热环境中的光传输与光学校正仿真

对折射率不均匀分布的窗口中的光线传输进行了分析,利用光线追迹得到的光程差再现了光波通过窗口后的波前图。通过研究图像获取和处理方法,提出了用相位互异散斑(PDS)技术进行图像补偿和校正由大气扰动造成的波前变形。结果表明,图像的清晰度和对比度得到了提高。     

自聚焦透镜组合光学系统的光线传输分析

本文导出了自聚焦透镜组合光学系统的光线传输方程,讨论了光线传输与自聚焦透焦透镜参数关系。对几种典型自聚焦透镜组合进行了计算、从而估计自聚焦透镜参数选择。     

强激光系统光束质量的非线性退化及补偿研究

为了在强激光非线性传输仿真中综合考虑系统像差等因素,提出了一种基于光线追迹的非线性介质光追方法,并编程实现了线性介质与非线性介质的混合建模。以三片式聚焦系统为例,在系统中加入KDP晶体作为非线性介质,仿真分析了不同激光功率密度下KDP晶体的非线性效应对光束质量的影响。仿真结果表明,当激光功率密度达到1.62×1010 W/cm2时,非线性效应会导致光束质量明显下降。在该仿真结果的基础上提出了在不改变焦面位置的情况下,将元件间隔作为补偿器进行系统优化的方法。优化结果表明,焦斑尺寸较优化前减小2.8μm,规范尺寸下的环围能量提高了16.2%,焦面处的光束质量得到显著改善。     

基于元胞自动机的气动光学光线追迹算法

对于含激波等大密度脉动结构气动光学流场,沿着直线路径对折射率积分会带来较大的光程误差.因此,数值求解光线方程进行光线追迹是必要的.与数值求解光线方程不同,元胞自动机(cellular automata,CA)通过给定光线位置和方向变换规则来模拟光线在介质中传输路径.本文基于已有的实验测量、数值仿真所获得的高超声速流场密度场数据,分别采用数值求解光线方程法和CA光线追迹算法进行光线追迹,进而得到光线出射流场后的光程差.结果表明, CA算法对于二维气动光学流场中光线追迹的适用性,且较数值求解光线方程方法具有更高的效率.     

高收集率反射镜系统象质的光线追迹分析

最近沃森研制了一种高收集率反射镜系统[Cytometry 10,681—688(1989)],用以提高弱荧光探测的灵敏度。反射镜系统由一个椭球面象镜和球面后反射镜组成。荧光辐射样品放置在椭球体的一个焦点上,象成在另一个焦点上。本文用PC光线追迹程序评价了这种几何结构的象质。通过分析证实该系统有较高的收集率,但象质较差。讨论了较差象质对单分子探测的影响。     

光线追迹在高能激光能量计系统设计中的应用北大核心CSCD

将光线追迹方法用于高能激光能量计的系统设计中。针对锥形腔激光能量计后向散射问题,使用光线追迹方法进行能量仿真模拟,并将其结果与理论计算结果进行对比,验证了该方法的可行性。同时将其应用于实际的高能激光能量计系统设计中。     

气动光学头罩光传输数值仿真

 气动热环境下光学头罩由于受气动热效应作用,其形状和光学性质都将发生改变,从而影响头罩内的光传输。建立气动光学头罩有限元分析模型,根据热光效应和弹光效应理论,对头罩的折射率场进行数值计算,采用四阶龙格-库塔法编制光线追迹程序对气动光学头罩内红外辐射光线传输进行了数值仿真,得到了头罩光学系统出射波面波像差和调制传递函数。研究结果表明：气动热环境下热光效应对光学头罩光传输的影响远比弹光效应大,且气动光学头罩成像质量受到气动热效应的影响严重下降,为了提高高速飞行器的制导精度,不能忽视气动热对头罩光传输的影响。     

正方形自聚焦透镜光线理论研究

针对正方形自聚焦透镜折射率分布特点,引入方向角概念,以平方律表征其折射率分布.从理论上研究了平方律折射率分布下正方形自聚焦透镜的光线轨迹方程,得到了子午光线表达式.结果表明,与传统径向自聚焦透镜相比,正方形自聚焦透镜的光线轨迹受光线入射方向角影响,会产生较大像差.得到了正方形自聚焦透镜数值孔径表达式,表明数值孔径并非常量,且与方向角密切相关.计算了中心轴上的最大数值孔径,方向角为0°时最小为0.405,方向角为45°时最大值0.5以上.     

