热压载荷作用下气体检测光学窗口对激光传输影响

采用有限元方法研究了不同热压载荷作用下多组分气体原位激光检测系统的光学窗口变形分布情况,并根据热光效应计算得到光学窗口折射率分布。采用光线追迹法对比分析了氮气吹扫前后光学窗口折射率变化及变形对到达接收面的通光量和辐照度分布影响规律。此外,基于高温光学窗口激光透射测试平台开展了高温光学窗口对检测信号影响研究。结果表明:高温高压环境会使光学窗口折射率变化幅度增大及变形加剧,导致激光光路偏折引起透射光强损耗和探测信号条纹干涉;氮气吹扫可以有效改善激光传输条件,增加到达接收面的通光量,优化辐照分布,提高激光传输质量。     

变折射率组合三角棱镜产生无衍射线结构光

提出一种可产生大焦深无衍射线结构光的新型光学元件——变折射率组合三角棱镜,由正、负等腰三角棱镜胶合在一起设计而成,其变换光束特性与单个正等腰三角棱镜相同,等效折射率由正、负等腰三角棱镜折射率之差决定,因此可通过两个折射率接近的正、负等腰三角棱镜组合得到一个更加接近1的等效折射率,以获得更大焦深的无衍射线结构光,解决了单个正等腰三角棱镜小角度加工困难的技术问题。采用几何光学理论分析了产生无衍射线结构光的原理,计算了无衍射线结构光的相关参数。由衍射积分理论分析和模拟了新型光学元件后的光强分布特性。研究表明,平面波正面入射新型光学元件可以产生具有大焦深的无衍射线结构光。     

生物组织光学特性参数无损测量实验研究

Q631 2004064494 生物组织光学特性参数无损测量实验研究=Experiment research for non-invasive measurement of optical parameters of biological tissues[刊,中]/张连顺(南开大学现代光学研究所.天津(300071)).张春平…∥光电子·激光.—2004,15(6).—746-749 通过测量生物组织的表面漫射光分布,利用漫射近似得到的解析表达式,反演其光学特性参数,实现光学特性参数的无损测量。用透射法测量了生物组织模拟液Intralipid-10％的散射系数,用其作为验证无损测量的标准。无损法和透射法对同一种样品所测的结果进行了比     

非均匀湍流路径光传播数值模拟中相位屏间C2n的选取

针对非均匀湍流路径光传播的数值模拟,为减小相位屏间湍流强度均匀的假设所引起的模拟误差,数值分析了在种选择相位屏间折射率结构常数C2n的可能方案.通过计算平面波和球面波的Rytov指数和Fried参数,对比五种方案得到的Rytov指数和Fried参数与理论结果的相对误差.结果表明,当相位屏间C2n选择为相位屏间湍流大气实际的折射率结构常数的路径平均值时,模拟误差最小,该选择方案为相位屏间C2n选取的最伟方案;当根据相位屏间湍流大气的Rytov指数相等的原则来设置相位屏分布时,选择相位屏间C2n为两相邻相位屏处折射率结构常数的儿何平均值时,在一定的误差允许范围内,该选择方案具有可取性.     

含负折射率材料的一维光子晶体的光学传输特性

采用光学传输矩阵方法,模拟研究了由正折射率材料和负折射率材料交替组成的一维光子晶体的光学传输特性.计算了这种含负折射率材料的一维光子晶体的透射谱和色散关系.结果表明,在正入射时,含负折射率材料的光子晶体的带隙要比传统的光子晶体要大得多,并具有狭窄的透射带,从光学薄膜理论的色散关系出发解释了形成上述现象的原因.讨论了在不同的偏振模式下,光以中心波长入射时,反射率随着入射角度的变化关系.发现含负折射率材料的一维光子晶体具有更好的角度特性,可以用来实现对中心波长的全方位反射.     

