光的衍射实验的改进及计算机模拟

光的衍射是高中物理光学部分的重要内容, 也是学生理解的难点之一, 对光的衍射实验进行了改进, 并对衍射现象进行了计算机模拟仿真, 从而有助于增加学生学习兴趣, 加深对这部分知识的理解     

用傅里叶分析法研究艾里光束远场传播特性

为了从理论上深入分析新型无衍射光束艾里光束在有限能量条件下的远场传播特性,首先,从决定光波在自由空间传播的一维旁轴波动方程入手,采用傅里叶分析法,结合艾里函数的特殊性质,并利用经过指数衰减的有限能量初始条件,完整给出了有限能量条件下用于精确描述一维艾里光束在自由空间传播特性的波动方程解析解.然后,利用所得到解析解分别对一维和二维艾里光束在自由空间的传播特性进行了研究,重点分析了不同参量条件对艾里光束进行无衍射传播和横向自加速的影响.研究表明:当任意横向尺度为100μm,衰减系数为0.03、0.05、0.07、0.1、0.2时,二维艾里光束无衍射传播距离分别为1 014、624、455、338、193mm;当横向尺度保持不变时,衰减系数越小,艾里光束保持无衍射传播的距离越大;当衰减系数保持不变时,横向尺度越小,艾里光束横向自加速越大.所采用的研究方法也可用于研究艾里光束在介质中的传播特性.     

高衍射效率衍射望远镜系统的设计/加工及成像性能测试

为提高衍射效率,设计并制作了口径为300mm的衍射成像系统.该系统的物镜是由一块四台阶位相型菲涅尔波带片通过激光直写套刻和Ar离子束物理刻蚀技术在石英玻璃基板上加工而成.测试了衍射物镜的衍射效率,实验结果表明:衍射物镜在波长632.8nm处的衍射效率为66.4%,达到理论值的82%.搭建了衍射成像系统光路,分别采用10μm星点孔与分辨率板,测试了系统的成像性能.实验测得星点像直径为44μm,分辨率板的极限分辨率达到84lp/mm,接近该系统的理论计算值,表明该衍射成像系统具有较好的成像性能.     

侧面遮拦式日晕光度计的杂散光理论分析

提出了一种侧面遮拦结构的日晕光度计,在镜筒内通过设置多层挡板结构逐层抑制处于内视场的挡板边缘衍射光,同时采用倾斜布置的上挡板结构抑制处于外视场的入射窗口边缘衍射光和侧壁散射光.建立数学模型对这些杂散光抑制挡板进行了仿真计算,结果表明,优化各挡板的几何参数后,日晕光度计的设计视场可达3.5～10个太阳半径,视场内的杂散光水平均可低于10-8平均太阳亮度.相对于高山天文台的日晕光度计在4～8个太阳半径的视场内总杂散光达到10-2平均太阳亮度,该日晕光度计扩展了可观测视场,并使杂散光抑制提高了一个量级.     

基于拉盖尔-高斯光束的单光子捕获概率研究

单光子源通常采用基于高斯光束的高度衰减激光脉冲,假设激光束具有初始高斯时域脉冲波形和TEM01模拉盖尔-高斯空域分布.基于折射率起伏的Rytov近似和修正von Karman谱模型,研究了大气湍流对星地量子通信单光子捕获概率的影响;建立了上行信道和下行信道的单光子捕获概率理论模型;针对低轨卫星-地面站间激光链路,对单光子捕获概率进行了分析.结果表明:上行信道的单光子捕获概率强烈依赖于地面折射率结构常数C2n(0),且随着C2n(0)的增加而减小;然而,下行信道的单光子捕获概率并不依赖于C2n(0),即大气湍流对其没有影响.     