基于锥形透镜的光线入射角度测量系统设计与研究

为测量光线入射角度,设计了一种基于锥形透镜的新型光线入射角度测量系统。利用光阑、锥形透镜和图像接收装置,获取待测光线通过光阑射入锥形透镜后经过多次的折射和反射,在图像接收装置上得到的复杂光斑图像,通过图像处理得到光斑图像特征信息,进而求解光线入射角度。采用锥形透镜的测量方案,角度测量范围可达80°,精度最高可达 (1×10?4)″。该方案结构简单、体积小且不需要进行繁琐的安装调试。与现有的单光点测量等方法相比,该方案中锥形透镜具有角度放大作用,可大幅度提高测量精度且具有大视场;图像传感器像素分辨率对测量结果影响较小,系统光通量大,容易获得较高的信噪比。     

多曲面槽式太阳能集热器的光线追踪分析

介绍了一种新型多曲面槽式太阳能聚光集热系统的工作原理,在计算机上进行三维建模,利用光学分析软件对该聚光集热系统安装平面型接收器和圆柱型接收器进行光线追迹分析,考察了接收器上的接收光束随入射光束角度的变化情况。通过追迹模拟,直观地再现了聚焦光线的分布、焦线宽度、偏心量和光线传输效率随入射偏角的变化。并对两种接收器类型产生...     

Self-compression of femtosecond pulses in argon with a power close to the self-focusing threshold

Self-compression of femtosecond pulses in noble gases with an input power close to the self-focusing threshold has been investigated experimentally and theoretically. It is demonstrated that either multiphoton ionization （MPI） or space-time focusing and self-steepening effects can induce pulse shortening, but they predominate at different beam intensities during the propagation. The latter effects play a key role in the final pulse self-compression. By choosing an appropriate focusing parameter, action distance of the space-time focusing and self-steepening effects can be lengthened, which can promote a shock pulse structure with a duration as short as two optical cycles. It is also found that, for our calculation cases in which an input pulse power is close to the self-focusing threshold, either group velocity dispersion （GVD） or multiphoton absorption （MPA） has a negligible influence on pulse characteristics in the propagation process.     

啁啾堆积脉冲传输过程中的小尺度自聚焦效应

 研究了啁啾堆积脉冲的时间精细结构与子脉冲带宽、相位、啁啾量等因素的关系。结果表明:随着子脉冲带宽的微小变化,啁啾堆积脉冲的峰值功率为相同输出能力窄带脉冲功率的1.5~3.0倍;当子脉冲间存在着随机相位扰动时,啁啾堆积的峰值功率约为相同输出能力窄带脉冲功率的3倍。建立了啁啾堆积脉冲的时空非线性传输放大模型,模拟得到堆积脉冲传输过程中的非线性增长因子,并与相同能量的窄带脉冲进行了比较,揭示了啁啾堆积脉冲在高功率激光装置中的传输放大过程中出现的一些新现象以及可能导致的后果。     

Instability analysis of Gaussian beam propagation in a nonlinear refractive index medium

In this paper, we use a thin filament two dimensional Gaussian beam to model the self-trapping filament. The instability of the propagation of a Gaussian beam through a nonlinear refractive index media is investigated, theoretically and numerically. Specifically, the small scale instability of the beam is examined. The numerical results show that the propagation of the two dimensional Gaussian beam presents one or more nonlinear focal points.      

