散射大气对脉冲紫外光传输时间特性研究

介绍基于椭球坐标系的单次散射近似模型基础上,定量分析脉冲紫外光在散射大气中传输特性,具体讨论了传输距离及能见度等因素对脉冲紫外光传输特性的影响。最后开展了脉冲紫外光展宽初步实验研究,其实验结果与单次近似结果符合较好,从而指导了紫外光信息传输系统的设计工作。     

散射介质中多重散射太赫兹脉冲的时域统计特性

对散射介质中多重散射太赫兹脉冲的时域统计特性进行了分析.给出了时间延迟量取不同值时电场的概率分布、散射场强度及其概率分布、散射场实部和虚部的概率分布.由于脉冲的宽带特性及瞬间特性,多重散射场概率统计分布与不同时间延迟量有关,太赫兹脉冲多重散射场的统计特性分布是非平稳过程.     

周期排列的H-空气槽光学特性研究

利用电子束直写系统和反应离子束刻蚀的方法制作了周期性排列H-形空气槽.样品的参量:金膜的厚度为120nm,石英基底的厚度0.8mm(其中有5nm厚的铬层),样品是由30×30个单个H-形周期排列形成的,总体尺寸为40×40μm2.每个H-形之间的周期为1.1μm,H-形的臂长均为500nm,空气槽的宽度为120nm.然后用实验的方法测量了在近红外波段的透过曲线,在近红外波段1.6μm处的透过率约为16.3%,用传输矩阵的方法对H-形空气槽结构进行了理论模拟,实验与理论模拟结果吻合较好.随后研究了当入射光的偏振方向与H-形结构的长轴之间的夹角分别为0°、30°、45°、60°和90°时透过曲线的变化情况.通过实验和理论表明,表面等离子体在这种特殊的结构中仍然存在,并且在光的增强透过起着决定性的作用.     

阶梯槽交错双栅慢波结构高频特性理论和模拟

本文基于一种阶梯槽交错双栅周期慢波结构模型,获得了该结构中的电磁场分布公式.通过场匹配方法,求出了该结构的高频色散方程和耦合阻抗表达式.以W波段行波管用的阶梯槽交错双栅为例,利用本文公式和CST-MWS电磁软件比较计算了色散和耦合阻抗特性,分析了阶梯尺寸参数对高频特性(基模色散、+1次空间谐波归一化相速和耦合阻抗)的影响.结果表明,理论和CST-MWS软件模拟有很好的一致性;相对矩形交错双栅,改善了色散特性,拓展了基模带宽,同时具有足够大的耦合阻抗和适合工程应用的机械强度,在一定程度上可以弥补矩形交错双栅周期慢波结构的不足.     

周期排列的H-空气槽光学特性研究

利用电子束直写系统和反应离子束刻蚀的方法制作了周期性排列H-形空气槽.样品的参量：金膜的厚度为120 nm,石英基底的厚度0.8 mm（其中有5 nm厚的铬层）,样品是由30×30个单个H-形周期排列形成的,总体尺寸为40×40 μm2.每个H-形之间的周期为1.1 μm,H-形的臂长均为500 nm,空气槽的宽度为120 nm.然后用实验的方法测量了在近红外波段的透过曲线,在近红外波段1.6 μm处的透过率约为16.3%,用传输矩阵的方法对H-形空气槽结构进行了理论模拟,实验与理论模拟结果吻合较好.随后研究了当入射光的偏振方向与H-形结构的长轴之间的夹角分别为0°、30°、45°、60°和90°时透过曲线的变化情况.通过实验和理论表明,表面等离子体在这种特殊的结构中仍然存在,并且在光的增强透过起着决定性的作用.     