部分相干艾里光在大气湍流中的光束扩展与漂移

基于Andrews和Philips的经典漂移方差模型,结合部分相干艾里光的交叉谱密度函数和Tatarskii功率谱,推导出部分相干艾里光在大气中传输时的光束扩展和漂移解析式,对比分析了不同的衰减因子、湍流强度和相干度等参数对部分相干艾里光的光束扩展和漂移的影响,并与高斯光束所得结果进行了比较.研究表明:衰减因子、湍流强度和相干度等对光束漂移影响较大,当它们的取值增大时,漂移越严重;内尺度对光束漂移几乎没有影响;在相同的条件下,艾里光束的光束漂移要比高斯光束小两个数量级,且其本身具有自恢复特性和较强的抑制湍流特性.     

KBrO_3在高压下拉曼光谱和结构的研究（英文）

利用原位高压拉曼散射和X射线衍射技术,研究了KBrO3在高压下晶格振动和晶体结构演化行为。最高压力达30.9GPa。通过拉曼光谱发现,在高压下拉曼峰位除了单调移动,没有其它变化,表明KBrO3在研究的压力范围没有发生相变。原位高压X射线衍射实验数据显示,其在高压下依然保持常压的六方结构。通过进一步分析,分别得到了体弹模量B0=25.9(2)GPa(B′0=5.68(0.38))和部分拉曼峰的Grüneisen参数。     

激光诱导光栅技术测量磁性液体的热扩散系数

在室温和常压下采用激光诱导光栅技术实验测量不同体积分数的磁性液体的热扩散系数,体积分数分别为5%,6%,7%,8%,9%和10%。由于在磁性液体薄片上的升温非常小以及毫秒级的测量时间,自由对流所产生的影响可以忽略不计。用激光诱导光栅技术测的数据与已有文献中的实验数据比较吻合,从而说明该技术在磁性液体的热扩散测量上是可行的。     

氧掺入对纳米硅薄膜微结构及能带特性的影响

采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)制备了富硅氧化硅薄膜,利用XRD衍射仪,傅里叶变换红外透射光谱仪以及紫外-可见光分光光度计分析了氧掺入对薄膜微观结构以及能带特性的影响。结果表明,随着氧掺入比(CO₂/SiH₄)的增加,薄膜晶粒尺寸减小,晶化度降低,纳米硅(nc-Si)表面的张应力先增加后减小。红外吸收谱分析表明,氧掺入比增加导致薄膜内氧含量增高,富氧Si—O键合密度增加,富硅Si—O键合密度降低。同时,薄膜结构因子减小,有序度增大,薄膜微观结构得到改善。当氧掺入比大于0.08时,薄膜结构因子增大,有序度降低。此外,氧掺入增加导致薄膜带隙不断增加,带尾宽度呈现先减小后增大的趋势。因此,通过氧掺入可以调节纳米硅薄膜微观结构及能带特性,氧掺入比为0.08时,薄膜具有高晶化度和较宽的带隙,微观结构得到有效改善,可用作薄膜太阳能电池的本征层。     

测色分光光度计的双光束分光系统设计

通常测色分光光度计均由两个独立且完全相同的分光系统组成,为实现测色分光光度计小型化、轻量化,提出一种双光束分光系统设计。将传统的分光系统进行改进,使一个分光系统实现双光束分光系统的功能,用两个小狭缝代替一个狭缝,即可实现两束光谱同时探测。分析了双光束分光系统的工作原理及设计要求,设计了一个用于便携式测色分光光度计的分光系统。设计的Czerny-Turner结构双光束分光系统采用超环面成像镜,可以较好的校正像散,防止两束光谱串扰,两束光谱在探测器上完全没有重叠,光谱分辨率小于10 nm,谱面长度9.12 mm,体积仅为57 mm×54 mm×23 mm,满足设计指标要求。通过与相同设计指标的单光束分光系统比较得出,采用双光束分光系统的改进型测色分光光度计比传统的测色分光光度计减少了一整套分光系统,从而使体积大幅缩小。该方法特别适用于便携式测色分光光度计,也可适用于其他双光束分光光度计。