双包层手性光纤中导模的光功率特性

在对W型阶跃双包层手性光纤进行解析求解的基础上,对几个低阶导模的功率特性进行了仔细的研究.对典型的内包层厚度,计算了几个低阶模留在纤芯中的光功率随纤芯和内外包层的手性参数的变化关系曲线,讨论了纤芯和内外包层的手性参量以及内包层厚度对不同符号模式的功率特性的影响.内包层厚度越大,功率越被限制在纤芯中.随着纤芯中手性参量的增大, HE－11模和HE－21模（HE01模）限制在纤芯中的光功率缓慢增加,而HE11模和HE21模（HE02模）限制在纤芯中的光功率则逐渐减小.包层手性参量的作用正好与此相反.     

立方角锥结构逆反射光强的数值计算

针对反射光相对强度在回归反射系数估算及逆反射材料设计中的重要作用,基于光线追踪原理跟踪计算光在立方角锥结构中的传输过程及反射、折射时光传输方向、光矢量偏振化方向及光能量损失,编写不同入射角、方位角及偏振状态下逆反射光强的数值计算程序。以聚碳酸酯材料为实例计算自然光照射下逆反射相对光强分布。结果表明,逆反射光强受光的入射方向影响显著。若入射角在小于25.5°的范围内,反射光相对光强较大且近似保持为0.899的定值。超过上述范围时,反射光强单调减小,且显著受方位角的影响。     

硅片绒面形貌影响光线反射的数值研究

太阳能硅片表面绒面的光陷阱可以使光在其中经历多次反射,从而尽量减少光的反射损耗.不同光陷阱的形貌决定了光的不同多次反射路径而具有不同的反射效果.为了研究光陷阱形貌及光线入射角对减反射效果的影响,提出了数值仿真计算的方法跟踪每一条光线的反射过程计算加权出射系数.从而可以计算分析复杂形貌绒面的减反射效果并给出合理的优化方法,为制备高性能绒面结构提供理论依据.当光陷阱尺寸小于入射光线波长时,发生镜反射,将该尺寸的结构平滑处理.然后从光陷阱的深径比、高度、密度等方面计算分析光在不同入射角的情形下的加权出射系数.提出了理想的绒面光陷阱形貌,及获得最佳反射效果的入射角度.最后计算碱腐蚀及电火花加工产生的两种典型绒面的加权出射系数,并利用实验测量值验证了该计算方法.     

水下均匀材料复合层吸声特性研究

本文对水下阻尼板和其它介质层复合的多层吸声和结构吸声，反声性能进行了研究，利用各层界面压力，振速的四端网络矩阵及层间边界条件导出吸声结构表面阻抗和反射系统数随频率的变化关系，数值计算分析了不同边界条件，多种层以及改变各层参数情况，反声，吸声系数的变化，发现多层结构中厚的水层引起强烈的共振反射峰，并提出了抑制共射的方法。     

基于角谱理论的厚层光刻胶衍射光场研究

为快速、准确地获得厚层光刻胶内部衍射光场的分布，利用角谱理论的思想，考虑入射光通过掩模后在光刻胶面的反射、透射和光刻胶曝光过程中其折射率及吸收系数在深度方向上的变化，建立了衍射光场在厚层光刻胶中传输的理论模型。为减小计算量，对快速傅里叶算法进行了改进。该方法数值计算速度快，计算结果准确，并适用于光在折射率渐变的其它介质中的传播。最后，对厚层光刻胶中光场分布进行了数值模拟；计算模拟表明，对于厚层光刻胶，其表面的反射、透射和折射率及吸收系数在深度方向变化对衍射光场分布有明显的影响。     

双包层光纤折射率研究及纤芯结构优化设计

采用Matlab和Comsol建立单模光纤内激光传输模型,对双包层内光纤折射率和纤芯结构对光能量分布的影响进行了理论研究。系统分析了光纤芯径与数值孔径、归一化频率和功率填充因子的关系,依据得到的结果进一步采用多模物理耦合仿真方法对不同类型的单模双包层光纤纤芯的能量分布进行仿真,探索了不同折射率分布情况对纤芯能量分布的影响。计算和仿真结果表明:凹面折射率分布光纤的光斑模场面积最大,单位面积的功率分布最低。针对大功率光纤激光器的应用需求设计了工作波长为1.064 m、纤芯直径为10 m、凹面直径为8 m、数值孔径为0.12的单模凹面折射率双包层光纤,为提高光纤泵浦效率、降低纤芯的能量密度提供了思路。     

多芯双包层光纤激光器相干合束纤芯最优化排布

 基于衍射理论推导出多芯双包层光纤激光器的远场相干光光强理论模型，并在此基础之上，系统地分析比较了纤芯不同排布方式的合束效果，重点研究了纤芯的单层圆环排布、多层圆环排布、方形排布、正六边形堆积排布4种方案的合束效果，及在一定纤芯排布下纤芯直径、纤芯轴间距、出射平面与衍射平面间距离、波长对合束效果的影响。研究发现：在纤芯数目一定的情况下，单层圆环排布的合束效果最优，其次是方阵排布；纤芯数目越多，截面利用率越高，可获得更大合束最大光强；方阵排布方式及正六边形堆积排布方式可有效提高截面利用率；增大纤芯直径，减小纤芯轴间距、减小出射平面与衍射平面间的距离、减小波长可以获得更好的合束效果。     

