基于全息成像技术构建任意的二维光晶格阵列

利用Gerchberg-Saxton算法生成任意的二维光晶格阵列的全息图,并且将全息图加载到液晶型空间光调制器上,然后将850 nm的激光照射到空间光调制器的液晶屏上,利用透镜的傅里叶变换特性,成功地显示或构建任意形状的二维光晶格阵列。将该系统应用到87Rb的冷原子实验中,成功俘获冷原子,这为接下来的单原子多量子位的量子模拟实验奠定了基础。     

外加电场调制二维六角位相阵列光分束器的研究

本文建立了外加电场调制二维六角位相阵列光分束器的倒格矢理论模型, 利用数值模拟方法开展了阵列光分束器的理论研究, 对可调位相差阵列光分束器进行了分析, 得到了不同分数泰伯距离以及外加电场条件下的光强分布图. 实验设计与制备了铌酸锂二维六角位相阵列光分束器, 并对其进行了Talbot衍射光分束实验研究, 当外加电压为0.5 kV(电场为1 kV/mm)时, 观测到了Talbot衍射光分束现象, 随着外加调制电场的增大, 其衍射光分束图像越清晰, 该实验结果和理论研究结果相符.     

量子理论新方法研究光的双缝衍射

用量子理论新方法研究光的双缝衍射实验现象,首先用光的量子理论计算光在缝中双缝衍射的波函数,再由基尔霍夫定律计算光的衍射波函数,由衍射强度正比于衍射波函数模方,从而得到光双缝衍射强度的解析式,把量子理论计算结果和经典电磁理论计算结果以及与实验数据三者进行比较,发现量子理论结果与实验数据符合更好,而经典电磁理论计算结果与实验有一定偏差.从而说明量子理论更能精确解释光的衍射现象.该方法还可进一步研究光的单缝、多缝以及光栅衍射的实验现象.     

基于图像动态光散射的二维纳米颗粒粒度测量

提出了一种基于图像动态光散射原理测量二维纳米颗粒粒度的新方法,称为平移转动-图像动态光散射(TR-IDLS)法。采用会聚的偏振高斯光束照射样品池中处于布朗运动的二维纳米粒子,分别采集纳米粒子的水平偏振散射光信号和垂直偏振散射光信号。根据两个偏振方向上散射光光强波动的时间相关函数,计算出纳米颗粒的平移和转动扩散系数的分布,进而从扩散系数中获得颗粒的长宽比、等效直径和厚度的分布。采用该方法测量了球形标准纳米颗粒和片状云母颗粒的粒径。采用电镜获得了片状云母颗粒的形状和等效直径,并与TR-IDLS方法的实验结果进行比较,验证了TR-IDLS方法的可行性。     

基于空间光调制器的三维相位全息图再现像优化

在现有的二维图像再现效果改善方法的基础上,对三维物体再现像质量提高的方法进行研究。基于衍射理论,分析了具有有限填充因子空间光调制器的栅格结构对重构图像质量的影响。编入双线性相位因子到纯相位全息图,使得有效光偏移中心光轴传播,让图像细节得到完整重构再现。然后迭加双会聚球面波相位因子,使得各再现像面与空间光调制器栅格结构引起的多级衍射光聚焦平面的位置进行分离,利用光阑和空间滤波器共同作用来消除高级衍射光以及零级光对重构图像质量的影响。搭建了基于LC-SLM的相位全息图光电再现系统用于实验验证。实验结果表明三维物体再现像质量得到明显的提高。     

纺织纤维光散射特性的模拟与实验

纺织纤维的光散射特性在纺织材料微观结构、光学性质以及无损检测中至关重要。利用纺织纤维各向异性的结构特点改进现有的角谱展开法,得到纺织纤维对倾斜入射平面波的散射以及表征其光散射特性的Mueller矩阵。采用蒙特卡罗算法模拟了平行棉纤维束对倾斜入射偏振光的多次散射,并对其计算结果进行了实验验证。结果表明理论计算和实验测量的散射光斑在形状特征、光强分布上均一致,从而验证了蒙特卡洛方法模拟纺织纤维光散射的正确性。结果同时也表明蒙特卡罗方法在纺织材料光传播特性的理论研究中具有重要的指导意义。     

