平顶高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性

 利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法,推导出平顶高斯光束在梯度折射率介质中传输时的解析表达式,对平顶高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性进行了分析,讨论了介质梯度折射率系数和光束阶数对传输特性的影响。研究表明,平顶高斯光束在梯度折射率介质中传输时轴上光强分布呈现周期性变化,其周期决定于介质梯度折射率系数,而与光束的阶数无关;轴上峰值处的横向光强分布受梯度折射率系数和光束阶数的影响较大,横向光强的最大值随着梯度折射率系数的增大而增大。     

部分相干平顶光束在梯度折射率介质中的传输特性

利用广义惠更斯-菲涅尔衍射积分方法,推导出部分相干平顶光束在梯度折射率介质中传输的交叉谱密度函数解析表达式,对部分相干平顶光束在梯度折射率介质中的传输特性进行了分析,并进一步讨论了介质梯度折射率系数、光束阶数以及光束相干性对传输特性的影响.结果表明,部分相干平顶光束在梯度折射率介质中传输时的轴上光强分布呈现周期性变化了,且周期由梯度折射率系数决定,而与光束相干性无关.光束阶数越高、相干性越好、介质梯度折射率系数越大,则在介质中的轴上峰值光强越大.并且,在光强峰值位置附近的光强分布随传输距离的变化非常剧烈.     

光强变化对双中心非挥发光折变局域体光栅的影响

为研究局域体光栅的光折变形成机制及衍射特性,以双中心非挥发全息记录方案为基础,将带输运模型与二维耦合波理论相结合,采用数值模拟的方法.研究紫外敏化光强和记录红光总光强的变化对LiNbO3:Fe:Mn晶体中局域体光栅的影响,并给出定影结束时平均折射率调制、衍射光波振幅及衍射效率的模拟结果.研究发现:记录红光总光强不变时,平均折射率调制随紫外敏化光强增加而增加,而紫外敏化光强的改变对衍射波振幅的分布影响不大,衍射效率随紫外敏化光强度的增大先增大后减小,存在最佳紫外敏化光强,以获得80%以上的最高衍射效率.当紫外敏化光强不变时,随着记录红光总光强的增加,记录折射率光栅逐渐减弱,衍射波振幅分布变得越来越均匀.衍射效率逐渐降低.     

偏振方向对阵列光束远场能量分布的影响

为了研究相干合成系统发光单元的偏振方向对相干合成远场光强分布的影响,以1维线性分布的阵列为例,利用傅里叶方法分析得到了单个发光单元的偏振方向偏离时相干合成的远场光强的解析表达式。数值计算结果表明:光源偏振方向的偏离使得远场中心光斑的峰值光强减小,光强的最小值不再为零,次瓣所包含的能量增大,但图样仍成对称性分布。对于5个单元合成系统,当单个发光单元偏振方向偏离π/2时,峰值光强减小到原来的68%左右。     

高斯光束非对称照明锥镜时的衍射场分布

采用光的干涉方法研究了高斯光束非对称照明锥镜时的衍射场分布。数值模拟结果发现,当光束中心偏离锥镜的轴线时,衍射场的分布不再呈对称状分布,尤其在相干区。照明光束的偏离量越大,衍射光斑偏离锥镜的轴线越多。衍射光斑的平均光强随照明光束偏离量的增加迅速减小。这些结果对于锥镜在光镊和光学元件的机械排列等应用中具有一定的指导意义。     

基于衍射理论的无像散场曲的分析与处理

 基于衍射成像理论,用洛默尔函数得到仅有场曲的像点的光强分布积分式,进而得到像面对高斯面的偏离误差——场曲的解析式,结合模拟实验,探讨了无像散场曲和无像散像点的光强分布,分析它的三维形态图、斯特列尔比、逆滤波场曲校正等,所得结果有利于衍射成像理论与技术的应用。     

初级球差对矢量柱状贝塞耳-高斯光束聚焦场的影响

通过柱坐标下的的分析方法,获得径向偏振和方位角偏振贝塞耳-高斯光束经具有球差的高数值孔径系统聚焦后的三维光场分布函数,根据光场分布函数模拟了不同球差系数下贝塞耳-高斯光束在焦平面和通过焦点的纵向切面上的光场分布.结果表明,在球差系数增加时,方位角偏振贝塞耳-高斯光束在焦平面上的圆环状光斑内半径逐渐变小到趋于恒定,而外环半径先减小后增大;而衍射焦点偏离高斯焦点的距离越来越大,纵向光强不再对衍射焦平面呈对称分布,调整离焦距离无法完全消除球差的影响;径向偏振贝塞耳-高斯光束会聚场的光强随初级球差的变化规律与方位角偏振贝塞耳-高斯光束的一致.     

