光线、光波与光子,光学中的物理模型

光线、光波和光子是在光学理论发展的不同阶段人们所抽象概括出来的不同物理模型,这些模型由于产生的背景不同而有着不同的应用条件.在光学课程的教与学的过程中注意这些模型所适用的条件,将有助于学生对相应物理概念与规律的理解.本文讨论了这些模型的适应范围,希望能够给教师同行和学生们些许启发.     

如何认识恒定电场以及恒定电流的能量传输

讨论了电荷定向移动的图景及整个电路的能量传输的图景．     

正方形自聚焦透镜光线理论研究

针对正方形自聚焦透镜折射率分布特点,引入方向角概念,以平方律表征其折射率分布.从理论上研究了平方律折射率分布下正方形自聚焦透镜的光线轨迹方程,得到了子午光线表达式.结果表明,与传统径向自聚焦透镜相比,正方形自聚焦透镜的光线轨迹受光线入射方向角影响,会产生较大像差.得到了正方形自聚焦透镜数值孔径表达式,表明数值孔径并非常量,且与方向角密切相关.计算了中心轴上的最大数值孔径,方向角为0°时最小为0.405,方向角为45°时最大值0.5以上.     

光线庞加莱球法构建的结构光场及其传输特性研究

结构光场在光信息传输、显微成像以及微粒俘获中有重要作用.本文基于光线庞加莱球法结合不同花瓣数的梅花曲线构建了一类结构光束.根据光线庞加莱球法可计算这类光束在束腰面上的光强与相位分布,以及光束内外焦散线的分布.这些焦散线的特征表明梅花形结构光束具有无衍射与自修复的特性.进一步采用角谱衍射法和光线追迹研究了这类光束在空间中的传输特性.当梅花花瓣数为0时,该光束退化为拉盖尔-高斯光束;当花瓣数为1时,内焦散线汇集到两点,使光束具有无衍射特性.通过光线庞加莱球法获得其光线在空间传播的轨迹,直观地展示了光束被遮挡后的自修复特性.此外,本文还展示了花瓣数为5的结构光束,其内焦散线为十角星结构,该光束同样具有自修复特性.通过修改梅花曲线参数或选择其他庞加莱球面曲线可以构造更加复杂的结构光场.     

色散吸收非对称介质光腔中光场的量子理论

利用格林函数方法对色散吸收介质中的电磁场量子化,研究了由色散吸收介质构成的非对称介质光腔中光场的量子理论,并分析了非对称性对光腔量子性质、工作性能等的影响.     

变折射率介质中光线追迹通用算法的研究

基于几何光学的光线折射和反射原理提出了变折射率介质中的光线追迹算法,给出了在光线追迹过程中进行递推的反射光线和折射光线的方向余弦方程;解决了空间中法线的确定和光线回转等问题。最后通过对多种不同的存在解析解的特殊折射率分布的数值解值和解析解值的比较,验证了算法的正确性,并且讨论了应用算法时应该注意的问题和算法中还有待解决的问题。该算法不但具有广泛的适用性,基本不受折射率分布的制约,而且其数值解精度达10^-5。该算法在变折射率介质的光学设计和空间成像补偿等方面有着广阔的应用前景。     

用光线量子论研究掺铒磷酸盐玻璃微球发光的形貌共振

介绍微腔研究理论的发展和微球腔中的光线量子论。测试了488nm激光激发下掺铒磷酸盐玻璃微球的1533nm荧光光谱，分析其谱线中的形貌共振现象及形成机制，并将掺铒磷酸盐玻璃微球的荧光光谱和掺铒磷酸盐体玻璃的荧光光谱进行比较。从实验中得到了掺铒磷酸盐玻璃微球产生的单模振荡幅度。     

二维完全弹性碰撞的理论研究

用相关的物理知识解决二维碰撞的问题, 发现碰撞中更为普遍的规律. 对于二维完全弹性碰撞问题, 可 以用矢量分解、 能量守恒和动量守恒解决     

双孔干涉效应的量子描述

将先前得到的光子一维态矢量函数具体应用于光学双孔干涉实验，得到了一个具有普遍意义的解析表达式，极大地拓宽了实验观察范围，完整地表示了光子在整个空间的概率分布.在给出光子态矢量函数归一化积分表达式的基础上，按照量子光学的基本观点，定量分析和讨论了光学双孔干涉实验的定义域以及干涉项空间平均值的量子行为. 关键词： 光子 态矢量函数 概率分布 干涉     

热声制冷机回热器的数值研究

以驻波型热声制冷机的回热器作为研究对象,通过对二维可压缩形式的连续性方程、N-S方程、能量方程和理想气体状态方程的数值求解,得到了热声核区域内工作介质的能流密度矢量和能量迹线云图.结果表明:在轴向方向上影响能量传递的主要因素为气体的热传导项.     

