体浸没透镜近场光存储中, 光的偏振对近场光场分布具有很大的影响. 采用三维时域有限差分法, 对聚焦线偏振高斯光束通过固体浸没透镜后焦平面上各分量场分布及距离焦平面不同位置光斑图样进行了模拟. 结果表明在焦平面上及距离焦平面较近的近场区域, 出射光场在与入射光偏振垂直方向出现显著的场增强现象, 从而使光斑图样呈近似椭圆分布; 而在距焦平面较远的远场区域光斑图样趋向圆形对称分布.     

椭圆平顶高斯光束的聚焦特性

利用级数分解法把椭圆平顶高斯光束(EFGB)分解成多个椭圆厄密-高斯模的叠加形式,利用椭圆厄密-高斯模的传输公式导出了EFGB通过非轴对称光学系统的传输公式,该公式和直接用矢量积分得出的结果是等效的.利用导出的公式,我们计算分析了EFGB通过轴对称透镜和非轴对称透镜的聚焦特性.结果表明,EFGB聚焦后,近场光强分布变化很快,特别是焦点前后,光强分布会快速旋转.另外,EFGB的聚焦特性与阶次有关.     

高功率微波大气击穿区域分布

大气击穿是高功率微波(HPM)大气传输研究最主要的内容。一方面高功率微波辐射天线近场以振荡场形式存在,在某些局部点形成场强的峰值分布,导致天线近场击穿、天线口径面介质击穿等一系列复杂的问题;另一方面,随着单台微波源功率的大幅提高和功率合成技术的发展,天线远场区的大气击穿问题越来越突出。如何判别是否存在大气击穿,如何确定判断的依据,都是需要解决的问题。论文提出依据击穿阈值和天线辐射场与高度关系曲线的变化规律进行判断。当HPM初始辐射场小于该区域大气击穿阈值,且上述两条曲线之间存在交点,即说明存在HPM辐射天线未击穿而传输路径近场区或远场区可能满足大气击穿条件的情况,这一现象也在相关实验中得到了证实。     

毫米波赋形聚焦双反射面天线设计

为实现一种具有近场聚焦、斜波束出射能力的偏馈口径天线,采用几何光学方法设计了一种赋形聚焦双反射面天线。基于光线传播的能量守恒定律、Snell定律及光径长度相等三个光学定律开展了天线主反射面赋形设计,副反射面的设计采用 Snell 定理作为约束条件。 通过理论公式和实验测试研究,实现了一种出射波束口径为 110 cm、波束出射方向与竖直方向成 20夹角的赋形聚焦偏馈双反射面天线。在中心频率 95 GHz 下,实测相位实现近场聚焦,出射波束与垂直方向成20夹角。     

紧聚焦条件下的轴向双焦点波带片EI北大核心CSCD

基于紧聚焦条件下的矢量衍射理论推出了一个解析解形式的环半径公式,利用此公式设计得到的二元相位波带片可以使入射光的紧聚焦区域呈现轴向双焦点分布。并且,公式中的两个焦点的轴向距离和环半径直接相关,可以设计一系列的具有不同轴向距离的二元相位波带片,用来调制高数值孔径物镜,使其产生轴向可调的双焦点。以径向偏振贝塞尔-高斯光束为例,数值模拟了在不同轴向偏移距离的二元相位波带片的调制下的紧聚焦场的空间强度分布。数值模拟结果表明,基于此类二元相位波带片可以成功地实现轴向距离可调的双焦点。此外,利用一些具有特殊轴向距离的二元相位波带片,还可产生"光泡"与"光针"等特殊的紧聚焦场分布。因此,此类二元相位波带片有望应用于微粒子的动态操控与捕获。     

紧聚焦条件下的轴向双焦点波带片

基于紧聚焦条件下的矢量衍射理论推出了一个解析解形式的环半径公式,利用此公式设计得到的二元相位波带片可以使入射光的紧聚焦区域呈现轴向双焦点分布。并且,公式中的两个焦点的轴向距离和环半径直接相关,可以设计一系列的具有不同轴向距离的二元相位波带片,用来调制高数值孔径物镜,使其产生轴向可调的双焦点。以径向偏振贝塞尔-高斯光束为例,数值模拟了在不同轴向偏移距离的二元相位波带片的调制下的紧聚焦场的空间强度分布。数值模拟结果表明,基于此类二元相位波带片可以成功地实现轴向距离可调的双焦点。此外,利用一些具有特殊轴向距离的二元相位波带片,还可产生"光泡"与"光针"等特殊的紧聚焦场分布。因此,此类二元相位波带片有望应用于微粒子的动态操控与捕获。     

L波段径向线螺旋阵列天线的优化设计

 以提高阵列天线的口径效率为目标,对辐射单元及阵列布局进行了优化,设计了中心频率为1.57 GHz的6元单圆环径向线螺旋阵列天线,采用时域有限积分算法软件对阵列天线进行了数值模拟,结果表明：口径为320 mm的该天线在中心频率上可获得14.4 dBi的增益,口径效率达99%,轴向轴比值为1.15,在1.5～1.7 GHz的频带范围内,增益大于13.9 dBi,口径效率大于97%,轴向轴比值小于1.35。     

