任意折射率的三维离散空间光线追迹方法研究

介绍了Runge-Kutta光线追迹方法,并以此作为任意折射率介质中光线追迹基本手段;针对具有折射率任意分布性质并且离散的三维流场空间,建立了流场空间任意点的折射率和折射率梯度计算方法;在追迹过程中,提出了追迹步长根据当地折射率梯度和网格几何尺寸自适应调节的思想和方法,用于提高追迹的精度和效率。结果表明,建立的光线追迹方法适用于三维离散空间折射率任意分布的光线追迹,具有较高的精度和效率。     

新型光学长程吸收池的仿真设计研究

为了解决传统的长程光学吸收池设计中镜面利用率低导致反射次数少的问题,根据传输矩阵理论,开展了离散型Herriott池的结构参数设计研究。基于MATLAB数值计算模拟详细研究了吸收池内光线的传输次数与机械结构参数、光线的入射位置及入射角之间的依赖关系。仿真结果为实际应用中设计便携式长程光学吸收池提供良好的参数和模型借鉴作用。     

折射率温敏式光纤温度传感器的理论模型

提出了折射率温敏式光纤温度传感器的理论模型，包括子午光线和偏射光线的影响，讨论了多模光纤的弯曲损耗，理论的分析和结果与实验相当一致。     

定向回归反射玻璃微珠折射率研究

从理论上分析了玻璃微珠定向回归反射原理,利用近轴光线球面折射理论分析了玻璃微珠实现回归反射的折射率,并结合实际使用情况,在最大可能增加回归反射的基础上,讨论了入射光线到主光轴的距离与回归光线和入射光线夹角之间的关系,从而确定出了实现最大反射时玻璃微珠的折射率范围为1.80~1.95,研究结果对回归反射标志牌的开发具有重要的理论意义。     

非圆柱形发散梯度折射率棒透镜光线传播轨迹的解析解族

本文研究光线在具有非圆柱形等折射率面的发散型梯度折射率棒透镜中的传播规律,提出在轴向弱非匀条件(即dg~(-1)(z)/dz<<1下近轴子午光线轨迹的一种解析表达式.从该解析式的解析解,棒透镜梯度参数g(z)所满足的条件出发,导出棒透镜的折射率分布族.文中给出了两个线性无关的光线传播轨迹的解析解族,并以一种发散型棒透镜为例讨论了近轴成像特性.     

光学系统折射率温度效应的模拟计算

提出一种计算折射率温度效应的新方案。该方案通过拟合有限元热分析得到离散节点温度,在透镜中建立连续的温度场。在计算CODE V光线追迹时,自编子程序根据追迹点的温度和输入数据,实时计算并返回相对折射率及其梯度信息,使折射率温度效应导致的光程变化的计算更为准确。在计算时可以把波长、大气压、折射率温度系数等作为自定义参量,输入到子程序中,使相对折射率的计算更为灵活。最后对一个红外光学系统进行了计算误差分析,得到了像质的变化情况,验证了该方案的可行性。     

用线性变折射率模型解释海市蜃楼

利用线性变折射率模型,定量分析了海市蜃楼现象,导出大气中的光线方程,并研究了蜃像位置与观察者的关系。     

梯度折射率介质瞬态辐射-导热耦合传热

多维辐射-导热耦合传热问题有广泛的应用背景。本文采用有限元法对辐射传递方程的离散坐标形式进行离散,并采用有限元法求解瞬态辐射-导热耦合能量方程,研究二维方腔半透明参与性梯度折射率介质内瞬态耦合传热,考虑第一类热边界条件,分析了折射率分布、衰减系数、散射反照率及散射相函数对对瞬态耦合传热的影响。结果表明,梯度折射率对瞬态耦合传热影响显著。     

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…     

球面端面的锥形梯度折射率透镜的近轴成像特性

本文根据光线在球面上的折射公式及光线微分方程,研究了光线经两端面为球面的锥形梯度折射率透镜的传播和变换,基于光线传递ABCD矩阵,提出了球面端面的锥形梯度折射率透镜的一种等效光学系统.文中给出了该透镜的主平面、焦平面和焦距计算公式,以及近轴成像高斯公式.当锥度为零时即得到球面端面的柱形或径向梯度折射率透镜的相应结果.     