基于Zemax分析双包层光纤吸收效率的新方法

计算双包层形状对光纤吸收效率的影响,常用的方法有二维射线法、三维射线法、光纤光学波动耦合理论等。介绍了一种基于Zemax软件计算其吸收效率的三维方法,通过编写ZPL宏计算了圆形、偏心形、矩形、D形、八角形等常规内包层形状对光纤吸收效率的影响,并将分析结果与二维射线法所得结果进行比较,数据表明:本文的计算结果和二维射线法的计算结果类似,各种内包层形状光纤的吸收效率趋势是一样的。它的优点在于本文给出的是吸收效率和光纤长度的关系,更形象直观,而二维射线法给出的是吸收效率和反射次数的关系;在Zemax中可以设置光线的临界角,而二维射线法是假设光线从内包层里任意一点随机发射的,它没有考虑到光线在内包层中发生全反射的条件,本文的计算结果更准确一些;在Zemax里可以构建各种内包层形状,它的非序列光线追迹速度很快,以矩形内包层光纤为例,在同样的条件下利用Zemax用时373 s,利用二维射线法用时1 732 s,所以基于Zemax分析双包层光纤吸收效率的方法计算速度更快。最后用这种方法研究了上海光机所楼祺洪研究员提出的一种新型双包层光纤的吸收效率。     

ZnS/ZnSe周期性迭层介质中光的反射特性分析

基于光在多层介质中的传输理论,对ZnS/ZnSe周期迭层介质结构中光的反射特性作了分析和计算,由得到的Bragg反射率与光波长的关系曲线,发现当ZnS/ZnSe的折射率改变时,其Bragg反射率曲线将发生平移,平移的方向与Δn为“正”或“负”有关.据此,提出了利用ZnS/ZnSe的光学非线性特性,可能研制出光控“开关”或“光逻辑门”,用于光计算和光互连.     

双包层稀土掺杂光纤抽运吸收特性的分析

建立了复折射率纤芯结合有限差分束传播法的双包 层稀土掺杂光纤抽运吸收效率数值模型,利用该模型对几种常 用内包层外边界结构下双包层稀土掺杂光纤的抽运吸收系数进 行了详细的分析,得出相应双包层光纤的抽运吸收特性. 分析结果对双包层稀土掺杂光纤的优化设计具有重要的指导意义.     

基于三层材质模型的面部真实感交互式渲染

基于三层材质模型,设计了实时交互式渲染平台,利用基于物理的双向反射皮肤分布函数,模拟了光线在皮肤表面的反射.采用高斯模糊线性之和与纹理坐标扭曲纠正,有效地模拟了光线的次表面散射效果.结合表面反射和次表面散射,得到了最终的面部真实感实时渲染.该平台具有友好的交互式界面,在光线旋转时,可以查看反射和散射的效果,实现实时添加高动态范围背景、调节光照强度或者模糊程度等基本交互操作,更好地辅助用户对虚拟人进行控制和设计.     

应用耦合模理论研究光在圆对称双包层光纤中的传输

为了深入理解双包层光纤的光场传输特性,应用耦合模理论将双包层光纤等效为相互耦合的单模光纤和环形芯光纤,研究了圆对称的双包层光纤的光场传输.通过计算单模光纤LP01模和环形芯光纤导模的耦合系数发现了环形芯光纤LP0n模的耦合系数远大于其它导模的耦合系数,且LP0n模中的高阶模比低阶模的耦合系数大.据此,应用耦合模理论计算得到了该双包层光纤的光传输特性,计算结果发现光场沿光纤轴向呈近似周期分布,且纤芯中光功率变化的平均周期随波长递增,但平均归一化功率与光纤参数紧的选择有关.     

掺钕磷酸盐异形内包层结构光纤激光的输出

采用堆叠法制作了纤芯直径为20μm的Nd3+离子掺杂磷酸盐玻璃D形双包层光纤,采用793nm半导体激光作为抽运源,测定并分析其光纤激光性能和斜率效率,光纤的最大输出功率为2.52W,斜率效率为41.5%。采用同样的办法进一步制作了六角形、偏心形和圆形内包层结构的光纤,对比研究了内包层结构对光纤输出性能的影响。结果显示相比于其他内包层结构的光纤,D形内包层结构光纤对抽运光的吸收效率更高,有助于光纤激光性能的提高。     

衣物在潮湿时变暗的光学分析

通过理论推导和实验探究,从反射、折射、吸收方面阐述了衣物在潮湿时会变暗这一现象的产生机理.当衣物被浸湿后,由于光在浸湿液面内的不断反射和折射使得最后反射到人眼的光强大大减弱,同时由于光在液体内的吸收又使反射的光强减弱,从而看到衣物在潮湿时变暗.     