半径随机的圆孔波纹锯齿光阑的衍射特性

研究了半径随角度的变化而随机变化的圆孔波纹锯齿光阑的衍射特性,提出并证明半径随机的圆孔纹波锯齿光阑能改善光束的近场分布和抑制光束中央部分的衍射调制。给出了衍射光轴上和横截面内光强分布的模拟计算结果,通过计算结果可以看出:通过半径随机圆孔波纹锯齿光阑后,衍射光横截面内填充因子比经过调幅型波纹锯齿光阑后的填充因子高,调制强度比经过调幅型波纹锯齿光阑低,并且半径随机锯齿光阑能在较大的空间范围内抑制轴上光强的衍射调制, 其可抑制的最远空间距离可达0.15 m。     

Near-field properties of diffraction through a circular subwavelength-size aperture

Analytical nonparaxial vectorial electric field expressions for both Gaussian beams and plane waves diffracted through a circular aperture are derived by using the vector plane angular spectrum method for the first time,which is suitable for the subwavelength aperture and the near-field region.The transverse properties of intensity distributions and their evolutions with the propagating distance,and the power transmission functions for diffracted fields containing the whole field,the evanescent field and the propagating field are investigated in detail,which is helpful for understanding the relationship between evanescent and propagating components in the near-field region and can be applied to apertured near-field scanning optical microscopy.     

Effect of a turbulent medium on the near- and far-field diffraction of a circular aperture

The near- and far-field diffraction due to a circular aperture illuminated with partially coherent light produced by a turbulent medium has been theoretically studied. Formulations are developed for investigating the near- and far-field diffraction patterns. The phase structure function, which is generated by the turbulent medium and determines the partially coherent condition of a light beam passing through it, is assumed to take both the Gaussian form and the 5/3-power law. Numerical results concerning the far-field intensity distribution and the axial intensity distribution in the near-field region are presented in diagrams and discussed.     

会聚高斯光束焦点附近的三维光分布状态

根据惠更斯 菲涅耳原理 ,推导出了会聚高斯光束经圆形孔径衍射后焦点附近的三维光分布状态级数表达式 ,并与经典的均匀光波理论进行了比较。讨论了会聚高斯光束焦移与光学系统及高斯光束参数的关系。给出了会聚高斯光束焦点附近的等照度线图。结果表明 ,对于大菲涅耳数系统来说 ,其光强分布具有对称性     

Axial distribution of Gaussian beam limited by a hard-edged aperture

In this letter, the axial distribution of Gaussian beam limited by a hard-edged aperture is studied. We theoretically analyze the axial diffraction of Gaussian beam limited by a hard-edged aperture, and give the simpler formulas of the axial diffraction intensities of Gaussian beam in Fresnel diffraction field and Fraunhofer diffraction field. The corresponding numerical calculation of axial diffraction intensity distribution of Gaussian beam with different wave waist is provided and the evolution of the diffraction distribution with the wave waist of Gaussian beam is explained. As the especial cases of the truncated Gaussian beam,the Gaussian beam in free space and the parallel light limited by the aperture are discussed too, and the system parameters of the truncated Gaussian beam which can cause it to equal to these cases are given.The theoretical results conform to the numerical analysis.     

二元环形孔径全空间轴线上的衍射光强分布

运用Rayleigh-Sommerfeld衍射积分,详细推导了二元环形孔径全空间在轴光强分布公式.由于未作明显的近似,所得公式对衍射距离大于数倍入射波长的衍射空间都是有效的.计算并分析了这种孔径轴线上的光强分布情况.结果显示,它的最大调制深度是入射光强的16倍,比圆形孔径或环形孔径大4倍,近场的光学层析能力比远场的强.在很近场区,二元环形孔径的在轴光强分布对孔径结构比较敏感,这些特性使这种孔径在光子学和光纤光学的应用方面具有潜在的价值.     

平顶高斯光束经含失调圆孔光阑的失调光学系统的传输特性

为分析平顶高斯光束通过光学系统传输时圆孔光阑失调和光学元件失调对平顶高斯光束传输特性的影响,利用失调圆孔光阑的近似展开式和适用于失调光学系统的广义衍射公式,得出了平顶高斯光束经含失调圆孔光阑的失调光学系统传输的近似解析式,给出了输出光束场分布与光束参量、光阑孔径尺寸、光阑和光学元件失调量等的定量关系.针对特定光学系统定量分析了各失调量对输出光束场分布的影响,结果表明各元件失调都对输出光束强度分布产生较大影响.但在各失调量较小的情况下,透镜失调对输出光束传输特性的影响比光阑失调对输出光束传输特性的影响更明显.     

Propagation characteristics of flattened Gaussian beams through a misaligned optical system with a misaligned annular aperture

The approximate analytical formula for flattened Gaussian beams through a misaligned optical system with a misaligned annular aperture was derived by the extended Huygens–Fresnel principle. Some numerical simulations are illustrated to the effects on the propagation of flattened Gaussian beams by the misaligned annular aperture. To compare the difference between annular apertured system and circular apertured system, the circular apertured system is also studied. The results show that angle misalignments and lateral displacements of aperture create asymmetrical average intensity distribution at receiving plane z = 500. The effects on intensity distribution by angle misalignments of annular aperture were small. In annular aperture case, the smooth of intensity distribution was worse with escalating obscure ratio ? in near-field; the side-lobes increased and the central lobe decreased with escalating obscure ratio ? in far-field. At receiving plane z = 500: for circular aperture, the side-lobes decreased, even to be neglected, with the increasing of truncation parameter δ; for annular aperture, the side-lobes increased with the increasing of truncation parameter δ. In addition, it is found that the aligned thin lens can fix asymmetry of intensity distribution which was caused by the misaligned annular aperture.