理论预测晶体表面吸附二维原子岛的形状

提出了凝结势概念用以建立一种预测晶体表面吸附二维原子岛几何结构的理论方法.基于半经验相互作用势（SEAM势和OJ势）的计算表明,同相外延生长的二维原子岛在Cu和Ag的（111）面呈现正六边形结构, 而在Pt（111）面呈现截角三角形状;Cu和Ag的（100）面二维岛则形成正方形.这些理论预测均与实验观测结果一致.由于凝结势的计算不受原子数量的限制,该模型可普遍应用于预测各种表面二维原子岛形状. 关键词： 表面吸附 二维原子岛 量子点     

基于结构光投影的二维S变换轮廓术

S变换是一种集合了窗口傅里叶变换和小波变换优点的时频分析技术,目前一维S变换已成功应用于结构光投影的条纹相位解调中。由于二维S变换可以对图像在两个方向上进行时频分析,具有更优于一维S变换的分析和处理能力。为了完善S变换的条纹相位解调理论,将二维S变换方法引入到基于结构光投影的三维光学测量中,研究了二维S变换在条纹相位解调中的原理及应用,给出了详尽的理论分析,并同一维S变换结果进行了比较。模拟和实验都表明,在条纹图解相中,二维S变换比一维S变换提取的相位精度更高,即使在存在较严重噪声污染的情况下也表现出良好的可靠性,体现出二维S变换提取相位的优势。     

二维光子晶体提高C波段LED出光效率的研究

片上集成光源是未来光电子系统中光源发展的主要趋势,LED光源作为片上集成光源的主要缺点是其出光效率低,二维光子晶体是提高LED出光效率的有效手段。本工作设计了C波段LED的基本结构及参数,并采用时域有限差分法计算了不同阵列不同占空比的二维光子晶体能带结构,利用禁带理论选取提高C波段LED出光效率的最优二维光子晶体结构参数,结果表明三角排列空气孔二维光子晶体晶格常数a=500 nm且占空比R_p=0.44的光子晶体结构最优。     

应用于铯原子喷泉钟的二维磁光阱研制

理论模拟研究了二维磁光阱原子束流量与饱和蒸汽压、冷却光强、激光失谐量的关系, 构建了二维磁光阱(2D-MOT)装置, 实验上实现了大流量的慢速原子束, 其测量值为2.1× 10⁹/s.利用荧光法测量了各实验参数与流量的关系, 测量结果与数值模拟结果符合较好. 关键词： 2D-MOT 流量 慢速原子束 铯原子喷泉钟     

单轴晶体中光轴任意取向时寻常光与非常光间的离散

晶体器件（特别是非线性光学器件）的性能与晶体内o光与e光的离散有很大的关系。详细讨论了光在晶体表面折射时，对于任意光轴取向、任意入射角情况，如何确定o光与e光的离散。借助于转动晶体的方法，形象地描绘出e光相对o光的离散曲线。当入射角较大时，离散曲线的形状 随光轴取向变化很大：从简单的圆或椭圆到复杂的双闭合曲线。理论计算与实验结果很好地吻合。     

畴腐蚀掺镁铌酸锂可调阵列光分束器的研究

研究了不同畴腐蚀深度的掺镁铌酸锂二维六角可调阵列光分束器的分数Talbot效应.对不同Talbot分数β和不同畴腐蚀深度的阵列光分束器Talbot衍射像进行了数值模拟理论研究.模拟结果表明,Talbot分数β可以改变Talbot衍射像的周期及结构分布,而畴腐蚀深度可有效调制衍射像的光强分布.在理论研究的基础上,设计并制备了具有不同畴腐蚀深度的掺镁铌酸锂二维六角阵列光分束器,对其在不同Talbot分数β条件下的分数Talbot效应进行了通光实验研究,实现了畴腐蚀阵列光分束器对近场Talbot衍射光强分布的调制,实验结果与理论研究结果一致.     

同步辐射二维小角X光散射实验装置的建立与应用

与一维小角散射实验法相比,二维小角X光散射实验法可用于研究非球对称的体系,即可探测物质中取向体系的颗粒度(或孔径)的变化、颗粒(或孔)形状的变化等信息.介绍了北京同步辐射装置二维小角X光散射实验设备的建造及所建立的分析方法,并用于研究不同活化剂条件下制备出来的沥青基活性炭纤维中孔分布的变化,得到了炭纤维中的孔的平均体积随活化剂中NH3含量的降低而变大的结论.     

光抽运信号的理论分析

在原子辐射跃迁原理的基础上,依据光磁共振实验的基本实验现象建立简化模型,给出光抽运过程中跃迁速率方程,理论计算了光抽运信号光强随外场变化关系以及粒子跃迁弛豫时间随外场的变化关系,理论计算结果与实验符合.     

