铯原子汽室中光学厚度的实验测量与精确模拟EI北大核心CSCD

对铯原子汽室中不同能级和不同温度的原子在不同光强和不同偏振光作用下的光学厚度进行了实验测量。理论上通过建立每个塞曼子能级的速率方程,利用龙格-库塔算法求得了布居数随时间演化的数值解,从而得到了依赖于时间的吸收系数。考虑到原子热运动以及光束束宽对光学厚度的影响,利用数值积分得到了原子共振频率附近的平均吸收系数,进而利用比尔法对光通过铯原子汽室的透射曲线进行了精确的拟合,最终得到了实验系统中原子汽室光学厚度的精确值。理论分析和实验结果表明,随着温度的升高,光学厚度迅速增大;随着光强的增加,光学厚度略有变小。     

飞秒脉冲通过多层体光栅后的衍射光强分布

基于单层体光栅的耦合波理论和矩阵光学知识,推导出飞秒脉冲通过多层体光栅衍射后的耦合波方程,并由此得到衍射光强谱和瞬时衍射效率表达式.研究结果发现衍射光强谱和瞬时衍射光强分布是与多层体光栅的结构参量,如中间填充层厚度、光栅层厚度、光栅常量及体光栅材料的折射率调制度有关系的.通过调节这些参量,获得了不同形状和不同宽度的衍射脉冲.该结果可用于设计基于多层体光栅的光通信和光脉冲整形器件.     

高功率激光系统中非线性热像与模糊斑大小的关系

高功率激光系统中非线性热像的强度可能达到光学元件的损伤阈值,从而危及系统的安全运行。明确并避免引起最强热像大小的模糊斑,可以降低热像的破坏威胁。通过理论分析与数值模拟方法,研究了高功率激光系统中非线性热像光强与模糊斑大小的关系。根据角谱传输和Bespalov-Talanov小尺度自聚焦理论,推导出一定厚度非线性介质的热像光强表达式,得到了热像光强随模糊斑大小的变化规律,并用数值模拟结果进行了验证。结果表明,随着模糊斑尺寸的增大,热像光强先是单调增大,达到一最大值后单调下降;热像光强最大时对应的模糊斑大小基本上与由Bespalov-Talanov小尺度自聚焦理论决定的最快增长小尺度调制尺寸相同。     

光学双稳性的静态稳定度和光强稳定器

本文讨论了光学双稳态光强稳定器特性的物理量——静态稳定度S.据此分析了几种光学双稳态器件在稳态条件下输出光强的稳定性.指出对这种稳定性而言多光束干涉器件优于双光束干涉器件;非线性反馈优于线性反馈,尤以指数反馈为佳.本文还报道了具有指数反馈的电光混合光学双稳态光强稳定器的实验结果,获得了S(?)50的较高稳定度.实验结果与理论计算结果相符.     

基于自制暗箱测量光电效应中光强与光电流的关系

本文基于自制的“暗箱”实验装置,通过3种方法来验证光电流与光强的关系:一是通过控制光电管两端的电压研究不同光强下光电管两端的伏安特性曲线;二是通过在相同光强下改变光电管与光源的距离研究光电管的光电特性曲线;三是通过光强传感器直接测定光电流与光强的关系.以上3种方法的实验数据均通过PASCO平台进行实时采集和分析,获得了未达到饱和时光电流随光强增加而增大的实验结果.     

ICF靶面均匀照明二元光学器件的设计与研制

 采用不同的优化算法,设计了ICF均匀照明二元光学器件。提出了全局/局部联合搜索算法(GLUSA),对平面输入波获得了旁瓣小、光强均匀的设计结果。完成了16阶浮雕表面结构的位相板的试制加工,并利用光学CT法测量了焦斑光强分布,实验结果表明获得了较好的光强包络,但顶部均匀性还有待进一步提高。将单元器件扩展为阵列器件,增加了对输入光波畸变的宽容度。     

沙尘天气下激光信号的传输特性

以小角度近似为条件,利用逐级递归的方法推导了激光信号在沙尘天气下的辐射传输方程,得到了多次散射下的光强分布函数,以及波长和不对称因子对光强的影响。同时,通过比较不同散射相位函数及沙尘粒子的散射特性,采用了修正的TTHG(Two Term Henyey-Greenstein)散射相位函数,更加全面地反映了沙粒散射后光强的变化规律。研究结果表明,随着光学厚度的增加,散射光强呈现出先增大后减小的趋势,且多次散射的比重相比于单次散射而言逐渐增大。当散射次数超过3次以上时,接收光强的变化可以忽略不计。相对于Mie理论下的结果而言,采用小角度近似理论,从辐射传输的角度分析沙粒的散射特性误差更小,实现了准确描述沙尘天气下激光信号传输特性的目的。     