LiNbO3:Fe晶体中光写入平面光波导的导光特性研究

从光折变效应的单中心模型和载流子的光伏迁移机理出发给出了高斯片光在LiNbO3:Fe晶 体中导致的折射率变化分布的解析表达式.利用片光以“三明治”辐照方式在LiNbO3:Fe晶 体中写入了平面光波导结构.用切片干涉法测量了波导区的折射率分布，并对波导进行了简 单的导光测试.根据射线方程以及波导的折射率分布对光写入波导的导光特性进行了模拟计 算分析.研究结果表明，在LiNbO3:Fe晶体中光写入光波导是可行的. 关键词： LiNbO3:Fe晶体 光辐照法 平面光波导 导光特性 高斯片光     

Ti：LiNdO3波导的折射率计算与测量

Ti：LiNdO3光波导器件在光纤通信、光纤传感、信息光学以及非线性光学领域有着重要而广泛的应用。可调谐滤波器是下一代光通信网络中重要的器件，可用来构成动态的OADM，集成光波导声光可调谐滤波器（IAOTF）是实现此种功能的最具潜力的器件之一。该器件需要在X切Y传的Ti：LiNdO3晶片上采用Ti扩散技术完成。对于可调谐滤波器的设计而言，具有低损耗、单模传输、高质量的光波导是非常重要的。因此必须研究扩散波导的折射率分布以及它与波导参数之间的关系。现有文献多只给出Z切LiNdO3波导的折射率在不同扩散参数下的分布。而对X切Y传的LiNdO3波导折射率未作讨论。在其他扩散条件都一定条件下，可以认为不同切向下扩散波导折射率变化。只是由于不同切向下扩散常数不同造成的，所以本文提出用Z切下折射率分布修正X切下的折射率。本文通过两种不同的方法分别计算了X切Ti：LiNdO3波导折射率随扩散条件的变化规律。从计算的结果可以验证Z切下折射率分布修正X切下的折射率的方法是可行的。其中方法二还可以计算扩散波导的有效折射率。并用棱镜耦合方法测量有效折射率，通过有效折射率计算出折射率差。并对两种方法得到的结果进行了分析比较。     

光散射聚合物导光板的材料参数设计

光散射聚合物(HSOT)导光板与传统导光板相比具有亮度更高均匀性更好等优点,其性能受材料的影响十分明显。通过蒙特卡罗方法进行光学仿真模拟考察不同材料的导光板照明光线的均匀性差别,研究了光散射聚合物导光板的光学性能受其中掺杂粒子的材料折射率、粒径、浓度的影响规律。通过比较不同材料参数的聚合物导光板的光学性能差别,总结出光散射聚合物导光板的材料设计方法。     

阶变折射率轴棱锥产生局域空心光束

提出利用折射率成阶跃性变化的轴棱锥产生局域空心光束(bottlebeam).讨论了折射率沿径向成阶跃式减小或增加两种模型,从几何光学角度分析了它们产生bottle beam的原理,利用衍射积分理论数值模拟两种轴棱锥光传输的光场分布和不同距离处的二维光斑图,研究结果表明折射率沿径向阶跃减小的轴棱锥产生单个bottle beam,而折射率沿径向阶跃增加的轴棱锥产生具有周期再现的bottle beams.bottle beam在原子引导和囚禁、光学俘获及光镊等方面有广泛的应用,因此本文的研究对bottlebeam的产生和实际应用具有指导意义.     

领结形中空表面等离子体波导的传输特性

设计了一种领结形中空表面等离子体波导.采用频域有限差分法,对这种波导所支持的基模的能流密度分布、有效折射率、传播长度和模式面积随几何结构参数和工作波长的依赖关系进行了分析.结果表明,沿纵向的能流主要分布在两个上下突起所形成的中间区域.通过调整几何参数及工作波长,可以调节模式的有效折射率、传播长度和模式面积.在工作波长确定的条件下,有效折射率随突起半径的增大呈减小趋势,而传播长度和模式面积则随着突起半径的增大呈增大趋势,四个角上的圆弧半径对波导的传输特性有微调作用,左右扇形区域的半径对波导的传输特性有较明显 关键词： 集成光学 光波导 表面等离子体波导     