S—Ka频段电磁波在等离子体中传输特性的实验研究

在感应耦合等离子体风洞上开展了等离子体中电磁波传输特性实验研究,获得了不同频率电磁波在等离子体中的传输衰减.通过微波诊断技术,获得了等离子体射流的电子数密度和碰撞频率.通过矢量网络分析仪和标准增益天线组成的电磁波传输特性测试系统,获得了电磁波经过等离子体之后的衰减,研究了电子数密度范围7.0×10~(10)-1.0×10~(13)cm~(-3)、等离子体碰撞频率在109 Hz量级的等离子体对2.6—40 GHz不同频率电磁波传输特性的影响,分析了经典传输理论和薄层理论预测结果与实验结果的差异.该实验工作为等离子体中电磁波传输特性的理论研究和数值仿真提供了基础数据.     

电磁波在负折射材料填充的3层平板波导中的传播特性

从电磁场理论出发对负折射材料填充的3层平板波导的传播特性进行研究,并进行了数值计算,分析TE和TM波在平板中传播的性质,得到了电磁波的模式方程,与电磁波在右手材料填充的平板波导中的传播特性做了对比,考察了TE模式的能流密度,进行了归一化计算。结果分析表明：基模、一阶模不存在,且任何模式都存在一个截止厚度,随着厚度的增大,模式数量也增多;在一定的入射频率下,平板薄膜厚度趋向一定数值时,可以同时传播多种模式的波,并且入射波频率越高,波导同时存在多种模式的可能性越大;与右手材料相比,左手材料填充相同尺寸的3层平板波导可以传播更高能量的电磁波,导波效果更好。     

光在水中吸附膜层气泡上的散射特性

光在水中大尺度气泡上散射特性的研究多是基于Davis模型.该模型没有考虑到吸附膜层对光在气泡上散射的影响,而海水中的大多数气泡都有膜层附着,这些膜层会影响到气泡的光散射特性.本文从几何光学的角度出发,建立了吸附膜层气泡的体积散射函数简化公式.在此理论基础上,模拟计算了尺度远大于入射光波长的大气泡散射光强分布曲线,得出光照射下气泡上散射光强的远场特性,讨论了影响气泡散射光强分布的主要因素.并与无膜气泡光散射分布曲线比较,讨论了油膜膜厚、折射率等参量对气泡的光散射特性影响.得出结论:吸附膜层气泡的光强分布曲线与无膜气泡相似,但吸附膜层会削弱前向散射光,增强后向散射光.     

互注入锁定产生双波长可调谐光脉冲的实验研究

报道了两个增益开关调制的法布里-珀罗半导体激光器互注入锁定实验方案,可产生双波长可调谐光脉冲。该装置对两个结构基本相同的法布里珀罗半导体激光器做增益开关调制,产生多模光脉冲输出;然后利用两个光纤光栅作为滤波元件,通过调节可调谐光延迟线(VODL2),可使得双波长光脉冲在两个法布里-珀罗激光器之间相互注入锁定．从而在输出端得到高边模抑制比的双波长光脉冲输出。然后再通过应力作用在两个光纤光栅上以改变它们的反射波长和适当调整另一个可调谐光延迟线(VODLI)长度．可得到不同的双波长的光脉冲输出,而重复频率保持524．6MHz不变。在13．2nm调谐范围内边模抑制比高于25dB．系统稳定且波长调节方便。     

纵向运动双散射散斑场的动态特性研究

研究了慢纵向运动双散射散斑场的统计性质,得出纵向运动双散射散斑振幅自相关函数、强度涨落自相关函数,并由此得出,夫朗和费衍射区内的接收平在上任意点上的自相关函数是时间的非平稳随机过程,而在光轴附近小区域内,强度涨落自相关函数是时间的平稳随机过程,相关时间与散射体纵向运动速度或反比,理论和实验结果相一致。     