泵浦-探测实验影响因素的研究

结合泵浦-探测技术在材料非线性光学特性测量中的应用,介绍了影响泵浦-探测实验结果的几个因素,如样品厚度、样品距泵浦光会聚透镜焦点的距离、泵浦光强度等。通过40ps脉冲条件下的C60-甲苯溶液的实验结果证实了在满足薄样品近似条件下,使用厚一点的样品获得的泵浦-探测信号较大;样品放置距离泵浦光会聚透镜焦点较近时,泵浦-探测信号较大;在一定的泵浦光强范围内,泵浦光强度增大,泵浦-探测信号会随之增强。同时,对这几个因素影响实验结果的原因给与了简单解释。这些结论对于应用泵浦-探测技术探索材料非线性光学特性的物理本质具有实际的指导意义。     

实现冷原子(冷分子)囚禁的可控制光学双阱的产生及其实验研究

简单介绍了实现冷原子或冷分子囚禁的可控制光学双阱的实验方案，报道了二元π相位板的制作方法及其产生可控制光学双阱的实验结果.分析了光学双阱参数(如空间位置、双阱中心间距、相对光强分布等)与π相位板相位偏差的关系.从理论和实验上研究了由于二元π相位板的刻蚀厚度误差引起的光学双阱光强变化及其双阱到单阱的演化规律，得到了实验与理论基本一致的结果. 关键词： 二元相位板 可控制光学双阱 冷原子囚禁 冷分子囚禁     

光子扫描隧道显微镜光场模拟与分析

采用“分割光束”的方法模拟计算了光子扫描隧道显微镜样品表面近场光强。用平面波对一维结构光盘进行的初步计算结果表明其表面近场光强分布相当复杂，一般情况下近场光强分布并不能真实地描述表面结构，近场光强受到表面结构很强的调制，当针尖与样品间距增大时，光强分布上会迭加上一些微小的波动。光强分布和样品表面结构之间会产生位移，这可能影响利用扫描近场光学显微进行纳加工和定位，将数值计算结果与他人的实验结果进行了     

Estimation of the optical properties of seawater from measurements of exit radiance

An inverse analysis for simultaneous estimation of the radiation phase function, single scattering albedo and optical thickness in natural waters, from the knowledge of the exit radiance measurements, is presented. A forward and an inverse model are utilized in our analysis. The forward model uses an analytical discrete-ordinates method for solving the radiative transfer equation and the inverse model contains an algorithm for least-squares estimation that is iteratively solved for retrieving the desired optical properties. The experimental data are simulated with synthetic data corrupted with noise. The results show that the optical properties, with the exception of the optical thickness, can be recovered with high accuracy, even for data with up to 10% noise.     

动态系统可靠性仿真的五种蒙特卡罗方法

在动态可靠性系统仿真的统一描述基础上给出直接仿真方法、拟仿真方法、强迫转换方法、直接统计估计方法、加权统计估计方法的具体算法,并用[这五种方法计算Con/k/n:F系统的不可靠度,结果表明加权统计估计蒙特卡罗方法的效率最高。     

Effect of Superficial Tissue on Spatial Sensitivity Profile of Optical Brain Activity Measurement Evaluated by Direct Hybrid Monte Carlo-Diffusion Method

The light propagation in the brain is highly affected by the superficial tissues such as skin, skull and cerebrospinal fluid (CSF). The development of an adequate model to calculate light propagation in the head is very important for optical brain activity measurement. We developed a novel approach, the direct hybrid Monte Carlo-diffusion method (DHMDM), which can calculate light propagation in the three-dimensional head models including low scattering regions in which the light propagation does not obey either the diffusion approximation or the radiosity theory. The effect of thickness of the superficial tissue upon the spatial sensitivity profiles for optical brain activity measurement is evaluated by the DHMDM. The sensitivity to the brain activity decreases with increasing thickness of the superficial layer whilst the spatial decay of sensitivity on the brain surface depends little upon the thickness of the superficial layer.     

