非线性光学的发展与应用

一、引言 1960年激光问世后不久,光学领域中一门称之为“非线性光学”的新学科随之发展起来。所谓“非线性光学”是基于光与物质的非线性作用的一门学科。在传统光学中,光波作用下原子或分子的极化P与光波电场强度E成线性关系。然而在强激光作用下,上述线性关系必须用更一般的函数关系取代:P=f(E)。在很多情况下,P与E     

傅里叶变换光学基本原理讲座第一讲 光波衍射与波前变换

“傅里叶变换光学原理”讲座拟分以下八讲连载: 第一讲 光波衍射与波前变换; 第二讲 相因子判断法; 第三讲 正弦光栅的衍射; 第四讲 阿贝成象原理与相衬显微镜; 第五讲 夫琅和费衍射实现屏函数的傅里叶变换; 第六讲 空间滤波与光信息处理; 第七讲 相因子判断法分析全息图的衍射场; 第八讲 点扩展函数与光学传递函数. 在物理学的几门基础学科中,光学几乎与力学一样的古老,相对说来电磁学要年轻得多.然而从本世纪四十年代后期开始的三十余年间,光学在理论方法上和实际应用上都有许多重大的突破和进展.因此,“现代光学”的提法目前颇为流行.194…     

一种光路自准方法

在光学实验中,经常遇到的一个课题是如何把各光学元件调节到它们的正确位置上,借助于机械轨道。经纬仪和可调焦平行光管等光学仪器进行位置调节是常用的方法.本文基于光栅在光路中的衍射作用和杨氏双缝干涉现象,提出了一种光路自准方法.它已成功地应用于光学Walsh变换[1]实验中.在这个实验中曾经设想和试用过多种调节手段。企图把各全息透镜调节到它们的正确位置上,由于调节仪器的光轴与实验光路的光轴很难保持一致,以致效果不甚理想.对于光路自准方法,调节光路就是实验光路,即在光路系统中传播的光波既是调节用光波又是实验用光波,二者是…     

透镜光轴上的光场分布

透镜作为一种特殊简单的二元衍射光学元件,推导计算了它带有硬边孔径光阑和高斯激光束入射情况下的光轴上光场复振幅分布的一段表达式,并对几种不同参数的高斯光束情况给出了具体计算结果.当高斯光波退化为平面波和透镜相对孔径较大时,它所描述的光轴上的场分布与《光学原理》.一书上的结果一致. 关键词：     

实现控制波前传播的纯相位衍射光学元件的设计

基于投影限制集算法（ＰＯＣＳ），设计出用一个纯相位调制的衍射光学元件实现控制光波前在三维区域之内的传播，将输入的高斯光束变换为沿纵向调制的等光强的２×２光束阵列。模拟计算表明，该算法在控制光波前传播方面是有效的。     

基于MATLAB的简单孔形夫琅禾费衍射实验的计算机模拟

1引言 　　衍射是光波的重要特征之一,夫琅禾费衍射在实际应用和理论上都很重要.这类衍射的分析和计算都比较简单,一般通过数值计算就能得到衍射的光强分布.对简单孔径衍射的模拟计算已经有过研究,但无一例外是采用数值计算的方法,其实我们从图像变换的角度出发同样可以得到相同的结果,利用MATLAB语言做这项工作将变得非常容易.MATLAB功能强大、简单易学、编程效率高而被广泛地应用在工程计算、数值分析和图像处理等领域,对于光学实验的模拟是非常方便和灵活的.……     

用衍射光学元件提高出射光束的焦深

本文使用衍射光学元件来提高激光束的焦深。利用Ｙ－Ｇ算法，在已知入射和出射光波函数的条件下，计算出衍射光学元件的位相分布。计算结果表明焦深比未用衍射光学元件时提高一半以上     

读者来信

《物理与工程》杂志编辑部:欣读贵刊2006年第2期登载的文献“光学中一道流传甚广的典型错题”,其中指出本人与钟锡华合著《光学》一书中一道习题是错的.该题原文如下:测得牛顿圈从中间数第五环和第十五环的半径分别为0.70mm和1.70mm,求透镜的曲率半径.设光波波长为0.63μm.该文     

菲涅耳数字全息图的Gabor小波变换再现法

提出了一种基于Gabor小波变换的菲涅耳全息图的数值再现方法,实现无需空间滤波处理,即可对物光波进行数值再现.给出Gabor小波变换以及小波变换脊的定义,并从理论上证明通过对全息图进行Gabor小波变换,提取小波变换脊对应的小波变换系数,包括幅值与相位信息,即可直接获得与+1级频谱相对应的被测物光在全息面上的强度与相位分布,并同时直接消除零级衍射像以及孪生像的影响.通过计算机模拟再现光波经全息图衍射后的传播规律实现数值再现,得到清晰的再现像.通过计算机模拟一相位型物体以及实验证明该方法的有效性.     

二维小孔的对称变换与夫琅禾费衍射光强分布

采用光波的复振幅叠加方法讨论了二维小孔夫琅禾费衍射的对称变换特性.通过小孔的对称变换,可以简便求得各种典型小孔的夫琅禾费衍射光强分布公式,进而利用Mathematica软件,对光强分布进行亮度模拟,得到了相应小孔的计算机衍射模拟图像.     

光学实验教学中引入数字全息实验的探讨

数字全息技术是一项新型的成像及测量技术,它融合了计算机技术、数字图像处理技术和传统光学全息的特点,具有非常广阔的应用前景,是科学前沿中较为活跃的研究领域.将数字全息实验引入到光学实验教学中,可以使学生掌握CCD图像采集设备及其他光电子器件的使用方法,提高综合实践能力,更能形象地理解光波场传播规律.并且通过将较为抽象的菲涅耳衍射理论、全息图原理、抽样定理及离散傅里叶变换等应用到实验之中,能够进一步激发学生的学习兴趣,加深对理论知识的掌握.     

