非均匀偏振光束通过环状光阑像散透镜的聚焦特性

借助于光束相干偏振矩阵和广义惠更斯－菲涅耳衍射积分公式,研究了非均匀偏振(NUP)光束通过环状光阑像散透镜的聚焦特性,并将圆孔光阑作为环状光阑内径为零的特例处理.数值计算结果表明,实际焦点位置、光强和偏振度分布与透镜的像散、环状光阑的菲涅耳数和遮拦比以及NUP光束参量有关.     

环状光束通过透镜的聚焦特性研究

给出了环状光束在柱坐标系下的一种描述模型,并利用广义衍射积分理论,推导出环状光束经过近轴ABCD光学系统的传输公式.在此基础上,通过数值模拟方法定量分析了环状光束的聚焦光强分布以及焦面处的桶中功率.研究结果表明,环状光束的聚焦特性与光束阶数以及系统菲涅耳数有关;环状光束在实际焦面和几何焦面上的桶中功率均随着遮拦比的增大而降低,而随着系统菲涅耳数的增大而增大.在实际工作中,通过合理地选取系统菲涅耳数和光束遮拦比可以有效地控制环状光束聚焦后的光束质量.     

被光阑像散透镜聚焦高斯-谢尔模型光束轴上的光谱开关

从部分相干光的传输理论出发,研究了高斯-谢尔模型光束通过光阑像散透镜聚焦的光谱异变和光谱开关。研究表明,在考虑像散的情况下,聚焦场轴上也会出现光谱异变和光谱开关。光谱异变和光谱开关不仅与空间相关性、截断参量、菲涅耳数和源光谱谱宽有关,透镜像散对光谱异变和光谱开关也会产生影响。通过数值计算结果,重点对透镜像散对光谱移动和光谱开关的影响进行了分析。与无像散情况相比,像散会使出现光谱开关的临界位置发生变化,当像散较大时出现光谱开关的临界位置明显向几何焦面移动,特别是当像散增加到一定数值时,光谱开关会消失。     

柱面球差透镜聚焦部分相干光束的焦移

通过定义聚焦光束的等效菲涅耳数,研究了部分相干光经柱面球差透镜聚焦后的轴上光强分布,得到了相对焦移的简单公式,即相对焦移反比于等效菲涅耳数的平方.结果表明,这种基于等效菲涅耳数的计算聚焦光学系统的焦移方法是计算部分相干光束经球差透镜聚焦相对焦移简单且有效方法.还讨论了一种特殊等效菲涅耳数为纯虚数情况.结果证明,在这种情况下,该相对焦移简单公式仍然有效.     

像散透镜对高斯光束的变换特性

 基于广义惠更斯-菲涅尔衍射积分,并考虑了像散的影响,对高斯光束通过像散透镜后的传输特性作了解析研究,以光束传输因子和桶中功率为参数分析了像散高斯光束的光束质量,并以数值计算例加以说明。     

部分相干电磁光束的焦移

 基于有效菲涅耳数的概念,给出一种简单的表达式来评估部分相干电磁光束经圆形光阑透镜后所产生的相对焦移,对部分相干电磁光束经透镜聚焦的情况进行了研究。结果表明:当交叉谱密度函数的非对角元素为零时,有效菲涅耳数不仅依赖于真实的菲涅耳数大小,而且依赖于光束的偏振分布和入射部分相干电磁光束两个偏振分量的空间相干长度;相对焦移量仅由等效菲涅耳数决定。将此方法与数值积分法进行的比较表明,等效菲涅耳数可以简单、准确地评估焦移。     

用环围功率法研究双曲正弦高斯光束的焦移

 从Collins公式出发研究了无光阑双曲正弦高斯光束的聚焦特性。研究发现聚焦双曲正弦高斯光束的轴上光强为零，因此Li和Wolf二人研究焦移的方法不再适用。使用环围功率法定义束宽和实际焦面，由此可以决定聚焦双曲正弦高斯光束的焦移。数值计算表明，聚焦双曲正弦高斯光束的焦移与偏心参数和菲涅耳数有关，焦移随偏心参数和菲涅耳数的减小而增大。此外，还分析了双曲正弦高斯光束的最佳聚焦问题。     