Statistical characteristics of the spatial structure of scattered radiation

Experimental results are given on the statistical characteristics of the spatial structure of scattered radiation as a function of the optical thickness and the number of scatterers. It is shown that the dispersion of the intensity fluctuations decreases with increase in the particle concentration in the scattering volume, and the correlation radius increases with increase in optical thickness. The dependence of the intensity-fluctuation dispersion on the scattering angle is obtained.Translated from Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Fizika, No. 12, pp. 44–47, December, 1978.Finally, it remains to thank Yu. A. Larionov, the head engineer of the Siberian Physicotechnical Institute, for assistance in the analysis of the experimental data.     

取向比对椭球气溶胶粒子散射特性的影响

利用T矩阵和离散坐标法研究了取向比对椭球粒子散射特性的影响, 计算了小尺度范围内椭球粒子的散射特征参量, 包括消光效率因子、不对称因子、单次散射反照率、散射相矩阵及双向反射函数(BRDF). 结果表明, 椭球粒子的散射特性与取向比密切相关, 粒子取向比会影响散射参量的振荡频率和振幅, 与球形粒子散射参量的相对差异也呈周期振荡趋势. 研究还发现, 某些特殊粒子尺寸的散射参量与粒子取向比基本无关. 在多次散射条件下, 分析不同取向比粒子群的BRDF随反射角和光学厚度的变化特性. 结果显示: 不同取向比粒子群的BRDF随反射角的变化趋势基本一致, 球形粒子群比非球形粒子群的BRDF曲线波动振幅更大; 球形-非球形粒子的BRDF相对差异随光学厚度和取向比的增大而减小, 随入射角的增大而增大.     

散射相函数对一维介质内辐射传递的影响规律

采用有限体积法研究了一维线性各向异性散射介质内散射相函数对辐射传递的影响规律.经与理论解、辐射元法、蒙特卡洛法计算结果比较表明,有限体积法的计算结果更可靠,且不同散射相函数的辐射换热系统中,其无因次热流之比与光学厚度之间存在某种单调变化的函数关系,利用该函数关系可以检验模型的准确度.     

How to measure the optical thickness of scattering particles from the phase delay of scattered waves: application to turbid samples

We present a method based on the optical theorem that yields absolute, calibration free estimates of the optical thickness of scattering particles. The thickness is determined from the phase delay of the zero angle scattered wave. It uses a heterodyne scattering scheme operating in the Raman-Nath approximation. The phase is determined by the position of Talbot-like modulations in the two dimensional power spectrum S(qx, qy) of the transmitted beam intensity distribution. The method is quite insensitive to multiple scattering. It is successfully tested to provide quantitative verification of the optical theorem. Exploratory tests on soft matter samples are reported to suggest its wide applicability to turbid samples.     

Reconstruction of the characteristics and determination of the parameters of a statistical surface roughness from light scattering data in an integrated waveguide in the presence of noise

A computer simulation is used to obtain the solution to the direct and inverse problems of the waveguide scattering of laser radiation by a stationary statistical surface roughness of the substrate of an integrated optical waveguide in the presence of additive or multiplicative white noise. It is shown that the procedure developed for processing far-field scattering data is capable of providing the necessary information on the statistical properties of the surface roughness even when the signal-to-noise ratio is very low (SNR≈1). For a given additive or multiplicative noise with SNR≥1, the proposed method allows one, in the model calculations, to reconstruct the autocorrelation function with an error within 50–80% when the roughness correlation interval varies from λ/50 to 10λ (correspondingly). In this case, the correlation interval can be determined with an error no greater than 10–30%, and an rms height of the order of 1–500 Å, with an error less than 5–15%.     

银薄膜对光学基底表面粗糙度及光散射的影响

为了研究金属银薄膜与光学基底表面粗糙度和光散射的关系,提出了通过对光学薄膜矢量散射公式积分来获得界面粗糙度完全相关模型和完全非相关模型下其表面的总反射散射的方法.理论计算了光学基底上两种模型在不同厚度银膜下的总反射散射和双向反射分布函数.结果表明,当沉积在光学基底上的银薄膜的厚度大于80 nm后,两种模型下计算的银薄膜的表面总反射散射都等于基底的总积分散射,银薄膜能较好地复现出基底的粗糙度轮廓.实验研究表明为了复现基底的粗糙度,银薄膜的最佳厚度应在80~160 nm之间.     

光在脂肪中传播效应的光谱学研究

本文以实验研究为基础，指出了当光线射入到猪的脂肪之后引起的背向散射与脂肪厚度密切相关，给出用这种方法实现人体皮脂无损检测的实验装置。此外还介绍了用数学模型处理这类问题的方法。