飞秒脉冲照射下体光栅衍射脉冲受折射率调制度的影响

基于体光栅的耦合波理论,推导了飞秒脉冲通过无吸收、透射型体光栅时衍射光强的频谱表达式和瞬时表达式。在此基础上,讨论了二者随折射率调制度的变化。发现在一定的折射率调制度范围内,衍射脉冲的瞬时变化为:开始是单脉冲,然后中心向下凹陷分裂为二个脉冲,而后是三个脉冲。如果此时折射率调制度进一步增加,则脉冲数目又回复到一个脉冲。在一定的折射率调制度范围内,上述过程是重复发生的。同时发现,在折射率调制度处于1.0×10-3～1.0×10-2区间时,双脉冲间隔随折射率调制度增大而增大。对衍射光强谱随折射率调制度的变化进行了数值模拟,并对衍射脉冲的瞬时变化进行了解释。     

余弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性

 为了研究光束在梯度折射率介质中的传输规律,利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法,推导出余弦高斯光束在梯度折射率介质中传输的解析表达式,对余弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性进行了分析,并进一步讨论了介质梯度折射率系数和调制参数对传输特性的影响。结果表明,余弦高斯光束在梯度折射率介质中传输时,轴上光强分布呈现周期性变化,横向光强分布受梯度折射率系数和调制参数影响较大。余弦高斯光束传输时具有不稳定性,通过适当调节参数,可在空间某位置实现余弦高斯光束的整形。     

体全息光栅线性记录折射率分布的修正

在讨论非线性记录体全息光栅的光谱特性时,发现一些文献在线性记录时折射率分布的表达式有些不妥.重新讨论了线性记录情况下折射率分布的表达式,引入了光束比和总光强折射率调制系数,用耦合波理论计算讨论了不同光束比和总光强折射率调制系数对光栅衍射光谱特性的影响.计算结果表明,光栅衍射光谱主峰峰值随总光强调制系数的减小而略有降低,主峰峰值随光束比减小下降得不大,带宽随总光强调制系数和光束比的减小而明显变窄,次峰峰值随总光强调制系数和光束比的减小而明显减小.     

Descartes ovaloides for negative refractive indices and their aplanatic cases

The possibility of material design technology to obtain negative refractive indices poses the question on the optical properties of aspherical surfaces made from such media. Here, the special aspherical surfaces connected with Cartesian ovaloides are discussed in the case of a negative refractive index. A subset of the Cartesian ovaloides contains spheres which allow aplanatic imaging in the well-known kind. A sign change of the refractive index shows changes in the virtual character of the aplanatic images.     

透射凸二次非球面检验方法的研究

透射凸二次非球面具有自消球差的能力。只要像距、物距、材料的折射率及二次曲面系数之间满足一定的条件 ,则物点与像点就具有消球差的成像关系。研究了二次非球面系数e2 值与成像放大率 β 的关系 ,目的在于为透射凸二次非球面的检验找到普遍适用的范围。实例计算和实际的应用表明 ,对于中小口径的凸非球面来说 ,透射补偿法是比较实用的检验方法 ,特别是此种方法可以检验一些凸的扁球面。     

用双液芯柱透镜测量蔗糖水溶液的液相扩散系数

基于双液芯柱透镜的折射率空间分辨测量精度高的特点,本文采用两种方法在室温(25℃)下分别测量了不同浓度的蔗糖水溶液的液相扩散系数。方法一:等折射率薄层移动法,通过记录扩散过程中特定折射率薄层随时间的变化关系计算液相扩散系数。方法二:瞬态图像分析法,通过读取一幅瞬态扩散图像中图像宽度与扩散位置之间的关系确定液相扩散系数。双液芯柱透镜的前液芯作为扩散池和主要成像元件,后液芯作为消球差辅助系统。充分利用了双液芯柱透镜可以按需减小特定液体薄层处的球差以及能够在一定的折射率范围内同时减小球差,两种方法均具有测量精度高的特点。两种方法的测量结果与文献值的相对误差分别小于1.3%和3.9%,表明用双液芯柱透镜测量液相扩散系数时,测量系统稳定可靠,测量结果准确。     

Anomaly in a high-numerical-aperture diffractive focusing lens

We show an anomalous behavior in a diffractive lens in which the spot size at the focus reaches a minimum at a numerical aperture of ~0.5 and then increases significantly at higher values. Theoretical and experimental results are presented, along with a comparison with refractive aplanatic lenses, in which the anomaly does not appear to exist.     