双曲正弦-高斯光束的像散透镜聚焦性质与暗空心光束产生

基于广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式,推导了双曲正弦-高斯光束通过像散透镜聚焦的场分布解析表达式,并用数值计算研究了双曲正弦-高斯光束在像散透镜焦平面上或焦平面附近的光强分布与相位特性。理论分析与数值计算结果表明,选择适当的光束参数与像散透镜结构参数,可以使双曲正弦-高斯光束经像散透镜后转换为具有涡旋的暗空心光束,其拓扑荷指数为1。此外,还对影响场强度分布与相位分布的光束参数与透镜参数进行了分析讨论。特别地,透镜的像散是双曲正弦-高斯光束经像散透镜聚焦产生暗空心涡旋光束的关键控制因素,利用合适的像散透镜可获得相当长度的理想暗空心光管。     

宽频带激光自由空间传输的调制特性研究

基于惠更斯-菲涅耳衍射积分公式,研究了宽带光束在菲涅耳衍射区的自由空间传输特性,得到宽带光束传输的调制深度与光束带宽Δλ及菲涅耳数F的变化关系。结果表明:一定的带宽对光束的均匀性有适当的改善;当光束的带宽Δλ<2λ0/F时,带宽越大,光束越均匀;当带宽满足条件Δλ=2λ0/F时,菲涅耳衍射完全消失;在一定的菲涅耳数范围内,宽带光束的调制深度随菲涅耳数振荡变化,振荡曲线的主极大值和次极大值分别出现在菲涅耳数为奇数和偶数处,而极小值则出现在菲涅耳数F=2k±1/3(k=1,2,3,…)处,在极小值处光束的均匀性最好。     

余弦平方高斯光束通过无光栏透镜的梯度力

基于Collins公式推导了余弦平方高斯光束通过无光栏透镜光学系统聚焦后的光强分布及梯度力,采用数值模拟分析梯度力分布及光阱的数量、位置及尺度随光束参数、光束入射距离及系统菲涅耳数的变化。结果表明:光束相关参数b越大光阱的数量越多,光阱的位置随光束入射距离而改变,大小随系统菲涅耳数的增加而减小,但不影响其位置。     

束流位置监测器测量束流四极分量的新方法

 束流位置监测器可以用来进行发射度的非拦截测量,且不受束流分布的影响。对从条带BPM电极中引出的信号经过对数比检波模块处理,得出了一种对数比处理方法来提取束流的四极分量,并推导出一种同时利用差比和处理方法和对数比处理方法的混合提取方法来提取四极分量。对这些方法进行了数值模拟计算和比较,结果表明:混合提取方法效果最佳,对数比处理方法优于差比和处理方法。利用提取出的四极分量,通过多次改变四极铁的电流计算出束流的发射度。     

极端光设施:使命与挑战

ELI将是世界上第一个致力于研究在极端相对论强度条件下物质与激光作用的大型基础设施,可在前所未有的强度水平下开展激光与物质相互作用研究。将用于探索阿秒-仄秒尺度的超快现象,并将开创激光与物质相互作用的新时代:超相对论领域,乃至其中的非线性量子电动力学的范畴,可以从真空中产生真空极化和基本粒子。ELI的科学使命是从原子到真空状态下对物质结构进行全面研究。ELI的建立将产生原子核物理革命。同时,它还产生一系列新技术,产生相对论性的微电子。ELI也具有广泛的社会效益,如在医学方面可提供新的放射成像技术和强子治疗方法。ELI对材料科学的发展也将有重要贡献。     

负偏压对磁控溅射Ti膜沉积速率和表面形貌的影响

 采用直流磁控溅射加负偏压的方法制备了Ti膜,研究了不同偏压条件对Ti膜沉积速率、密度、生长方式及表面形貌的影响。随着偏压逐渐增大,Ti膜沉积速率分三个阶段变化:0~ -40 V之间沉积速率基本不变; -40~ -80 V之间沉积速率迅速降低;超过-80 V后沉积速率随偏压的下降速度又放缓。Ti膜密度随偏压增加而增大,负偏压为-119.1 V时开始饱和并趋于块体Ti材密度。加负偏压能够抑制Ti膜的柱状生长方式;偏压可以改善Ti膜的表面形貌,对于40 W和100 W的溅射功率,负偏压分别在-100 V和-80 V左右时制备出表面光洁性能较佳的Ti膜。     

温度对偶氮苯LB膜吸收光谱和二次谐波产生的影响

 采用紫外 可见吸收谱和二次谐波产生技术研究了温度对4硝基4′氨基偶氮苯（NAA）分子Langmuir-Blodgett（LB）单层和多层膜的光谱和二阶非线性光学特性的影响。单层LB膜的二次谐波强度在室温至80 ℃的温度范围内随温度的增加基本成单调下降关系，温度高于80 ℃后基本没有二次谐波信号。多层LB膜的二次谐波强度随温度的变化分为几个不同的温度阶段。吸收谱表明单层LB膜分子的有序排列受热后不易恢复，超过80 ℃后则不能恢复;多层LB膜的则较容易恢复，温度达到80 ℃后仍能恢复，超过100 ℃后则不能恢复。由于NAA的多层LB膜存在层间分子的相互作用，其结构的稳定性比单层膜要强。     

