高斯光束在单轴挛晶界面上的反射与折射

给出了高斯光束入射到挛晶结构的电磁场分布,解出了反射系数和透射系数。根据晶体的色散关系解出了入射角、反射角和折射角关于晶体参量及波矢的方程,并根据角度方程给出了在一定参量下反射角和折射角关于入射角变化的关系图,以图示的方法显示了光束在界面处的异常性质。根据角度关系和反射、透射系数分析了异常光束在界面处能够出现二性折射、负反射、全透射和全反射等光束的奇特性质;分析了出现这些奇特性质对晶体参量和入射角所要求的条件。根据时间平均的能流密度公式,用数值模拟的方法给出了二性折射、全透射和全反射在特定参量下的高斯光束在挛晶内的能流密度分布图及当发生全反射时不同宽度光束在界面处关于入射角的古斯-亨兴(Goos-Hanchen)位移。     

斜入射时波片相位延迟和偏振像差的精确公式

在激光技术和偏光显微镜中常常在斜入射状态下使用波片，本文提出了一个波片相位延迟和偏振像差的精确公式。这一公式对于精确计算波片的调谐曲线和偏光显微镜的偏振像差十分重要。计算表明只要适当选择晶体的方位角，波片的相位延迟和偏振光的椭圆率随入射角的改变能减少到最小。     

考虑晶体应力情况下的单块非平面环形腔分析

简要分析了单块非平面环形腔单频激光器的基本原理,并采用琼斯矩阵计算了单块单向行波非平面环形腔内的本征偏振态。深入分析了磁场强度、输出面偏振反射系数、入射角、非平面角及腔内其它参量对各本征偏振态的损耗及两本征偏振态间损耗差的影响,并且指出如何选择各参量以降低本征偏振态的损耗且增大两本征偏振态间的损耗差。最后还通过计算晶体应力在两个本征偏振态方向引起的相位差,讨论了应力作用方向以及应力双折射系数对腔内本征偏振态的损耗和两本征偏振态间损耗差的影响。     

弹性波斜入射声子晶体的缺陷模及其转型

推导出弹性波斜入射固-固掺杂结构声子晶体的转移矩阵和透射系数公式.计算固-固掺杂结构声子晶体中弹性波的透射系数.得到当横波斜入射时,透射波中横波的缺陷模随着入射角的增大而减弱,横波向纵波的转型随着入射角的增大而增强.当纵波斜入射时,透射波中纵波的缺陷模随着入射角的增大而减弱,纵波向横波的转型随着入射角的增大而增强.     

分层有耗手征介质中斜入射电磁波的传播矩阵

根据相位匹配条件,推导了平面电磁波斜入射情形下分层有耗手征介质中本征波复数波矢量的实部和虚部,二者方向不同使得在介质中传播的本征波为非均匀平面波.然后通过波矢量实部确定了介质中本征波的折射角.最后根据边界条件和本征波场方程给出了分层有耗手征介质中斜入射电磁波的传播矩阵,该传播矩阵可用于解析分析任意入射角情形下分层手征介质的反射透射和电波传播特性.     

1维微波光子晶体频率选择性反射面

研究了一种由多层介质交替排列的1维微波光子晶体,应用传输矩阵法计算和分析了该结构周期数、波的入射角、介质的相对介电常数以及介质层厚度等对其频率选择特性的影响,并具体给出了一个可行的设计方案。所设计的频率选择表面在3.2~4.0 GHz频率范围内,反射系数大于0.99,在9.5~9.7 GHz频率范围内透射系数大于0.98。     

利用多个标准样品校准光谱椭圆偏振仪

光谱椭偏仪是常用的测量薄膜厚度及材料光学性质的仪器,其准确性主要由系统的校准过程确定。提出一种新的利用标准样品校准光谱椭偏仪的方法。该方法通过对多个已知厚度和已知材料特性的薄膜样品进行测量,利用测量得到的多个样品的傅里叶系数光谱与包含未知校准参数的理论光谱之间进行对比,通过最小二乘法拟合,回归求解出整个系统的未知校准参数,包括偏振器方位角,波片延迟,波片方位角和系统入射角等。将该方法的应用领域扩展到200~1000nm的宽光谱区域,并通过测量3~13nm的SiO2/Si薄膜样品,实验验证了该方法的有效性,准确性达到0.194nm。该方法相对于传统校准方法更加简单、快速。     

含单缺陷层的一维可调谐磁化等离子体光子晶体滤波特性研究

采用在等温近似的条件下,以等离子体的上升时间、温度和密度为可调谐参量,用磁化等离子体的分段线形电流密度卷积时域有限差分算法研究了含单一缺陷层的一维磁化等离子体光子晶体的滤波特性.以高斯脉冲为激励源,用算法公式得到的电磁波透射系数来讨论了等离子体上升时间、温度、等离子体层密度对其滤波特性的影响.结果表明,改变等离子体上升时间和等离子体层密度可以实现对滤波通道的调整.谐振频率不能通过改变温度进行调整.     