关于部分偏振光能量传递和偏振态的光线椭圆分析方法

部分偏振光传播时的光强和偏振态变化情况比较复杂, 尤其是当大数值孔径成像时, 光束的偏振态还会影响成像质量. 本文提出一种用于分析部分偏振光能量传递和偏振态的光线椭圆方法, 采用光线椭圆叠加的办法来分析光束在各向同性的均匀介质中传输时能量和偏振态的变化情况, 同时直观性好, 计算量小. 论文最后, 对大数值孔径、 高像质的齐明透镜系统讨论了入射无偏振光的能量、 偏振态变化, 以及偏振效应问题. 结果表明, 大数值孔径使成像光束中TM偏振光强度相对增加, 影响成像对比度; 提高像方介质的折射率, 会改善此种偏振效应问题.     

迭代法重建平板光波导折射率分布

提出了一种用于重建渐变折射率平板光波导折射率分布的方法,这种方法通过数值法求解亥姆霍兹方程．从光波导的低阶模开始采用迭代法顺次对各个模式对应的“转折点”位置进行校正．并多次重复迭代以消除“转折点”外折射率分布的变化对相应模式“转折点”位置的影响。借助WKB近似原理说明了这种方法迭代过程中“转折点”坐标的收敛性。对折射率按照指数规律变化的平板光波导的折射率分布重建结果证明这种方法具有较高的精度。分析表明：这种方法克服了WKB法固有的缺陷,即忽略模式“转折点”外折射率分布对相应模式传输常鞋的影响和“转折点”处相移的不确定性,因而比逆WKB法具有更好的自洽性和精确性。     

带有KTP缺陷的2维光子晶体设计与能带特性

 设计了一种通过改变缺陷介质折射率实现能带特性改变的可调谐2维光子晶体激光器微腔,在光子晶体中引入点缺陷磷酸氧钛钾(KTP),在KTP两端施加交流电场控制KTP晶体折射率变化。实验过程中观察到了正方排列的光子晶体随着KTP 晶体折射率逐渐增大,晶体禁带数量减少,且向归一化频率小的方向移动,禁带宽度基本不变;而三角排列的晶格能带随着KTP折射率增大,禁带逐渐变窄,且有向低频方向移动的趋势。用平面波展开法分析了晶体的能带结构,得到理上的描述。     

非齐明点成像的X-射线波带板制造中的应用

软X射线成像需用高分辨率波带板(Zone plate)。本文分析了齐明系统非齐明点球差特性。利用这种特性可以产生制作高分辨率X射线波带板所需的两束非球面波。文中还给出了合肥国家同步辐射实验室光束线所用的软X射线波带板的结构参数和制造这种波带板的光学系统。     

利用闪烁和漂移效应测量大气折射率结构常数的对比分析

 在近海面大气边界层中进行了1 km路径的水平光传输实验,结果表明：利用闪烁和漂移效应推导的大气折射率结构常数之间存在着较大的差异。定量的理论分析揭示了两者不一致的原因在于：闪烁效应主要对路径中部的小尺度湍涡敏感,漂移效应则对发射端附近的大尺度湍涡敏感;随着内尺度变大,漂移效应测量的折射率结构常数将大于闪烁效应测量的折射率结构常数,当内尺度达到20 mm时,前者的测量结果是后者的3倍;当外尺度变小时,漂移效应的测量结果小于闪烁效应的测量结果,当外尺度仅为1 m时,前者的测量结果为后者的1/2;大气折射率3维功率谱的幂律的变化对测量结果的影响非常大,当幂律大于-11/3时,闪烁效应测量的折射率结构常数大于漂移效应测量的折射率结构常数, 最大差异接近于25倍, 当幂律小于-11/3时,漂移效应的测量结果大于闪烁效应的测量结果,两者的差异甚至可达两个量级。     

KDP晶体折射率不均匀性对三倍频转换效率的影响

 采用正交偏振干涉测量法获得了典型的快速(RG)和传统(CG)生长的KDP晶体折射率空间分布，数值模拟了倍频晶体固定失谐角分别为0和220 mrad时晶体折射率不均匀性对高功率三倍频光转换效率的影响。结果表明：快速生长晶体的折射率不均匀性的均方根约为传统生长晶体的6倍；三倍频转换效率在低功率密度下对折射率不均匀性不敏感，在高功率密度下尤其是转换效率较高时很敏感；当混频过程中的二倍频光不过剩时，在晶体折射率变化对三倍频效率的影响方面，倍频晶体比混频晶体严重；目前国产的传统生长晶体可以满足高功率三倍频实验要求。