光子自旋霍尔效应及其在物性参数测量中的应用

光子自旋霍尔效应是指光束在非均匀介质中传输时,自旋角动量相反的光子在垂直于入射 面的方向发生的横向自旋相关分裂。光子自旋霍尔效应可以和电子自旋霍尔效应作类比：自旋光 子扮演自旋电子的角色,折射率梯度扮演外场的角色。光子自旋霍尔效应源于光的自旋-轨道相互 作用,和两类几何相位有关：一类是动量空间的自旋重定向Rytov-Vlasimirskii-Berry 相位;另 一类是斯托克斯参数空间的Pancharatnam-Berry 相位。光子自旋霍尔效应对物性参数非常敏感, 结合量子弱测量技术,在物性参数测量、光学传感等领域具有重要的应用前景。本文将简单分析 光子自旋霍尔效应的物理根源,回顾近几年不同物理系统中光子自旋霍尔效应的研究进展,介绍 光子自旋霍尔效应在物性参数测量中的应用。最后,展望其在光学模拟运算、显微成像、量子成 像等领域的可能发展方向。     

Temporal reflectance from a light pulse irradiated medium embedded with highly scattering cores

This paper presents a new approach to utilize ultrashort pulsed laser for optical diagnostics with numerical simulations. The method is based on the use of ultrafast pulses with a pulsewidth selected according to the probed medium's radiative property and/or size. Our previous work in nonhomogeneous media has shown that the resulting time-resolved reflectance signal will have a unique characteristic: it will show a direct correlation of ballistic photon travel time and interface location, which is in between different layers or nonhomogeneous regions. The premise is based on utilizing the medium's structural information carried by the ballistic and snake photons without being masked by the diffuse photons. In this study, the space-time correlation is further explored in the case of minimally scattered photons from a large scattering coefficient core region embedded within a less-scattering medium. Time-resolved reflectance signals of the single scattering core and multiple scattering cores within a three-dimensional medium demonstrate the concept and illustrate the additional effect due to the scattered photons from the core region. A unique temporal signal profile's correlation at various detector positions with respect to the scattering core is explained in detail. The result has important implications. This approach will lead to a much simpler and more precise determination of the probed medium's composition or structure. Due to the large computational requirement to obtain the physical details of the light pulse propagation inside highly scattering multi-dimensional media, the reverse Monte-Carlo method is used. The potential applications of the method include non-destructive diagnostics, optical imaging, and remote sensing of underwater objects.     

反射式光纤表面等离子体波共振传感器特性研究

研究了一种基于表面等离子体波共振(SPR)光谱分析的折射率检测新方法。研究发现,表面等离子体波共振效应光谱特征的折射率灵敏度会随着液体性质变化而发生改变。根据折射率测量范围不同,分别选择共振波长和共振强度作为检测参量,实现理论折射率分辨力达到10~(-5)数量级以上。在理论分析和实验基础上,设计出一种基于共振光强检测的终端反射式光纤表面等离子体波共振效应传感系统,采用将传感信号和基准光信号的比值作为液体折射率变化的度量值。在1．3325～1．3991的折射率测量范围内,度量值与折射率之间呈现单调递减关系,线性相关系数为0．9983。通过定义耦合系数,还可实现对表面等离子体波共振效应效应强弱和变化趋势的评估。     

湍流路径积分参量与湍流大气中光的传播效应

根据光波在湍流大气中传播的理论分析了弱起伏条件下决定光波传播效应的折射率结构常数Ｃ＾２ｎ的各种路径积分参量之间的关系，导出了由光波的强度起伏所确定的等效折射率结构常数对计算大气相干长度与光波的到达角起伏，光束的扩展及漂移的相对偏差的表达式。针对折射率结构常数Ｃ＾２ｎ具有周期性，递减，递增和随     

利用SPR效应测定可见光波段金膜折射率

利用金膜光纤SPR传感器测定标准试剂折射率,实现了对金膜折射率的测试.给出金膜光纤SPR传感器总反射系数与金膜折射率等参量关系表达式.采用经典金膜折射率计算结果与试验结果相比具有相当差距.为此采用一组标准试剂进行试验,对测试数据进行计算,修正了可见光波段金膜的折射率.     