柯林斯公式的D-FFT计算

将柯林斯公式及其逆运算表示为卷积形式,导出对应的传递函数,讨论使用快速傅里叶变换(FFT)计算柯林斯公式时满足取样定理的条件,基于研究结果,给出光波通过一光学系统的衍射场计算及根据衍射场重建入射平面光波场的实例。     

用四台阶相位板产生涡旋光束

涡旋光束的产生与应用是当前光学领域的研究热点. 利用傅里叶级数展开法分析了四台阶相位板的相位结构, 发现四台阶相位板可看作是由一系列不同拓扑荷数的螺旋相位板所组成, 用线偏振光直接照射相位板时, 将产生多级衍射光波, 各级衍射光均为不同拓扑荷数的涡旋光波, 由于多级衍射光波间的干涉导致光强分布偏离轴对称分布, 因而与涡旋光波有一定差距. 在此基础上, 提出了用四台阶相位板产生涡旋光束的新方案, 借助于Mach-Zehnder 干涉仪光路, 两块四台阶相位板产生的衍射光干涉叠加, 通过调节干涉仪光路的相位差, 使一部分衍射级干涉相消, 另一部分衍射级干涉相长, 相互加强, 从而把线偏振光转换为涡旋光束. 数值模拟计算了几种周期数不同的四台阶相位板衍射光强和角动量分布, 并与螺旋相位板进行比较, 证明用简单的四台阶相位板不仅能够获得与用螺旋相位板相同的涡旋光束, 而且可以用周期数较小的四台阶相位板产生具有大拓扑荷数的涡旋光束, 降低了制作相位板的难度.     

声学与物理教育及科学研究

声学这门学科的核心问题是研究机械波和它的辐射,它和电磁波以及其它波动有不少共同之处,它在物理学的发展中曾起过很好的作用.远在麦克斯韦建立电磁场理论之前,声波就常被用来模拟光波和电磁波的性质,这当然是科学史上的事.光学上理想的单频相干光只是在激光出现以后才算获得,     

衍射轴棱锥产生光学点阵的理论和实验

提出一种利用衍射轴棱锥产生三维光格的方法.由广义的惠更斯一菲涅耳衍射积分理论出发.分析准直单色平面光波大角度斜入射轴棱锥形成的光学点阵的特性.数值模拟光束在不同入射角入射轴棱锥情况下,随轴向距离变化的纵向光强分布以及同一轴向距离处的横向光强分布光斑图.结果指出,随着入射轴棱锥角度的增大,在最大无衍射距离内会形成有规则的光学点阵,这种光学点阵与三维光子晶体的结构相近,实验结果与数值模拟相吻合.     

夫琅禾费缝衍射的计算机模拟

在大学物理的教学中, 夫琅禾费衍射是波动光学的教学重点之一. 以夫琅禾费衍射的光学模型为基 础, 根据傅里叶光学理论给出夫琅禾费衍射光强分布的一般公式, 利用 MAT LA B软件对单缝、 双缝、 多缝以及十字 缝和＝ ‖字缝等缝衍射屏的夫琅禾费衍射进行模拟, 并对计算机模拟结果作出分析. 缝衍射实验的计算机模拟结果 显示快速且清晰, 衍射条纹分布符合衍射规律, 实现了对实际光波衍射的模拟     

数字全息用于光波衍射传播理论教学研究

数字全息技术是基于传统光学全息原理,借助于光电探测和数字处理技术,通过单次曝光记录和再现物光场的振幅和相位信息,近年来被广泛研究和应用.将数字全息应用于光波衍射传播理论教学中,不仅能够使学生在学习过程中形象、直观的理解光波衍射传播理论,而且能够通过编程计算完成数字全息图的数值再现,锻炼他们的知识运用能力,从而拓宽专业知识面、了解科学的发展前沿.     

卷首语

《光学学报》创刊于1981年,40年来为中国光学的人才培养、科学研究和学科发展作出了重要贡献,是光学人心目中最重要的学术期刊之一. 正如创刊主编王大珩先生反复提到的"光学老又新",光学既有悠久的发展历史,又在信息时代不断迭代创新.人类很早就观察到了光学现象,如小孔成像,之后衍生出许多新领域,如光场调控、微纳光学、超快光...     

利用单幅同轴菲涅耳数字全息图重构物光波面

在数字全息研究中,为了充分利用CCD器件有限的卒间带宽积,常采用同轴全息记录.然而用同轴全息图再现时,再现物光波和共轭物光波是混在一起无法分开的.有效消除同轴全息图再现光波场中的共轭像是数字全息应用中的一项关键技术.基于菲涅耳衍射运算和逆运算,提出一种用同轴数字全息图重构物光波面的迭代算法.该方法利用同轴全息图再现时,再现物光波和共轭物光波衍射特性的不同来剔除共轭物光波成分,从而将再现物光波成分有效分离出,实现单幅同轴全息图的物光波面数值重构.计算机模拟实验证明了该方法简单易行.     

可变光阑光学衍射加密系统

为了克服双随机相位编码系统的局限性,提出基于光学衍射成像原理的图像加密方法.该方法在光学衍射加密系统中加入可变光阑,形成透光面积不同的振幅板,对明文进行加密,得出多个密文.解密时,通过相位恢复算法,从多幅衍射强度图像中恢复原始明文.仿真表明,由于只需要记录光波的衍射强度,在密文记录过程无需使用干涉装置,通过可变光阑可以方便地调节振幅板的透光面积,无需改变光学结构或者移动光学器件,因此,大大降低了加密过程实施的难度.