液晶调制光子晶体微腔光衰减器

设计了一种二维液晶调制光子晶体微腔光衰减器。两条二维三角晶格空气孔光子晶体波导由一个光子晶体微腔连接,在微腔的点缺陷中填充苯乙炔类液晶。通过施加不同电压,电场诱导液晶取向以改变液晶的折射率,从而改变光子晶体微腔的谐振波长,进而实现光传播强度调节。运用时域有限差分方法和平面波展开法分析了二维液晶调制光子晶体微腔光衰减器的光学特性。数值计算结果表明:对于1.55μm通信波段,通过外界电场控制所填充的向列相液晶的方向可以对这种二维液晶调制光子晶体微腔光衰减器实现3.40%～99.58%的可调谐光输出。     

一种独立于激发光脉冲参量的磷光寿命测量方法

脉冲法磷光寿命测量中，激发光脉冲参量（脉冲宽度和形状）、用于磷光强度衰减分析的起始时刻的选取是影响寿命计算准确度的关键因素。以线性时不变系统理论为依据，探讨了磷光强度衰减特性与激发光脉冲参量之间的关系，发现对于有限宽度的激发光，激发光脉冲消失之后的磷光强度衰减特性独立于激发光脉冲参量；选取激发光脉冲消失时刻作为磷光强度衰减分析的起始时刻，可获得准确的寿命计算。利用磷光探针氧卟啉（Oxy-PhorR2）标准试样做了针对性实验，实验结果验证了理论的正确性。     

FT-IR光谱结合曲线拟合与2D-IR光谱鉴别松茸

运用傅里叶变换红外(Fourier Transform Infrared,FT-IR)光谱结合二阶导数红外(Second-order Derivative Infrared,SD-IR)光谱、曲线拟合及二维相关红外(Two-Dimensional Correlation Infrared,2D-IR)光谱来区分松茸和姬松茸。结果显示:松茸和姬松茸的FT-IR光谱的总体特征基本相同;松茸与姬松茸SD-IR光谱在1650～750cm-1范围内吸收峰强度、位置、形状出现差异;曲线拟合结果显示松茸和姬松茸在1186～1000cm-1范围内子峰面积比例不同;2D-IR光谱在1666～1388cm-1和1120～918cm-1范围松茸和姬松茸的自动峰的数目和强度都有差别。实验结果表明,FTIR光谱结合2D-IR光谱、曲线拟合和SD-IR光谱能简单、快速、无损的区分松茸和姬松茸。     

环形HYLTE喷管耦合段及光腔区流场的数值模拟

参考传热学相关理论,估算燃烧室的传热损耗分数及相应的平衡温度,确定了主喷管的入口参数设置。在此基础上,对环形HYLTE喷管的耦合段及光腔区流场进行3维的数值模拟,给出了F原子质量分数、静温、静压的空间分布,得到了光腔区各支谱线的小信号增益系数变化曲线。将计算结果与实验结果进行比对,光谱测量结果及移动光轴实验证实了计算模型的合理性。     

基于光流法的气体排量计算模型研究及验证

针对污染气体监测系统中机动车尾气排量计算问题,提出了基于光流法的气体排量计算模型。该方法先通过红外相机获取多帧气体图像序列,再经过光流法处理得到气体羽流一段时间之内的光流速度场矩阵,最后与二维气体浓度图相结合处理得到气体瞬时排量。经过使用不同的光流法进行实验对比可知Farneback光流法在该模型中的适应性更好,能够得到更好的处理效果,该光流法计算得到的气体排量拟合度最大达到了93%,并且在保证处理精度的同时运算速度也优于Lucas-Kanade光流法和Horn-Schunck光流法,在低排放速度和高排放速度的气体排量计算中也有更好的稳定性。该方法为非接触式气体监测提供了新的思路。     

基于六角结构二维光子晶体绝对带隙的优化设计研究

根据平面波展开法对二维光子晶体的能带结构进行计算，采用栅格结构连接电介质圆柱体对六角结构的二维光子晶体进行了优化. 通过计算栅格宽度和圆柱体半径对绝对带隙的影响，找到了一组可以获得大带隙二维光子晶体结构的最佳参数.优化后的光子晶体的大带隙对光子晶体制造工艺中介质圆柱体半径的偏离具有很好的稳定性，因此该结构的二维光子晶体具有很高的实用性. 关键词： 光子晶体 绝对带隙 六角结构