双参数变形振子光场与物质相互作用的非线性理论

本文建立了双参数变形振子光场与物质相互作用的非线性理论,得到了相互作用表象中Schrdinger方程的形式解,并用微扰法求出了一级近似的发射概率和吸收概率,同时求解了共振条件的拉比问题,在q→1、s→1时,该理论恢复为普通线性理论。     

立体成型中紫外光能量场的分布研究

基于光的波动理论,对紫外光立体成型技术中的聚焦光能量场进行了深入的理论分析,阐明了点光源所辐射的连续球面波在凹椭球面上的反射聚焦理论及反射光波场轴向和侧向的能量分布形式近似于高斯分布;同时从实验分析角度研究得出,经光纤耦合传输及透镜聚焦至树脂液面的光能量也基本上呈高斯分布;研究为立体成型技术中有效地利用紫外点光源的辐射能和提高成型精度,提供了充分的理论依据,对紫外光立体成型的实际光学系统的设计也具有重要的指导作用.     

薄膜电致发光器件电子能量的空间分布

在对ZnS导带结构进行多项式拟合的基础上,利用解析方法,对ZnS型薄膜电致发光器件中的电子输运过程进行了Monte Carlo模拟.研究了夹层结构和分层优化结构薄膜电致发光器件发光层中电子能量的空间分布,得出了两种不同空间分布曲线,即夹层结构中的n形分布和分层优化结构中的U形分布,并分析了导致这种不同分布的原因是由于电子在发光层中输运过程的初始能量不同. 关键词： Monte Carlo模拟 电子能量 空间分布 分层优化结构     

X光激发氮氧化铝膜层电子特征能量探测与分析

本文报告了用Ｘ光电子能谱法（ＸＰＳ）对氮氧化铝／铁膜内层电子特征能量的探测与分析,获得了膜层中不同深度的元素成分及化学结构．结果表明：ＸＰＳ方法是研究氮氧化铝选择性吸收膜的有效方法．     

InGaAs(S)/InP应变量子阱能带计算和有源区材料的选择

本文利用K·P能带理论和形变势模型计算了应变对量子阱结构能带及能级的影响,提出了在压缩应变情况下,当固定发射波长时,利用InGaAsP做阱材料可对应变大小和阱宽进行独立控制,克服了应变较大时InGaAs阱材料阱宽较窄的困难。在伸张应变情况下,利用InGaAs做有源区较为合适。     

InGaAs(S)/InP应变量子阱能带计算和有源区材料的选择

本文利用K·P能带理论和形变势模型计算了应变对量子阱结构能带及能级的影响,提出了在压缩应变情况下,当固定发射波长时,利用InGaAsP做阱材料可对应变大小和阱宽进行独立控制,克服了应变较大时InGaAs阱材料阱宽较窄的困难。在伸张应变情况下,利用InGaAs做有源区较为合适。     

真空中永磁体磁场的静磁能密度

由于磁能密度公式ωｍ＝１２ＢＨ只适用于线性介质，对永磁体不适用，本文利用磁荷观点计算了在真空中永磁体所激发磁场的静磁能密度     

量子阱中极化子的自能与电磁场和温度的关系

采用Ｌａｒｓｅｎ谐振子算符代数运算与变分微扰相结合的方法，研究处于电磁场中量子阱内电子一体纵光学声子耦合诉性质的曙依赖性，得到了有限温度下系统的自能。     

极性晶体外表面电子的量子像势及其极化子的基态能量

本从与真空接触的存在二支声子的半无限极性晶体表面附近极化子的哈密顿算符入手，应用二支模型理论，分别对GaAs和ZnO两种材料计算了外表面电子的量子像势及其极化子的基态能量，计算结果表明，利用二支模型理论求出的外表面极化子的基态能量与利用一支模型理论求出的外表在面极化子的基态能量相差较大，对GaAs，误差约为31.1%, 对ZnO，误差约为14.8%。