水雾包裹沙尘颗粒核壳结构的散射特性研究

基于离散偶极子近似法(DDA),对水雾包裹沙尘颗粒的核壳结构光学特性进行研究,计算了长短轴比例为2∶1的椭球形粒子的核壳结构内、外层厚度及散射角度变化对光散射特性的影响。结果表明,内核大小不变,外层厚度由1.2 μm增大到4.8 μm,核壳双层颗粒散射系数和消光系数由3.4和3.43降低到2.543和2.545,且散射相对强度也明显增大。外层厚度不变,内核厚度由0.6 μm增加到2.4 μm,散射系数和消光系数由3.105和3.111变化为2.76和2.9;可见外层厚度对核壳双层颗粒散射特性的影响更大,这是由于散射光主要与外层物质相互作用引起的。散射相对强度随波长的增加而降低,随核壳结构尺度的增加呈现递增的规律。该结果对大气中气溶胶和水雾共同作用时的散射特性,激光在其中的传输特性等研究有参考价值。     

再加热双脉冲激光诱导等离子体的时空演变特性研究

为了研究再加热双脉冲激光诱导击穿光谱(LIBS)对信号的增强机制,分别采用单脉冲LIBS和再加热双脉冲LIBS两种方式烧蚀合金钢样品产生等离子体,利用高分辨率的中阶梯光栅光谱仪采集等离子体发射光谱信号,同时用快速成像ICCD相机观测等离子体形态的变化,研究了两种烧蚀方式下等离子体的时空演变特性。通过比较两种烧蚀方式下等离子体产生初期光谱信号和图像的时间演变规律,发现再加热双脉冲LIBS提高了等离子体温度,且当信号采集延时等于再加热双脉冲的脉冲间隔时,等离子体温度的衰减速率发生变化;再加热双脉冲LIBS使等离子体图像强度增加,等离子体的中心区域高度和宽度分别增大了23.5%和15.1%。空间分布的研究结果表明,与单脉冲LIBS相比,当到样品表面的距离大于0.6 mm时,等离子体中的Fe Ⅱ和N Ⅰ谱线强度有较明显的增强,而Fe Ⅰ谱线在空间不同位置处的增强程度都较小,局部区域有减小的现象;再加热双脉冲LIBS使等离子体温度增加了约2 000 K,等离子体中产生了一个较大的高温区域。综合时空演变的实验结果说明再加热双脉冲对光谱信号增强的机制主要是由于第二束激光对第一束激光烧蚀样品产生的等离子体再次激发,使等离子体温度增加,进而引起等离子体辐射强度增加。     

超宽频带THz脉冲在随机散射介质中传播的理论研究

研究了超宽频带THz脉冲入射到散射介质中时其透射脉冲的时空特性.根据Mie理论计算出随机散射介质的散射系数和各向异性因子,用时间分辨Monte Carlo方法模拟了超宽频带的THz脉冲在随机散射介质中的传播,研究了在不同散射颗粒半径,不同频宽的THz入射脉冲对透射脉冲的影响和散射对成像分辨率的影响.结果表明:散射会降低THz脉冲在随机散射介质中的成像分辨率,散射颗粒越小,散射介质越厚,其成像分辨率越差.     

具有任意槽的矩形波导栅慢波结构高频特性的研究

将任意形状槽的连续轮廓近似用一系列相连的矩形阶梯近似，利用各阶梯面上导纳的匹配，以及槽与互作用区边界场的连续与匹配条件，获得了具有任意槽的矩形波导栅慢波结构的色散方程和耦合阻抗的表达式，并进行理论上的验证.加工制作了矩形槽波导栅模型，冷测表明理论值与测量值相吻合.分别求解几种特殊槽形矩形波导栅慢波结构的色散特性及耦合阻抗，其中，三角形结构的色散和耦合阻抗均最弱，而倒梯形结构色散最强，耦合阻抗最大. 关键词： 矩形波导栅 任意槽 色散特性 慢波结构     