Nd:YAG方形薄片激光器3维温度及热应力的数值模拟

 在有限差分迭代方法的基础上,利用MATLAB程序模拟计算了在超高斯泵浦光连续作用下Nd:YAG薄片激光器中方形薄片介质的3维瞬态和稳态温度分布。根据热平衡微分方程和热弹性体边界条件,由3维温度分布数值模拟了介质的3维位移和热应力。有限差分迭代方法避免了常规的有限元法需要求解超大稀疏矩阵而导致的占用系统的内存数增加和计算速度等问题。模拟计算得到的介质温度分布和应力分布与实验结果相符合。     

1.064 μm脉冲激光作用下SiO2薄膜纹波损伤的模拟

 用1.064 μm波长的单脉冲(6 ns)激光对K9玻璃基底上电子束沉积的单层SiO₂薄膜进行了辐照损伤实验。以扫描电镜对K9基底的断面进行分析,并采用表面热透镜装置对膜层中的缺陷进行了检测,最后采用Matlab偏微分工具箱对缺陷的散射光光场进行了有限元模拟。实验研究表明：膜层中存在缺陷,基底中也存在大量缺陷。模拟研究表明：缺陷的位置越深,形成的条纹间距也越宽;当缺陷的形状不规则时,在局部出现近似平行的纹波结构;当缺陷的数目增加时,这些缺陷的散射光的叠加就形成相互叠加的条纹。     

三点式氧碘化学激光器光腔准直技术

 提出三点式动态准直法，并以此设计具有自动校准功能的光腔自准直系统,提高了氧碘化学激光器的光束质量。该系统采用位置传感器作为光束位置检测元件，压电陶瓷作为动态调整元件，建立三输入三输出的耦合模型，利用多变量自适应闭环解耦控制法，实现准直系统的高速动态调整，实现了光腔准直，提高了光束质量。经初步实验验证，该系统准直范围可达4 mrad，精度为5 mrad，响应频率达20 Hz，满足氧碘化学激光器对光腔准直系统的要求。     

偶氮聚合物薄膜的吸收谱和二次谐波产生的温度特性

研究了一种偶氮聚合物薄膜的光谱和二阶非线性光学特性.研究结果表明,聚合体中的偶氮发色团以反式异构体形式存在.加热可使分子之间的相互作用减弱,聚集体的聚集程度降低;温度低于70℃时聚集体的结构不会发生变化,分子间相互作用的改变能够完全恢复;高于70℃降温后聚集体聚集程度的降低不能完全恢复.在一定温度下极化可使发色团偶极子定向有序排列,形成J-聚集体.偶氮聚合物薄膜的二阶非线性光学特性起源于偶极子模型,极化温度是影响极化膜二次谐波强度的重要因素之一,该偶氮聚合物薄膜的最佳极化温度约为90℃.     

测云技术研究进展

云的形成和变化是非常复杂的,是气象预测和航空航海等领域中非常重要的因素之一,云对大气辐射平衡影响也很大,直接影响气候和水文学变化,因此,对云进行观测具有重要的现实意义。通常对云的气象观测主要有:云状、云量和云高三项。简要介绍了关于云的一些基本概念和观测标准。目前,对于云量和云状的观测主要还是靠目测,但云高测量的各项技术业已成熟,出现了许多用于测量云高的仪器。激光雷达是用来测量云高最实用的方法,世界各国都投入大量费用和精力进行研究。     

Fe~(23+)离子1s~23d-1s~2nf的跃迁能和偶极振子强度

用全实加关联方法计算了类锂Fe23 离子1s23d-1s2nf(4≤n≤9)的跃迁能和1s2nf(n≤9)态的精细结构.在类氢近似下,估算了对能量的高阶相对论修正.依据量子亏损理论,确定了Rydberg系列1s2nf的量子数亏损,据此可以实现对任意高激发态(n≥10)的能量的可靠预言.计算了Fe23 离子1s23d-1s2nf(4≤n≤9)的偶极跃迁在三种规范下的振子强度.与量子亏损理论相结合,得到该离子从1s23d态到电离阈附近高激发1s2nf态间的跃迁振子强度以及到相应连续态跃迁的振子强度密度.