变折射率光线方程的一种数值解法

根据变换后的光线方程,导出了一套变折射率介质中寻求光线方程数值解的迭代公式。两个典型的计算实例表明,本文提出的光线方程数值解法是一个较为普遍而节省计算时间的方法。     

渐变折射率介质中光线路径的数值计算

从理论上分析了渐变折射率介质中光线传播的规律,建立了光线路径的数值计算方法。     

一种基于恒星光线偏折的大气折射率估计方法

基于标准大气环境的大气折射率理论模型不能反映实际大气折射率的波动性,针对该问题,提出了一种基于恒星光线偏折的大气折射率估计方法。基于光学卫星的恒星观测数据,分析恒星光线经大气折射发生偏折的现象,建立恒星光线经大气折射后进入光学卫星传感器的光路模型,在分层球形大气的假设下证明该光路模型的对称性。研究一种利用恒星实测光线和恒星理论光线迭代前向反馈的方法,用以估计分层大气折射率。最后,利用光学卫星的恒星观测数据进行有效性验证,计算出的大气折射率与理论大气折射率相符,且能够反映短期波动性。对测试用的恒星实测数据进行处理,结果表明:88%以上的恒星理论视线与实测视线的估计值相差不超过1%,其余部分观测数据估计偏差基本不超过20%。     

离散泡沫的光学衰减原理研究

为研究泡沫的光学干扰原理,基于几何光学原理和电磁波传输理论,对离散泡沫的光线折射及吸收等现象进行了分析,从光线传播方向和透射能量变化的角度研究了泡沫对光线的衰减,建立了衰减模型。通过计算和红外光谱及热成像试验,发现：泡沫结构和泡沫材料是造成光线强烈衰减的重要原因。结果显示：泡沫溶液的溶质/溶剂的消光能力、浓度等对特定波段光波的吸收产生关键影响;泡沫通过改变光线的传播方向,大大分散出射光线的能量密度;随着光线穿过泡沫液膜界面的次数增多,透射光强迅速衰减,透射能量迅速下降;其漂浮运动还将导致出射光线方向和能量密度分布的不确定性。     

梯度折射率微球回归反射材料的研究

提出一种回归反射面材的新结构,以梯度折射率微球代替传统的超高折射率匀质玻璃微球.利用四阶Runge-Kutta方法进行光线追迹的理论计算,确定了制作新型回归反射面材的工艺参数.结果表明,按此条件制作回归反射面材可大幅度降低原先对折射率的过高要求,并显著提高回归反射的性能.     

一维光子晶体的折射率研究

对于一维光子晶体反常折射的研究大都基于光子晶体的色散关系解析解,文章作者认为,在光线非正入射时上述方法是不适用的,有必要使用更加合适的方法对一维光子晶体的折射规律加以系统研究,从而对一维光子晶体器件的设计起到些指导作用.文章将一维光子晶体作为二维问题来考察,使用数值方法(平面波展开法)来计算光线在光子晶体中沿各个方向传播时的色散关系,进而得到了折射角与入射角和频率的关系.结果表明:对于一维光子晶体,考查在第一能带范围内的频率,当频率越接近能带边,且入射角越接近敏感区时,折射角对入射角和频率的变化越敏感.而且,敏感区随频率的增大有向小角度移动的趋势.     

超低折射率特异材料天线

采用金属网格和泡沫材料实现低折射率材料媒质,并对其参数进行了优化,辐射源采用单极天线,制作了样机。利用HFSS电磁仿真软件对应用低折射率材料媒质天线与传统天线的方向性进行了对比研究,并研究了辐射源的参数对定向天线的性能影响。对样机进行了测试,测试结果与仿真结果比较吻合,与传统天线相比较,基于超低折射率特异材料的天线方向性明显提高。因此,选择适当电磁参数的超低折射率特异材料,用于定向天线的设计,可以改变传统天线的设计。     

超低折射率特异材料天线

采用金属网格和泡沫材料实现低折射率材料媒质,并对其参数进行了优化,辐射源采用单极天线,制作了样机。利用HFSS电磁仿真软件对应用低折射率材料媒质天线与传统天线的方向性进行了对比研究,并研究了辐射源的参数对定向天线的性能影响。对样机进行了测试,测试结果与仿真结果比较吻合,与传统天线相比较,基于超低折射率特异材料的天线方向性明显提高。因此,选择适当电磁参数的超低折射率特异材料,用于定向天线的设计,可以改变传统天线的设计。     

光线在非均匀折射率介质中传播的一种研究方法

本文从简单的折射定律出发,导出了在类透镜介质中光线传播的光线矩阵,并且通过引入等效折射率,从而比较直观地研究了高斯光束和超高斯光束的自聚焦现象,所得结果与其它方法处理的结果一致.     

圆盘型液体线性光电折射率计

提出一种具有线性响应的圆盘型液体光电折射率计，光线在圆盘内的多次反射显著地消除了非全内反射的影响，有效地改善了测量线性度，这种圆盘型光电折射率计甚至可对非平行入射光束仍保持相当好的线性度。