多光束分光光栅的优化设计(英文)

本文描述了一种设计计算二元光栅结构参数的数值方法,这种方法可以把光栅衍射谱的分布误差控制在1%以内.作为实验验证,本文给出了一个二元光栅谱分布的测试结果,该光栅将入射平面波转换成在中央11×11级次内均匀分布的衍射波.     

透射光栅在同步辐射光束线输出特性诊断中的应用

介绍了透射光栅在北京同步辐射装置3W1B光束线光源输出特性诊断中的应用.借助透射光栅进行了能量标定及分辨率的测量,并定性地给出了束线的高次谐波情况.     

修正的光束传输法在阵列波导光栅中的应用

以亥姆赫兹方程为基础,对传统的有限差分光束传播法进行修正,提出一种修正后的新算法,将修正后的算法与传统算法进行了比较,并给出了用其计算阵列波导光栅中的传输光场的应用结果.通过比较计算结果和应用结果得出结论：修正后的算法可以准确计算光波场,并提高了计算精确度,有一定实用价值.     

透射光栅在同上辐射光束线输出特性诊断中的应用

介绍了透射光栅在北京同步辐射装置３Ｗ１Ｂ光束线光源输出特性诊断中的应用。借助透射光栅进行了能量标定及分辨率的测量,并定性地给出了束线的高次谐波情况。     

松弛迭代法在电流引线设计中的应用

对于大多数超导电力装置来说,用于制冷的费用决定着整个系统的长期运行成本,电流引线漏热是低温系统的主要热负荷来源,是造成整个超导装置中静态冷量损失的主要原因。引线温度分布决定了漏热的大小,实际工程应用中常需要在给定尺寸下求解电流引线的温度分布及低温端漏热,文中介绍的松弛迭代法可迅速求解出电流引线沿线的温度分布,并推导出引线低温端漏热,由于松弛法可以通过多次迭代实现误差控制,因此,求解精确度能得到有效保证,为不同工况下电流引线优化设计提供了一种快速有效的计算方法。     

Airy加速光束的局域空间频率及其在光束设计中的应用

Airy加速光束是近年来备受关注的一种新型无衍射光束. 它所具有的自由加速、无衍射及自恢复特性使其在光学微操纵、非线性光学、 电子加速等诸多领域显示出重要的应用价值. 因此, 如何方便高效地生成加速光束成为近年来的一个热点研究内容. 本文对Airy加速光束复振幅分布的空间振荡特性进行了分析, 建立了利用局域空间频率描述其加速特性的理论. 提出了利用零点坐标计算加速光束局域空间频率的方法, 通过非线性拟合给出了可以精确描述Airy光束局域空间频率的解析公式; 确定了加速光束的局域空间频率函数与加速轨迹之间的定量关系, 给出了由给定加速轨迹计算相应的局域空间频率以及加速光束的纯相位函数的一种简单计算方法. 将上述分析结果用于设计产生具有给定加速轨迹的加速光束所需的相位函数, 成功求出了能够产生圆弧形加速轨迹的新型加速光束的纯相位函数的解析表达式. 基于该相位函数设计的纯相位衍射光学元件的模拟衍射结果证明了上述方法的可行性. 关键词： 衍射光学 加速光束 局域空间频率     

散焦光栅测量光束漂移的光路设计仿真

传统的光束漂移量测量系统利用近、远场测量设备分别测量光束的平漂量和角漂量,结构复杂、实时性低。散焦光栅焦平面处正、负一级衍射斑的位置变化可同时反映光束的平漂量和角漂量,为验证该理论、搭建简化的测量系统需要对光路设计进行仿真。基于散焦光栅的成像机理,利用Matlab软件构建了光束通过散焦光栅的成像模型,仿真结果与理论分析一致;最后对光栅和透镜等不同光路设计参数与最大漂移量测量幅值的关系进行了模拟。结果表明,在成像单元约1 cm2、短焦透镜焦距约12 cm的条件下,为实现漂移量测量精度和可测幅度的最大化,散焦光栅需要离轴15 mm,散焦光栅与短焦透镜的焦距比为6。     

