基于单一元件产生太赫兹无衍射波束技术研究

提出了一种新型的光学元件,可以产生与元件具有一定距离的无衍射波束。普通轴棱锥的横截面为等腰三角形,通过在两个腰上限定抛物线进行元件设计,采用3D打印技术制作了不同结构参数的光学元件。角谱理论的仿真计算结果以及在0.1 THz频率下进行的实验结果,都清晰地表明了产生的无衍射波束与元件之间具有一定距离。利用空间频谱对元件的波束行为进行分析,结果表明,该元件产生了一种新型的无衍射波束,根据元件的空频形状,将元件产生的无衍射波束命名为“梳状空频无衍射波束”。     

以高斯波束为探针的太赫兹叠层成像系统

为了改进传统叠层成像系统探测距离较近,探针波束难以被有效利用的缺点,提出了基于聚焦高斯波束的太赫兹叠层成像实验系统.基于叠层成像原理,使用角谱传输理论,用聚焦的高斯波束替代传统小孔产生的衍射波束,通过计算机仿真实验验证这种替代的可行性,完成了相应的成像实验.结果表明,在0.1 THz波段采用聚焦的高斯波束进行太赫兹叠层...     

基于超表面的多波束多模态太赫兹涡旋波产生

太赫兹涡旋波束可以被用于高速通信及高分辨率成像,其产生方式近年来受到了越来越多的关注.本文提出了一种反射型超表面,它可以在太赫兹频段产生四种不同模态的涡旋波束.超表面单元结构基于几何相位原理,由三层结构组成,上下两层为金属结构,中间层为介质,其上层金属结构由圆环及椭圆贴片构成.利用几何相位对圆极化波的调控作用,可以实现...     

微结构芯大模场平顶光纤及其传输特性分析

通过在纤芯引入非均匀分布的高折射率介质柱, 获得了大模场面积、平顶型模场分布的新型微结构光纤. 运用数值仿真, 分析了光纤在不同的结构参数下的模场面积、基模模场分布等特性. 研究结果表明: 通过合理设计光纤的包层和纤芯参数, 可以实现有效的平顶模场分布. 在工作波长为1064nm时, 平顶光纤的基模模场面积可以达到1655μm². 关键词： 大模场面积 平顶光纤 微结构芯 数值仿真     

锥形太赫兹量子级联激光器输出功率与光束特性研究

针对锥形太赫兹量子级联激光器, 利用有限差分波束传播法和速率方程法, 建立了准三维的太赫兹有源器件仿真模型, 能够对具有轴向非线性波导结构的激光器进行模拟. 利用此模型, 研究了锥角大小对激光器输出光功率及光束质量的影响. 仿真结果表明, 考虑到器件之间的光耦合效率, 为了达到最大的有效输出光功率, 锥形太赫兹量子级联激光器的锥角存在一个最优值.     

金属目标对贝塞尔涡旋波束的近场电磁散射特性

相较于平面波,贝塞尔涡旋旋波束作为典型的涡旋旋波束,以其携带轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)、无衍射、自重建的特性,使其在雷达检测、目标识别与成像等领域具有更加显著的竞争力.本文根据物理光学法和三角形面片建模,并结合贝塞尔涡旋波束的角谱展开法,导出了贝塞尔涡旋波束入射到任意金属目标的散射近场表达式,通过与FEKO软件仿真结果对比验证了本文方法的正确性.数值计算了简单和组合目标的散射近场的幅相和OAM分布以及雷达散射截面(radar cross section,RCS),分析了波束参数、接收面的距离和目标偏移波束距离等因素的影响.结果表明贝塞尔涡旋波束照射下的目标的近场幅相和OAM扰动与多种因素相关,这为进一步利用近场散射特征获得更多的目标信息奠定了基础.     