应用耦合模理论研究光在圆对称双包层光纤中的传输(英文)

为了深入理解双包层光纤的光场传输特性,应用耦合模理论将双包层光纤等效为相互耦合的单模光纤和环形芯光纤,研究了圆对称的双包层光纤的光场传输.通过计算单模光纤LP01模和环形芯光纤导模的耦合系数发现了环形芯光纤LP0n模的耦合系数远大于其它导模的耦合系数,且LP0n模中的高阶模比低阶模的耦合系数大.据此,应用耦合模理论计算得到了该双包层光纤的光传输特性,计算结果发现光场沿光纤轴向呈近似周期分布,且纤芯中光功率变化的平均周期随波长递增,但平均归一化功率与光纤参数紧的选择有关.     

基于花生形和光纤布喇格光栅结构的温度不敏感光纤曲率传感器

为了解决光纤传感器波长解调成本高以及交叉敏感的问题,提出一种温度不敏感光纤曲率传感器,该传感器是由花生形结构连接一个光纤布喇格光栅组成,对反射光采用强度解调.光进入花生形结构后激发出包层模式,通过光纤布喇格光栅反射后,反射的纤芯模再次在花生形结构产生不同阶次的包层模,然后和反射的纤芯模耦合,在反射光谱中除了光纤布喇格光栅的布喇格反射峰外,在短波长处出现若干个谐振峰,波长越小,包层模的阶次越高.实验结果表明曲率的变化范围为0.669 0~1.250 0m~(-1)时,测量到反射谐振峰平均光功率为2.260×10~(-7)~1.501×10~(-7) mW,灵敏度为-1.306×10~(-7) mW/m-1,在温度范围25℃~75℃内,反射包层模光功率基本保持不变.该传感器成本低且花生形结构制作简单、机械强度大.     

热光效应下的全内反射光束展宽规律以及应用

以热光型器件的热学模型和温度场解析表达式为基础,运用射线法．通过计算位于芯区不同子午面内的光线反射轨迹,对热光效应下光束经全内反射后展宽的原因和规律进行了分析,并且给出了具体光束展宽值的理论计算方法;设计了高反射率的全内反射型有机聚合物热光开关。在设计中应用所提出的规律,理论上计算出了具体的展宽波导宽度、芯区的掩埋深度、扩大的反射区宽度等结构参量。软件的模拟结果表明,该结构在反射态和直通态时的效率分别为82．6％和811．4％,串扰均大于30dB,并且对这些结构参量的模拟优化结果与理论计算结果基本一致。     

双S型光纤结构的传感特性

在剥除涂覆层的单模光纤上熔成两个间距为25mm的S型结构,构成双S型全光纤马赫-曾德干涉仪.入射光经过第一个S型结构时部分光被激发到包层,经过第二个S型结构时重新进入纤芯传播,S型结构中光纤的纤芯模和包层模耦合产生干涉.利用干涉光谱测量外界因素的响应并用于温度、折射率和微位移的测量.实验结果表明,温度、折射率和微位移的灵敏度分别为69pm/℃,132.64nm/RIU,-178pm/μm,且具有很好的线性度.该传感结构为全光纤结构,制作简单,易于实现且成本低.     

三层芯结构在单模大模场面积低弯曲损耗光纤中的应用和分析

研究并分析了一种采用三层芯结构的单模大模场面积低弯曲损耗光纤.纤芯由纤芯高折射率层、包层低折射率层和下陷低折射率层三层结构构成.系统地分析了三层芯光纤(three-layer-core fiber,TLF)中不同结构参数对基模模场面积及弯曲损耗的影响.研究表明,通过调整三层芯的结构参数,在不牺牲截止波长的前提下,这种TLF可以实现在增大基模有效面积(A_eff)的同时,将弯曲损耗降到更低.通过调整纤芯中三层芯的结构参量,A_eff可以达到100—330 μm²甚至更高.此外,在相同模场面积A_eff下,三层芯光纤的弯曲损耗可以比普通阶跃型光纤(SIF)要低2—4个数量级.分析表明这种大有效面积、低弯曲损耗三层芯单模光纤在宽带大容量传输、及大功率光纤激光器和放大器中具有重要的潜在应用价值.     

水下多层均匀材料的声特性

本文研究水和空气中由不同厚度的两层弹性板及消声橡胶共同组成的分层介质在斜入射时的声特性,并采用数值方法求解多层结构声场的线性方程组。得到反射,透射系数,当板的厚度远小于波长时,采用弹性薄壳振动模型和弹性波模型进行计算,它们的结果基本相同,但是薄壳振动模型更便于计算和理论分析;对系统反射系数和透射系数的计算结果表明,系统增加消声橡胶层后,极大地改变后射系数和透射系数的频率响应;频率升高,反射系数减小