含单缺陷层的一维可调谐磁化等离子体光子晶体滤波特性研究

采用在等温近似的条件下,以等离子体的上升时间、温度和密度为可调谐参量,用磁化等离子体的分段线形电流密度卷积时域有限差分算法研究了含单一缺陷层的一维磁化等离子体光子晶体的滤波特性.以高斯脉冲为激励源,用算法公式得到的电磁波透射系数来讨论了等离子体上升时间、温度、等离子体层密度对其滤波特性的影响.结果表明,改变等离子体上升时间和等离子体层密度可以实现对滤波通道的调整.谐振频率不能通过改变温度进行调整.     

位相光栅衍射的矢量解法

采用矢量理论处理了多台阶位相光栅的衍射问题，用半数值的方法把微分方程转化成广义本征方程。在利用纵向边值关系作模式匹配时，引入了模式变换阵，反射系数阵和透射系数阵，从而获得了计算电磁场振幅系数阵的递推公式，最后求出任意偏振状态下各级透波和反射波的衍射效率。     

双锥光纤滤波器的研制

实验研究了熔锥条件对双锥光纤滤波器的影响。提出一个高斯模型，预测锥的几何形状。获得了窄带带通双锥光纤滤波器以及带阻中心波长分别为１３５ｎｍ和１５５９ｎｍ的带阻双锥光纤滤波器。     

Theoretical analysis on the change of Marple–Hess prism''s transmittance with incident angle

In order to study the change of Marple–Hess prism's transmittance with the incident angle, all parameters related to the prism are put in a mathematical model of three coaxials system. Using Fresnel formula and multiple-beam interference theory to study the interference's effect on the transmittance in detail, we deduce a precise transmittance formula. Through the theoretical calculation, the change of transmittance with azimuth angle and plane incident angle is periodical. The frequency and amplitude of the transmittance's fluctuation will increase with increase of plane incident angle's absolute value.     

马普-赫斯棱镜透射比随入射角变化的波动研究

为了研究马普-赫斯棱镜透射比的入射角效应,从实验上测出了其透射比随光的入射角波动的现象。将与棱镜有关的各个参量转化到三点共轴系统的数学模型中,采用了多光束干涉理论以及菲涅耳公式详细推导了由于空气隙的反射而产生的一级光束和其它级次光束的干涉作用对透射比的影响,得到了较为精确的光强透射比公式;对实验中光强透射比随平面入射角的连续变化而呈现出的一定的波动现象做了很好的理论解释;同时从理论上给出当平面入射角为定值时透射比随方位角变化的波动曲线,说明了光强透射比随方位角变化也是波动的,且波动频率和波动幅度均随平面入射角绝对值的增大而增大。     

入射角对偏光棱镜光强透射比的影响分析

标志激光偏光棱镜设计好坏的一个重要指标是棱镜的光强透射比,研究棱镜的光强透射比随入射角的变化有助于了解实验中光线非正入射时带来的光强损失。利用菲涅耳公式并考虑到多束光的干涉,得出了激光偏光棱镜的光强透射比公式,由该公式看出偏光棱镜的光强透射比与光束的入射角,胶合介质的折射率,入射波长,胶合层的厚度,入射面的方位及棱镜的结构角有关。通过对某些参数的合理设定,较系统地讨论了入射角对棱镜光能透射比的影响,得出了棱镜的光强透射比随入射角的变化规律。     

90°反射式相位延迟器的设计

铜蒸气激光反射镜在非正入射的时候 ,两个不同的偏振态之间会产生不同的相移。通过优化设计 ,在4 90～ 5 30nm之间p、s波获得了 90°的相移 ,同时也使反射率在 99 998%以上。Ag层的厚度对于相移不敏感 ,并且当其厚度大于一定值的时候 ,对反射率没有影响。根据误差分析 ,制备薄膜时其沉积速率精度控制在± 1%以下 ,在光谱范围内能达到± 15 2 8°的相移误差 ,相移均在 5 0 4nm处附近存在有一个收敛值。折射率的变化控制在± 1%以下 ,在光谱范围内能达到± 12 77°的相移误差。最外一层厚度变化± 1% ,其相移变化达到± 5 5°,2～ 5层和 9～ 16层对相移的影响也在 0 .5°之上 ,其余各层对相移影响非常的小。使用时的入射角控制在± 1°时 ,在光谱范围内能达到± 2 .86°的相移误差。在 5 30nm附近的波段对入射角不敏感。     