Numerical ray tracing through a modified cladding fiber optic segment sensors

By using 3-D geometric optics, the effect of a modified cladding on the transmission of light through optical fiber is investigated. Analysis of the light transmission of the optical fiber as function of the modified cladding refraction index and length are presented for various input illumination focused and compared with 3-D ray theory. Applications to chemical sensors are also discussed.The intensity of light signal transmitted through an optical fiber, which its cladding over a finite length is removed, is used as a sensor of refractive of liquids, in which the fiber is immersed. The transmitted light intensity is measured as a function of liquid refractive index for different lengths of the unclad section of the fiber and at each unclad length its sensitivity to change in refractive index of liquid is presented.     

湍流廓线激光雷达的研制

 对采用光波波段测量大气湍流强度廓线的湍流廓线激光雷达进行了研究。利用焦点附近的大气瑞利后向散射作为测量信标测量湍流信息，当聚焦高度不同时，可以测得不同高度的整层信息,从而可以得到一系列高度的整层湍流信息，最后通过算法得到分层的大气湍流廓线。介绍了湍流廓线激光雷达系统的组成原理和系统结构，采用像增强器的控制系统使得系统的有效测试距离达到15 km；通过与传统测量方法的对比，得出了可以作为湍流强度廓线测量工具的结论。最后展望了该系统的应用前景。     

基于p偏振光双面反射的薄膜传感器光学参数的优化

ｐ偏振光在镀膜平板玻璃上、下表面反射光强比γ的角度调制曲线的性状与膜层光学参数密切相关。分析了γ与膜层折射率、消光系数及膜厚的相对梯度随光参数变化的着急为基于ｐ偏振光双面反射的薄膜传感器选择最佳参数提供了理论依据,计算表明该类型传感器对膜层折射率的测量分辨率高达１０＾－７。对不同工艺条件下得到的溶胶－凝胶ＳｎＯ２膜进行光学参数测定及初步气敏实验,结果表明ｐ偏振光双面反射可作为高灵敏度光化学传感器的     

Analysis of light propagation in highly scattering media by path-length-assigned Monte Carlo simulations

Numerical analysis of optical propagation in highly scattering media is investigated when light is normally incident to the surface and re-emerges backward from the same point. This situation corresponds to practical light scattering setups, such as in optical coherence tomography. The simulation uses the path-length-assigned Monte Carlo method based on an ellipsoidal algorithm. The spatial distribution of the scattered light is determined and the dependence of its width and penetration depth on the path-length is found. The backscattered light is classified into three types, in which ballistic, snake, and diffuse photons are dominant.     

双棱镜结构中透射光束的古斯-汉欣位移

当入射角大于全反射临界角时,双棱镜结构中透射和反射光束的古斯-汉欣(Goos-Haenchen)位移具有饱和效应,并且只有波长数量级。利用稳态相位法研究了当入射角小于全反射临界角时双棱镜结构中透射光束的古斯-汉欣位移。研究表明,传播模式下透射光束的古斯-汉欣位移是空气层厚度、入射角和双棱镜折射率的周期性函数。当透射共振时,透射光束的古斯-汉欣位移可达入射波长的几十倍,与入射角大于全反射临界角的情况相比,透射光束的位移通过边界的相互作用具有共振增强效应;在非共振点处,对称结构中的反射光束具有与透射光束相同的古斯-汉欣位移。共振增强的透射光束的位移在光开关及光耦合器中具有潜在的应用。