几何光学的现代理论—光线力学

本文介绍了几何光学的最新发展，系统论述了经典光线力学和量子光线力学的基本概念，讨论了光线力学对传统几何光学和波动光学的影响及其发展前景．     

压缩的光线和引力波

一种在高精度光学测量中降低啄声的方法将很快用于引力波的探测，探测引力波的最有希望的途径是观测引力波在探测器中（如激光干涉仪引力波观测站）悬挂着的镜子上的细微的效应．     

离轴光线对电光晶体退偏的影响

 对离轴光线通过电光晶体时产生的退偏情况作了理论和实验研究。理论计算表明：当晶体厚度一定时，退偏损耗在一定范围内随离轴角度的增加而增加，随着入射光偏振方向偏离竖直方向的增大而增大。采用厚度为10mm的KDP晶体，实验测试了入射光偏振方向在竖直方向以及同竖直方向成45°时的退偏损耗。实验结果与理论计算的结果符合较好。     

离轴光线对电光晶体退偏的影响

对离轴光线通过电光晶体时产生的退偏情况作了理论和实验研究。理论计算表明：当晶体厚度一定时,退偏损耗在一定范围内随离轴角度的增加而增加,随着入射光偏振方向偏离竖直方向的增大而增大。采用厚度为10mm的KDP晶体,实验测试了入射光偏振方向在竖直方向以及同竖直方向成45°时的退偏损耗。实验结果与理论计算的结果符合较好。     

Post-post-Newtonian deflection of light ray multiple systems with PPN parameters

The post-Newtonian scheme in multiple systems with post-Newtonian parameters presented by Klioner and Soffel is extended to the post-post-Newtonian （PPN） order for light propagation problem in the solar system. Under considering the solar system experiment requirement, a new parameter ε is introduced. This extension does not change the virtue of the scheme on the linear partial differential equations of the potential and vector potential mentioned in previous work. Furthermore, this extension is based on the former work done by Richter and Matzner in one global system theory. As an application, we also consider the deflection of light ray in the global coordinates. And the deflection angle of light ray is obtained with post-Newtonian parameters.     

单轴晶体和各向同性介质交界面上e光光线的折射

根据光在各向异性介质中遵从的Ｆｅｒｍａｔ 原理,较系统地讨论了单轴晶体和各向同性介质交界面上的ｅ 光（ 非常光） 光线的折射,得到了光轴在任意取向情况下的折射基本公式。同时给出一般情况下确定ｅ 光线折射角的具体解。在此基础上对几种特殊的光轴取向给予了较详细的讨论。最后讨论了ｅ 光线的折射公式与ｅ 光波法线的折射定律的等价性,从而说明Ｆｅｒｍａｔ 原理与光的电磁波理论存在内在的一致性。     

基于区域分解和逐级光线分裂的杂散光分析

针对蒙特卡罗法运算量大的问题,通过引入区域分解和逐级光线分裂技术,减少杂散光线与表面交点求解时所涉及的表面数及跟踪光线数,降低计算量.区域分解时,考虑子区域与表面数的匹配关系;并基于杂散光传播过程的模拟信息,逐级确定光线分裂倍数.以大衰减比抑制结构和多传感器系统为例,进行杂散光分析.结果表明,对复杂系统杂散光传播的蒙特卡罗法模拟,应用区域分解和逐级光线分裂技术,可以在保持计算精度的前提下,有效地提高计算效率.     

爱因斯坦:试图统一电磁力和引力未能如愿(Ⅰ)

在牛顿统一了天上力和地上力、麦克斯韦尔统一了电力和磁力之后,电力的库仑公式和磁力的安培公式与牛顿万有引力公式在数学形式上的相似,使人很容易联想到电磁力与引力的统一。爱因斯坦,在1905年创立狭义相对论、1915年创立广义相对论分别改进和完善了麦克斯韦电磁理论和牛顿引力理论之后,试图统一电磁力和引力,花费了后半生近30年的时光去建立统一场论,但至死未能如愿。本讲,我们先介绍爱因斯坦生平;然后介绍他的成功之作:狭义和广义相对论;最后介绍未能完成的统一场论。     

