全反射现象及其在集成光学中的应用

当光从光密介质nl射向光疏介质n2(n1>n2),入射角θ1。逐渐增大到临界角θc=arc sinn2/n1时,继续增大θl,使θ1>θc,光线将全部被反射回入射光所在的介质,此时,光疏介质中完全没有折射光产生.这就是我们所熟知的光的全反射现象. 全反射是一种普通常见的光学现象.由于全反射时,入射光的全部能量完全被反射而没有折射损失,所以许多光学仪器都利用全反射来改变光线的传播方向和使象倒转;在新兴的光学领域──纤维光学和集成光学中也利用全反射来传导光能量. 然而,全反射现象的实际过程是相当复杂的,远非几何光学中所描述的那么简单.尽管全反射时…     

基于相移偏折法的高反射表面面形测量技术

利用单相机所采集的图像实现了对光滑高反射表面面形的直接检测.首先利用相机获取参考平面在标准平面镜中的镜像,然后通过参考平面上的点与归一化成像平面上图像点之间的密集折返对应关系,求得待测镜面的深度距离,从而实现对高反射表面面形的测量.通过光线追迹将该测量过程转化为求解物空间中关于两对应光线束之间的相交问题.以相位为载体获取面形梯度分布,求得该表面的法向量场,并求解相应的反射光线束.通过光线追迹对该光线束与相应入射光线束求“交点”检测高反射表面.对标准平面镜进行实验检测,测量得到的面形平面度为0.19 mm.采用传统方法与本文所提方法对汽车后视镜进行检测,所得检测结果对应点之间的平均距离为0.15 mm,验证了本文方法检测镜面面形的有效性.     

光线庞加莱球法构建的结构光场及其传输特性研究

结构光场在光信息传输、显微成像以及微粒俘获中有重要作用.本文基于光线庞加莱球法结合不同花瓣数的梅花曲线构建了一类结构光束.根据光线庞加莱球法可计算这类光束在束腰面上的光强与相位分布,以及光束内外焦散线的分布.这些焦散线的特征表明梅花形结构光束具有无衍射与自修复的特性.进一步采用角谱衍射法和光线追迹研究了这类光束在空间中的传输特性.当梅花花瓣数为0时,该光束退化为拉盖尔-高斯光束;当花瓣数为1时,内焦散线汇集到两点,使光束具有无衍射特性.通过光线庞加莱球法获得其光线在空间传播的轨迹,直观地展示了光束被遮挡后的自修复特性.此外,本文还展示了花瓣数为5的结构光束,其内焦散线为十角星结构,该光束同样具有自修复特性.通过修改梅花曲线参数或选择其他庞加莱球面曲线可以构造更加复杂的结构光场.     

圆柱型光纤螺线圈轨道角动量模式

传统的沿z轴光纤传输光线的轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)光束的制备方法共同之处都是从内部结构着想,光束的主光线基本上不变,只是波面在变.但要获得携带高mh的光有一定的难度.针对上述问题,本文建立以波面不变,光束主光线变化为基础的理论框架,利用微分几何理论验证不沿z轴圆柱型光纤螺线圈传输的光线可以携带高mh OAM的理论设想.研究发现:利用流动坐标(α,β,γ)计算光线在绕圆柱体的光纤中传输时光纤截面的衍射分布图呈现涡旋特征,有高阶OAM模式.当θ=θ0时,圆柱形轨道光纤过渡到直线轨道光纤.计算光线沿直线传输时光纤截面的衍射分布图是Airy斑,即圆孔衍射斑,无高阶OAM模式.     

测定玻璃的折射率实验的改进

在测定玻璃的折射率实验教学中 ,采用直接画两条平行线来确定入射光线和出射光线 ,效果很好 .因为理论上出射光线应与入射光线平行 ,所以首先在桌面上铺一张白纸 ,用直尺、三角板画两条错位的平行线 (平行线间距不能过大 ) ,标上箭头代表入射光线和出射光线 .然后将玻璃砖放在两平行线错位处 ,透过玻璃砖观察 ,同时旋转 (顺时针或逆时针 )玻璃砖 ,直到两平行线看起来成一条直线 .确定玻璃砖的位置 ,找出入射点 O,出射点 O′,连接 OO′,过 O点作法线 NN′(如图 1 ) .用量角器量出入射角i和折射角 r,从三角函数表查出它们的正弦图 1　测量…     

高功率激光系统鬼点空间坐标的快速定位算法

提出了一种高功率激光系统中鬼点空间坐标的快速定位算法,用于在设计阶段分析系统中的多次反射与多级衍射鬼点,以避免对系统造成危害。算法采用二叉树表示的多叉树存储鬼光束数据,同时追迹第一近轴光线和实际主光线,依据第一近轴光线确定鬼点的z坐标zg,将实际主光线与z=zg平面的交点作为实际鬼点位置。以倾斜透镜和含衍射元件的终端光学系统(FOA)为例预测了鬼点的空间坐标,经高密度实际光线追迹法验证,在所得鬼点平面相应位置确有光能聚集,表明鬼点空间坐标与实际鬼光束的密集区域相符。使用该方法在16 s内定位了含222面的激光系统的13124个鬼点。     

有限长直电流磁场的另外两种计算方法

有限长直电流磁场的计算,是电流磁场计算中的基本问题.利用电流元的概念和毕奥——萨伐尔定律可以求得图1所示的有限长直电流在P点产生的磁感应强度,其大小为B=(μ_0I/4πR)（cosθ_1-cosθ_2）=(μ_0I/4πR)(sinβ_2-sinβ_1)作为比较,这里给出该问题的另外两种计算方法.     

基于线面模型的偏折术测量方法

将传统的反射光线与入射光线求交问题转化为反射光线与入射光线所在平面的求交问题并构建线面模型.使用点光源替代传统连续面光源,通过检测入射光线上两点或多点光源的投射光线确定入射光平面,通过反射光线和入射光平面求交确定镜面三维点.基于镜面位姿标定方法提出线面偏折术系统的标定方法,只需一次标定即可用于镜面测量.仿真分析了位姿关系标定结果对系统重建精度的影响.系统测量最大误差为0.25mm,误差均方根值为0.073mm.实验验证了所提方法的可行性,实验结果表明该方法具有较高的测量精度.     

结构参数K与过渡元素卤化物标准生成焓的关系研究

把键参数和量子数引入原子点价,重新定义原子点价为δki,并用δki构建分子结构参数K.K与33种AnXm型过渡元素卤化物的标准生成焓-ΔfHθm呈现高度的相关性,并给出了相关方程,其相关系数为0.991 0.与其它结构参数相比,本参数的计算更为准确.用此模型预测了5个过渡元素卤化物的-ΔfHθm,得到了满意的结果,表明该模型较好地提示了过渡元素卤化物-ΔfHθm的共同规律.     

分区域式内包层结构的双包层光纤激光器

本文介绍了上海光机所楼棋洪老师提出的一种新型双包层光纤结构,以计算该结构的纤芯对泵浦光的吸收效率为目的,采用二维光线分析法思想,在内包层中任取一点从任意方向发出的光线,该光线经过内包层时反射,经过纤芯时被吸收,按此方法计算出所有点、所有方向被纤芯吸收前的反射次数,分别统计经0次反射、1次反射、2次反射…就被纤芯吸收的光...