高光谱分辨率激光雷达鉴频器的设计与分析

提出了利用Fabry-Perot干涉仪的反射场实现高光谱分辨率激光雷达精细探测大气光学参量的新方法和思路.设计了高光谱分辨率的分光系统,并分析了干涉仪反射场的光谱透过特征曲线.结合高光谱激光雷达探测信号特征,讨论分析了谱分离比和瑞利信号透过率随反射率和腔长的变化曲线,同时结合误差传递公式,建立了仿真分析模型,讨论了回波光束发散角和入射角变化对激光雷达探测结果的影响.结果表明,所提出的Fabry-Perot干涉仪反射场可以实现高光谱分辨率激光雷达探测系统的精细分光,同时探测结果误差随回波光束发散角变化不敏感,控制发散角在10 mrad以内,入射角在1.5 mrad以内时,可以实现气溶胶光学参数廓线的高精度探测.     

光波p分量在单轴晶体表面反射和折射的相位特性

根据单轴晶体的双折射和双反射性质,通过数值计算研究了光轴在入射面内并与晶体界面成任意角时光波p分量在单轴晶体表面反射和折射的相位特性.结果表明,光轴取向对相位变化有较大影响,光从光疏各向同性介质射入单轴晶体时,光轴方向改变反射光p分量的相位突变点,但对折射光p分量相位无影响.光从光密各向同性介质射入单轴晶体未发生全反射时,光轴方向同时影响p分量反射光和折射光的相位突变|发生全反射后,光轴方向影响反射光p分量的相位变化曲线.从单轴晶体出射到光疏各向同性介质未发生全反射时,光轴方向改变反射光p分量的相位跃变规律,折射光p分量在光轴方向和晶面成小角度时在布儒斯特角附近发生相位突变|发生全反射后,反射光p分量的相位变化曲线随光轴方向的改变发生较大变化.     

超常介质中光轴任意取向时电磁波传播的反常现象研究

当电磁波的传输轴和各向异性超常介质的光轴成任意夹角时,发现在界面处可以产生反常全向全反射和反常负折射现象.导出了电磁波的入射角和能流折射角之间的函数关系,根据此关系可方便地选择合适的介电张量和磁导率张量,使特定入射角所对应的折射是正或是负.此外,发现当入射角小于某一角度时,尤其在垂直入射附近时,透射率最小甚至为零;基于这一特性,提出了一种新型的薄片型高通空间滤波器的构想,和传统的空间滤波系统相比,可以大大减少滤波系统的体积;这一特性也可用于构造空间低频反射器件. 关键词： 超常介质 各向异性 反常传播 空间滤波     

开放光路TDLAS气体检测系统光学接收组件设计

针对开放光路TDLAS(可调谐半导体激光吸收光谱技术)气体检测系统中,由于角反射器在生产及使用过程中表面光洁度下降及大气传输扰动造成回波信号入射方向与接收透镜光轴非严格平行,从而导致系统探测灵敏度下降的问题,分析回波信号与菲涅尔透镜光轴夹角不同时的汇聚点偏移量,设计了由圆锥体反射器和抛物面反射器组成的二次光学元件,并运用TracePro光学软件对其参数进行优化。在回波光线-6°~6°入射角偏差范围条件下对优化设计的光学接收组件进行聚光特性模拟。模拟结果表明:优化设计的光学接收组件接收角为4.9°,光学效率为78.24%,与单独菲涅尔透镜及菲涅尔透镜-复合抛物面聚光器(CPC)光学接收组件相比聚光性能明显提高,适用于实际检测过程。     

聚敛光下的Wollaston棱镜光强分束比研究

从棱镜的结构特点出发,利用折射定律和菲涅耳公式,推导了Wollaston棱镜对聚敛光的光强分束比随方位角的变化关系式。在入射角给定的情况下,分析了方位角对光强分束比的影响。结果表明:在入射角取定值时,方位角对光强分束比的影响基本呈二次曲线型变化;当方位角在160°～180°时,光强分束比最小。