一种自聚焦透镜的成像解

自聚焦锥透镜与圆柱透镜相比较，有其特殊之处。柱透镜在近轴平行光入射时，光线的振幅、相位、周期保持不变，而锥透镜的三者均发生变化，而且求解锥透镜的光线方程也比圆柱透镜复杂得多。本文推导了一个锥透镜的光线方程。可据此设计经过锥透镜后的光源大小，这在微系统照明中非常有用。     

高功率超高斯光束传输的非线性补偿研究

 分析了高功率超高斯光束在非线性介质中传播的基本理论,用分步傅里叶变换方法计算了10阶超高斯光束在非线性介质内的传输过程,最后采用具有负折射率系数的非线性介质作为补偿材料,对不同的补偿方式进行了对比分析。研究表明,四种补偿方式均可以大大减小光束的B积分,有效防止超高斯光束边缘的非线性增长,降低光束的小尺度自聚焦,同时选用后补偿作为最佳补偿方式。     

光束自聚焦的矢量理论研究

 基于矢量非傍轴非线性Schr-dinger方程,利用调制理论研究了光束的自聚焦特性,比较了非零电场散度项和非傍轴项在消除自聚焦崩塌方面的贡献。结果表明,引入两项之一都可使光束聚焦到一有限宽度后开始散焦,然后又自聚焦,如此作聚焦-散焦的周期性循环。但是,在光束自聚焦点附近,非零电场散度项的作用要强于非傍轴项。     

光束自聚焦的矢量理论研究

基于矢量非傍轴非线性Schr-dinger方程,利用调制理论研究了光束的自聚焦特性,比较了非零电场散度项和非傍轴项在消除自聚焦崩塌方面的贡献。结果表明,引入两项之一都可使光束聚焦到一有限宽度后开始散焦,然后又自聚焦,如此作聚焦-散焦的周期性循环。但是,在光束自聚焦点附近,非零电场散度项的作用要强于非傍轴项。     

Formation of elliptically polarized ring-shaped electric field structures on the self-focusing of light in an isotropic medium featuring a spatially disperse nonlinearity

The possibility is demonstrated that the self-focusing of an elliptically polarized beam in a medium featuring a spatially disperse cubic nonlinearity can give rise to several radially symmetric ring-shaped regions of the same sense of rotation (right or left) of the electric-field vector in the cross-section of the beam. The formation dynamics and propagation features of such electric field structures are studied for various parameters of the incident radiation and nonlinear medium.     

Compton散射对短脉冲强激光在次临界等离子体中自聚焦的影响

应用相对论理论和多光子非线性Compton散射模型,研究了Compton散射对短脉冲强激光在次临界等离子体中自聚焦的影响,提出了将入射光和Compton散射光作为形成激光自聚焦的新机制,给出了三级电流密度满足的修正方程,并进行了数值模拟。结果表明,相对论效应使等离子体中的短脉冲强激光自聚焦趋势减缓,而散射则加速了自聚焦的发展,总自聚焦趋势比无相对论时来得快一些,主要原因是由于散射光和入射光形成的耦合光频率较入射光频率增大,散射效应补偿了因相对论效应引起的自聚焦减缓效应的缘故。     

Lie-optics, geometrical phase and nonlinear dynamics of self-focusing and soliton evolution in a plasma

It is useful to state propagation laws for a self-focusing laser beam or a soliton in group-theoretical form to be called Lie-optical form for being able to predict self-focusing dynamics conveniently and amongst other things, the geometrical phase. It is shown that the propagation of the gaussian laser beam is governed by a rotation group in a non-absorbing medium and by the Lorentz group in an absorbing medium if the additional symmetry of paraxial propagation is imposed on the laser beam. This latter symmetry, however, needs care in its implementation because the electromagnetic wave of the laser sees a different refractive index profile than the laboratory observer in this approximation. It is explained how to estimate this non-Taylor paraxial power series approximation. The group theoretical laws so-stated are used to predict the geometrical or Berry phase of the laser beam by a technique developed by one of us elsewhere. The group-theoretical Lie-optic (or ABCD) laws are also useful in predicting the laser behavior in a more complex optical arrangement like in a laser cavity etc. The nonlinear dynamical consequences of these laws for long distance (or time) predictions are also dealt with. Ergodic dynamics of an ensemble of laser beams on the torus during absorptionless self-focusing is discussed in this context. From the point of view of new physics concepts, we introduce a stroboscopic invariant torus and a stroboscopic generating function in classical mechanics that is useful for long-distance predictions of absorptionless self-focusing.