基于子曲面分割和迭代的自由曲面光线追迹方法

根据光学自由曲面数学描述复杂,但面形较为平滑的特点,提出一种新的基于子曲面分割和迭代的自由曲面光线追迹方法。通过离散点分割形成子曲面阵列,根据三角形内角和定理确定目标子曲面,对目标子曲面进行切平面迭代完成光线追迹。通过数值仿真,采用所提方法分别对偶次非球面、双圆锥曲面、扩展多项式面和单透镜无像散系统进行光线追迹,并与ZEMAX追迹结果进行比对。结果表明:该方法在离散点采样密度很低的情况下（降低了计算机的内存消耗和运算时间）仍然可以保证光线追迹的精确性,与ZEMAX中光线和自由曲面交点的偏差达到10-3（nm）量级,出射光线角度的偏差达到10-3（）量级。     

哈勃参数对Robertson-McVittie时空中光线轨道的影响和雷达回波延迟修正

采用后牛顿近似计算方法讨论了哈勃参数H(t)对Robertson-McVittie时空中电磁波传播的后牛顿影响.对于光线的偏转实验,同时考虑了光源和接收点的有限距离(d1,d2)对偏转角度的影响,计算给出了哈勃参数H0对偏转角度的最大修正.对于雷达回波的延迟效应,给出了哈勃参数对时间延迟公式的最大修正.该工作利用经典引力实验考虑宇宙膨胀对电磁波传播的后牛顿影响,可为当前的高精度空间引力实验提供理论参考.     

平面掩埋式半圆柱梯折棒的光线轨迹和聚焦特性

本文从光线方程出发，详细讨论了平面掩埋式半圆柱梯折棒的近轴光学特性，得到了光线轨迹方程和成像矩阵。并对高斯参量进行了理论分析，分析结果与实验数据符合很好。     

一种类锥形梯度折射率纤维的光线传播特性和近轴成象研究

本文研究了一种类锥形梯度折射率纤维的光线传播特性和近轴成象规律。光在这种类锥形纤维中的传播具有变幅值和变周期的振荡特征,文中从光线轨迹的近似解析式出发,导出高斯光学公式,并讨论了结果的适用性。研究表明,类锥形梯度折射率纤维与在光学特性上锥形梯度折射率纤维十分类似,它们都可望成为微型光学和激光装置的重要新元件。     

引力波和引力透镜

 引力是物质世界的一种客观属性。大科学家牛顿以精确的数字形式表达了万有引力定律,建立了人类对引力认识的第一座里程碑。后来,牛顿引力理论对解释一些天体物理问题却遇到了困难。爱因斯坦于1916年提出了著名的广义相对论,其中预言宇宙中存在着“引力波”。引力波即引力的波动,它与引力的强弱变化有关。引力波可由加速运行的物质产生,其传播速度应等于光速。在理论上,任何运动的物质都会产生引力波。比如,如果你把一只台球悬挂起来,使它像打秋千似的荡来荡去,当它荡到比较靠近你时,其引力作用比离你较远时更为大些,就形成引力波。换句话说,球的摆动,使它的引力发生一种像波那样起伏的变化。     

三人热力学偏导数│эU／эn│S.V,│эH／эn│S,p和│эF／эn│T.V等于系

对三个热力学偏导数（эＵ／эｎ）Ｓ．Ｖ（эＨ／эｎ）Ｓ．ｐ和（эＦ／эｎ）Ｔ．Ｖ等于系统化学势给出了又一种证明方法。     

光学优化设计中一阶和二阶偏导数的解析求法

以复合函数的微分法则为基础,提出了光学设计中目标函数对结构参数一阶和二阶偏导数解析求导的方法,给出了相应的推导过程和计算实例。     

引力波探测的现状和意义

 引力波是广义相对论的一个理论预言。1916年爱因斯坦创立广义相对论,揭示了一个全新的时空观念:时间和空间并非绝对和独立地存在,它们是相互联系的,由物质分布和运动所决定的属性。在时空中运动的物质,其轨迹由时空曲率决定。这种时空结构的几何化概念,对引力的本质提出全新的解释,是一种新的引力理论。一、引力波是变化着的4维时空曲率的传播物质的引力场是一种无需介质的广延场,与电磁场相类比:电荷的加速运动能辐射电磁波,那么,理论上物质的运动也辐射引力波。爱因斯坦在引力场方程的弱场近似解中得到平面引力波辐射的结论。近代其他引力理论也得出存在引力波的预言。     

量子线,量子点和它们的激光器

介绍了半导体量子线、量子点的自组织生长法和掩膜表面选择局部生长法，讨论了量子线、量子点激光器的优点以及遇到的问题，指出了大小均匀性是实现量子线、量子点激光器的主要障碍．