太赫兹多波束调控反射编码超表面

已报道的大多数编码超表面仅利用相位或幅度编码进行电磁波调控,限制了太赫兹波调控灵活性.本文提出了一种反射超表面单元,通过相位编码构造超表面,在圆极化波入射下获得反射波束分裂和偏转功能,实现对圆极化波束的灵活调控;同一超表面单元结构利用幅度编码构造超表面在线极化太赫兹波入射下,实现空间成像功能.通过相位编码和幅度编码结合构造超表面,提高了对太赫兹波操控的灵活性,该编码超表面构造思路可以为太赫兹器件设计提供一种全新思路.     

大粒子对高斯波束散射的数值模拟

基于广义米氏理论，精确的求解了球形粒子对高斯波束和平面波的散射，采用Matlab编程， 改进了计算方法，所能够计算的粒子的尺寸参数已突破80000. 给出了平面波与高斯波入射 时，均匀粒子以及镀层粒子的散射分布，比较了吸收粒子和非吸收粒子散射分布. 关键词： 广义米氏理论 高斯波束 光散射 波束因子     

大角度波束扫描的宽带平面阵研究

本文中介绍了一个可以实现大角度波束扫描的宽带平面声基阵,设计了纵向振动与换能器前盖板弯曲振动相复合的宽带换能器作为基元,保证了基阵具有较好的宽带性能。针对基元的自然指向性难以满足平面阵进行大角度波束扫描的要求,本文中采用通道型橡胶反声障板技术来拓宽阵上换能器的单元指向性,从而实现平面声基阵的大角度、宽带波束扫描。在有限元和边界元进行优化设计的基础上,制作了实验样阵。测试数据表明:在工作频段内换能器响应起伏不超过3 dB,12 kHz时阵上基元指向性达到了140°,基阵-3 dB波束覆盖范围可以达到144.4°,最大旁瓣不超过30%。     

盐酸克伦特罗的太赫兹光谱研究

应用太赫兹时域光谱技术获取了盐酸克伦特罗在0.2～2.6 THz波段的光谱特征,并计算获得了盐酸克伦特罗在室温下的折射率谱和吸收谱.分别理论计算了克伦特罗分子、盐酸克伦特罗分子和盐酸克伦特罗晶体的振动频率.根据理论计算和实验光谱的对比,对盐酸克伦特罗的THz特征吸收峰进行了分析指认.实验结果显示,基于固体仿真的方法能够...     

平顶光束和平顶涡旋光束对金属瑞利粒子的光学俘获

使用聚焦平顶光束和平顶涡旋光束,以金为例,对金属瑞利粒子辐射力和俘获稳定性进行了分析,着重研究了拓扑电荷和光束阶数对辐射力的影响。结果表明,随着拓扑电荷和光束阶数的增大,最大光强和辐射力随之减小;平顶光束可以俘获金瑞利粒子,俘获微粒的牢固性和俘获范围随着光束阶数增大而减小,而平顶涡旋光束的梯度力不能作为回复力,因此不能俘获。最后,还讨论了不同光强分布下,俘获金属瑞利粒子时复介电常数需满足的必要条件。     

平顶光束和平顶涡旋光束对金属瑞利粒子的光学俘获

 使用聚焦平顶光束和平顶涡旋光束,以金为例,对金属瑞利粒子辐射力和俘获稳定性进行了分析,着重研究了拓扑电荷和光束阶数对辐射力的影响。结果表明,随着拓扑电荷和光束阶数的增大,最大光强和辐射力随之减小;平顶光束可以俘获金瑞利粒子,俘获微粒的牢固性和俘获范围随着光束阶数增大而减小,而平顶涡旋光束的梯度力不能作为回复力,因此不能俘获。最后,还讨论了不同光强分布下,俘获金属瑞利粒子时复介电常数需满足的必要条件。     

Paraxial propagation of partially coherent flat-topped beam

The propagation of flat-topped beam passing through a paraxial optical ABCD system is extended to partially coherent case and has been studied in detail. Based on Wigner distribution function (WDF), the irradiance distribution of partially coherent flat-topped beam is derived. Furthermore, two propagation parameters, such as M²-factor and Power in Bucket (PIB) are illustrated analytically and numerically.     