Compton散射对等离子体中亚皮秒超高斯脉冲传输特性的影响

应用多光子非线性Compton散射模型、非线性薛定谔方程及龙格-库塔算法和变分法,研究了Compton散射对亚皮秒超高斯脉冲在等离子体传输的影响,给出了该脉冲传输演化的修正方程,并进行了数值计算,结果表明:与Compton散射前相比,Compton散射使脉宽压缩程度和非线性效应增大,脉冲展宽降低,非线性增强效应有效地削弱了色散效应;使脉宽趋于最大和最小时频率抖动,啁啾不为0;使超高斯脉冲振幅、啁啾和脉宽随传输距离增大振荡演化加快,频率和相位呈线性关系的抖动,脉冲中心位置呈准线性关系;Compton散射对超高斯脉冲保形传输有重要影响。     

包容性非球形气溶胶粒子的散射特性及其对激光传输的影响研究

针对局部地域大气气溶胶的生成、演化的特点,在分析典型对称结构的包容性非球形气溶胶粒子的形态学特征基础上,利用T矩阵法进行了椭球形粒子含非球形粒子的包容性粒子光散射特性计算和分析.以1 064nm波长激光传输为例分别计算了两种典型分布状况的包容性非球形粒子的散射相函数等散射特性,并针对稠密气溶胶大气路径上激光传输的多散射现象,利用蒙特卡罗方法进行了典型大气状况下包容性粒子多次散射对激光信号大气传输中脉冲展宽的应用分析,在传输3km和5km距离时多次散射效应造成激光脉冲峰值半宽分别为3μs和4μs左右.指出气溶胶的基本散射特性与粒子的形态学特征、尺度因子、化学成分及颗粒密度等有密切的关系,其散射特性对激光信号的大气传输具有明显的影响.     

同轴任意槽形周期圆波导慢波结构色散特性的研究

用阶梯近似的方法分析任意槽形加载的圆波导慢波系统，利用各阶梯相邻面的导纳匹配条件 以及中心互作用区与加载区的场匹配条件，获得了任意槽形加载周期慢波结构的统一色散方 程. 利用该色散方程，得到色散特性与CST MWS仿真软件模拟结果良好符合. 分别求解几种 特殊槽形加载慢波结构的色散特性及耦合阻抗，其中，三角形结构色散和耦合阻抗均最弱， 而倒梯形结构色散最强，耦合阻抗最大. 关键词： 任意槽形 慢波结构 色散特性 行波管     

单量子点在双脉冲激发下偏振光子发射的统计特性

用产生函数(generating function)方法对单个半导体量子点系统在外加双脉冲场作用下发射偏振(x偏振和y偏振)光子的统计性质进行了研究. 研究结果表明,量子相干对单量子点系统的吸收线型、Mandel参数Q与x偏振光子和y偏振光子之间的高阶交叉关联具有显著的影响. 关键词： 量子点 三能级体系 产生函数 双脉冲     

天鹅绒阴极产生的双脉冲强流相对论电子束特性实验研究

在时间分辨的模式下, 实验研究了天鹅绒阴极产生的双脉冲相对论强流电子束的束心运动、束包络和束的发射度. 在实验中, 电子束流强度和电子束心运动用电阻环进行测试, 而电子束和石英玻璃的相互作用产生的契仑科夫辐射用来给出电子束包络和发射度信息. 电子束和石英玻璃作用产生的契仑科夫辐射用1台8幅分幅相机记录. 实验结果表明, 天鹅绒阴极产生的相对论强流双脉冲电子束在束流大小、束心运动轨迹、束包络及束发射度等方面具有较好的一致性.     

脉冲模式非线性频率上转换的光子数量子统计特性研究

频率上转换技术在量子光学中的应用日益受到重视,而对脉冲模式的单光子水平的频率上转换的光子数量子统计和传递特性的理论研究还有待完善。在相互作用绘景下用三波混频方程重点讨论了时域上分别为连续相干光场和高斯脉冲相干光场的信号光和抽运光相互作用的非线性频率上转换过程中的光子数量子统计分布的保持和传递特性。结果表明在不同模式的信号光子和抽运光场相互作用下,非线性频率上转换过程可以传递和保持入射的信号光子的光子数量子统计分布特性,对于发展新型量子上转换器件和基于频率转换的量子操控器件有重要的参考意义。