Zemax软件在取样光栅对设计中的应用

 光束取样光栅(BSG)是一种重要的用于光束取样诊断的衍射光学元件。以2块取样光栅代替单块光栅作为初始光学结构,运用Zemax光学设计软件采用分步优化的方法设计了具有消像差功能的光栅对结构,此方法比采用Matlab语言编程计算的方法消像差更快捷、更灵活,同时可以验证程序计算结果的正确性。设计结果显示：再现的会聚光经2块光栅衍射后在像平面上点列图中的均方根半径仅为0.506μm,单块取样光栅的均方根半径则为7.284μm,说明2块光栅能够做到像差互相矫正,其像质明显好于单块取样光栅。另外,设计出的双光栅光学系统,可进行远场光斑质量检测,为激光束性能的在线诊断提供了行之有效的技术支持。     

光束整形在激光照明中的应用

提出利用光束整形技术提高激光照明均匀性、调节照明远场光斑尺寸的方法,用Easylaser激光仿真软件分析光束截断比对照明均匀性的影响,分析大气湍流条件下光束整形对照明均匀性的影响,并比较调节光束质量与光束整形对照明均匀性的影响。结果表明:光束整形具有调节照明激光远场光斑尺度及均匀性的能力,相位调节因子越大,整形后远场光斑半径越大、均匀性越好;光束截断比越大照明均匀性越好;弱湍流条件下,光束整形比调节光束质量的照明激光远场光斑均匀性更好。     

光束整形在激光照明中的应用

提出利用光束整形技术提高激光照明均匀性、调节照明远场光斑尺寸的方法,用Easylaser激光仿真软件分析光束截断比对照明均匀性的影响,分析大气湍流条件下光束整形对照明均匀性的影响,并比较调节光束质量与光束整形对照明均匀性的影响。结果表明：光束整形具有调节照明激光远场光斑尺度及均匀性的能力,相位调节因子越大,整形后远场光斑半径越大、均匀性越好;光束截断比越大照明均匀性越好;弱湍流条件下,光束整形比调节光束质量的照明激光远场光斑均匀性更好。     

牛顿迭代法在物理竞赛中的应用

2012年全国第29届物理竞赛复赛结束后,一些学生议论说:"其中一道考题虽已列出式子,但却是一元高次方程,发现无法进行因式分解,实在没法求解出结果."物理竞赛题不同于普通考试的"凑数题",题中所给数据往往来自更切合客观规律的实际观察或实验结果,所遵循的数学形式通常是一些高次方程,且无法因式分解.三次方程求根公式已非常复杂了,没有多少人能记住,而四次及以上,根据阿贝尔定理,没有一般的由方程的系数经有限次四则运算和开方运算的求根方法.解决这类高次方程只能用数值分析,而牛顿迭代法就是数值分析中最常用的,令人兴奋的是牛顿迭代法能在普通计算器中实现求解高次一元方程,而物理竞赛恰恰可以使用普通计算器.     

高效垂直耦合的光栅耦合器设计

利用反射式光栅和分布布喇格反射镜的反射特性,分别从光栅耦合器的侧面和底部对光进行高反射,通过合理选取反射光栅和耦合光栅的间距使两组光栅的反射光实现相消干涉来减弱耦合光栅在实现垂直耦合时存在的负二阶反射,从而设计出高效率垂直耦合的光栅耦合器.采用本征模展开方法,模拟计算了垂直耦合光栅耦合器的耦合效率随不同结构参量而变化的相关特性,在绝缘体硅平面波导和单模光纤之间对波长1550 nm的光获得了最高89％的耦合效率.所得结果对实际垂直耦合光栅耦合器的制备具有一定参考价值.     