Average transmittance of flat-topped beam in non-Kolmogorov medium

The average transmittance of flat-topped beam in non-Kolmogorov turbulence is investigated at the receiver origin. The formulation is based on the extended Huygens–Fresnel principle and the evaluations are made by numerical integration. It is found that as the power-law exponent, structure constant, propagation distance, source size and the degree of flatness of the flat-topped beam increase, the on-axis transmittance decreases. Transmittance decrease is substantial for high power-law exponent values and in strong turbulent regime. Increase in the wavelength of the flat-topped beam causes the average transmittance to increase.     

Experimental generation of a partially coherent flat-topped beam

An efficient optical system is proposed to generate a partially coherent flat-topped (FT) beam theoretically. Furthermore, we report the experimental generation of a partially coherent FT beam based on the proposed optical system. The intensity distribution and the modulus of the square of the spectral degree of coherence of the generated partially coherent FT beam are measured. The experimental results are consistent with the theoretical results.     

Propagation of elliptical flat-topped beam in spatial-frequency domain

Based on a tensor method, the propagation formulae of elliptical flat-topped beam through aligned and misaligned optical systems in spatial-frequency domain are derived analytically. The derived formulae provide a powerful tool for treating the propagation and transformation of elliptical flat-topped beam through complex optical systems in spatial-frequency domain. As a numerical example, the propagation properties of elliptical flat-topped Gaussian beam in free space are studied in spatial-frequency domain.     

大气湍流对部分相干平顶高斯光束的影响

采用相屏近似处理方法对激光通过湍流大气的传输进行了数值模拟。从数值模拟的结果拟合出两个公式：一是通过湍流前后部分相干平顶高斯光束的束宽平方比随阶数、传输距离和湍流强度的变化关系式;一是通过湍流后的相干长度随初始光束相干长度、湍流相干长度的变化关系式。研究发现：部分相干平顶高斯光束分解为相互独立的厄米-高斯光束的叠加;相干性越差的光束受到湍流的影响程度就越小;湍流对光束传输的影响与光束自身相干特性对其传输的影响之间是不相关的。     

Modified pinhole spatial filter producing a clean flat-topped beam

The expanded beam from a laser has a sharply peaked intensity profile. As a result, in many applications where uniform illumination of an extended field is required, it is only possible to use the central part of the beam. We show that if the pinhole normally used to spatially filter the beam is replaced by an annular phase mask, it should be possible to obtain a clean beam providing very nearly uniform illumination over an extended area, with a minimal loss of light.     

大气湍流对部分相干平顶高斯光束的影响

采用相屏近似处理方法对激光通过湍流大气的传输进行了数值模拟。从数值模拟的结果拟合出两个公式:一是通过湍流前后部分相干平顶高斯光束的束宽平方比随阶数、传输距离和湍流强度的变化关系式;一是通过湍流后的相干长度随初始光束相干长度、湍流相干长度的变化关系式。研究发现:部分相干平顶高斯光束分解为相互独立的厄米-高斯光束的叠加;相干性越差的光束受到湍流的影响程度就越小;湍流对光束传输的影响与光束自身相干特性对其传输的影响之间是不相关的。     

Enhanced sensitivity of Z-scan technique by use of flat-topped beam

Based on the Huygens–Fresnel diffraction integral method, we report a theoretical investigation on the closed-aperture Z-scan technique by using the flat-topped beam. The sensitivity of the flat-topped beam Z-scan technique, which can be enhanced with the increase of the flatness order N for the flat-topped beam, is greatly higher than of the Gaussian beam. Some salient characteristics of the flat-topped beam Z-scan traces are addressed. The flat-topped beam Z-scan technique for characterizing the instantaneous nonlinearity is also presented.