超短脉冲激光光束在一维反射型体全息光栅中的衍射

基于Kogelnik的耦合波理论,研究了在色散效应的影响下,超短脉冲激光光束在反射型体全息光栅中衍射的性质.研究给出了衍射光及透射光在频谱域及时间域的振幅及强度分布、光栅的光谱宽度及衍射效率随光栅参量及入射条件的变化.数值研究的结果表明,在光栅记录介质色散效应的影响下,衍射光束的光谱宽度减小,脉冲展宽,衍射效率降低.通过适当的选取光栅参量及入射条件,可以控制衍射和透射光束的频谱和时间强度分布,得到满意的衍射和透射光束的带宽和波形,从而可以将其应用于脉冲整形等技术中.     

Gerchberg迭代法在三维面形测量中的应用

在基于结构光照明的三维面形测量中,针对有孤立区域物体的条纹图像存在不规则缺陷的问题,提出先对其进行Gerchberg迭代,消除或减少条纹缺陷,获取较完善的迭代条纹,然后再利用傅里叶变换轮廓术(FTP)重建面形。设计了迭代流程,并分析了影响迭代精度的因素,解决了光学加工用具磨盘表面不完善条纹Gerchberg迭代过程中存在的问题,成功地重建了磨盘的三维面形。该工作为表面存在孤立区域的被测物体三维面形测量提供了可供参考的技术方案,也给可实时形变的应力盘三维面形动态测量奠定了基础。     

涡旋光束在湍流大气中的光束扩展

涡旋光束在湍流大气中传输时,其振幅和相位会发生随机起伏,导致在接收平面处的光强起伏及光束扩展等。以低阶拉盖尔-高斯涡旋光束为例,利用激光大气传输四维程序数值模拟了不同条件下的涡旋光束在湍流大气中传输时引起的光束扩展。由模拟结果可知,传输距离越长或湍流越强,涡旋光束在大气中传输时的束宽扩展受湍流的影响越大;涡旋光束的拓扑荷数越高、光束的束腰越小或光波的波长越长,其束宽扩展受大气湍流的影响越小。湍流的内尺度和外尺度也会影响涡旋光束的光束扩展,但影响程度相对较小。另外,通过计算仿真还比较了涡旋光束和普通高斯光束在湍流大气中传输时引起的光束扩展的差异。     

多叶光栅在放疗中的应用

放射治疗机理 肿瘤的治疗方式主要有手术、化疗和放疗三种,其中手术和化疗都是局部治疗手段。手术可以切除病灶,对正常组织在可视的情况下予以最大限度的保护;但是,手术过程中受医生主观视力判断的限制,容易将一些亚临床病灶遗留在体内,造成术后肿瘤的快速生长。化疗的作用范围广,但是对1cm^3以上的肿瘤功效差,特别是对良性和恶性细胞特异性识别不够,副作用较大。     

CCD在超声光栅实验中的应用

本文详细探讨了超声波在液体中传播速度的测量方法；利用CCD测量技术实现了超声波速度的自动化测量；设计了响应的接口电路和信号处理系统，从而大大地提高了实验测量的精度和准确度．     

光栅调制在信息处理中的一些应用

光栅调制用于全息翻译,可以扩大翻译容量,改善输出结果;用于特征识别中,对预调制的情况,能提高相似字母的鉴别率,并有可能实现多重识别;用于全息存储,可以分散频谱平面上的信号光强以保证再现质量,还可进行多重存储.     

光栅器件在集成光路中的应用

构成集成光路需要各种波导元器件。波导无源元器件按其功能可以分成光路变换器、分束器、起偏器、波长分波器/合波器、以及透镜等。波导元器件的制作对加工误差的要求十分苛刻,而且边缘效应对器件性能有极大的影响。本文主要讨论用于集成光路的光栅无源元器件。利用光栅结构可以得到上述各种波导无源元器件,因此,光栅技术的开发对于集成光学的研究有重要的意义。本文还对制作光栅元器件的新技术——电子束写入技术作简要叙述,并介绍系统的结构与工作原理。