Generation of dark hollow beam by use of phase-only filtering

A simple but effective scheme to generate dark hollow beams is proposed by use of phase-only filtering and optical Fourier transform. A Gaussian beam of fundamental mode is modulated by a pre-designed phase mask, which is a piecewise modification of an axicon lens, and followed by a Fourier transform to generate an ideal dark hollow beam at the focal plane. This method has an advantage that the total energy of the beam is conserved under paraxial approximation. Numerical calculations are provided to show the validity of the proposed scheme.     

大型干涉仪镜子的支承设计与温度变形分析

在星间激光通信中,涉及对大口径衍射极限激光波面的检测,为保证测量精度,必须严格控制波面干涉仪镜子的自重和温度变形。采用有限元方法对大型干涉仪镜子在不同支承方式下的表面变形进行了分析,结果表明,接触角为180°的钢带支承是较好的支承方式,反射镜表面变形峰谷(PV)值仅为1.35nm,均方根(RMS)值为0.363nm。根据这一结论,设计了一个固定支承点与浮动支承相结合的超静定钢带支承结构。在该结构下,分析了镜子轴向、径向、周向的温度梯度效应,分析数据表明,镜子的热弹性变形远大于自重变形,建议采取一定的温控措施,并采用平均效应的方法降低热效应的影响。     

热光效应下的全内反射光束展宽规律以及应用

以热光型器件的热学模型和温度场解析表达式为基础,运用射线法．通过计算位于芯区不同子午面内的光线反射轨迹,对热光效应下光束经全内反射后展宽的原因和规律进行了分析,并且给出了具体光束展宽值的理论计算方法;设计了高反射率的全内反射型有机聚合物热光开关。在设计中应用所提出的规律,理论上计算出了具体的展宽波导宽度、芯区的掩埋深度、扩大的反射区宽度等结构参量。软件的模拟结果表明,该结构在反射态和直通态时的效率分别为82．6％和811．4％,串扰均大于30dB,并且对这些结构参量的模拟优化结果与理论计算结果基本一致。     

空间激光通信中光强起伏尺度特征的数值分析

利用数值模拟的方法,定量地计算分析了空间激光通信中光强起伏问题,得到了准直光束与聚焦光束光强起伏相关距离（不均匀元半径）随大气相十长度变化的结果;进而分别从接收效率和性价比等不同的角度对激光通信系统接收孔径选取的参考因素进行了探讨。根据现代光通信对误码率的最低要求定义最佳接收孔径,计算分析了聚焦光束空间激光通信系统最佳接收孔径随大气相干长度r0的变化关系。结果表明,最佳接收孔径随大气相干长度的减小而迅速增大。对于聚集光束空间激光通信而言,在大气相干长度ro约为4cm的强湍流效应情况下,通信系统的接收孔径接近5倍艾里斑直径,才能满足国际电信联盟-电信标准部对光通信的最低要求。     

正弦变化的振幅型光瞳滤波器

光瞳滤波器作为实现超分辨的基本元件之一,它的设计以及制作都非常重要。设计了一种正弦变化的振幅型光瞳滤波器,可以通过调节少量的参量实现各种不同的超分辨模式。选择正弦函数的周期以及光瞳中心点透过率变化两个参量来实现对最终超分辨效果的调节。数值计算结果表明：在整个人射光瞳上的透过率瞳函数分布具有0．5～2个正弦振幅周期时,较为合适。小于0．5个周期将不会有任何超分辨效果,大于2个周期超分辨效果反而变差。数值计算中还注意到,当周期数为整数时,斯特雷尔比将保持0．25不变。对正弦变化振幅型光瞳滤波器的计算结果,显示了其特殊的性质,对实际中制作正弦变化振幅型光瞳滤波器有一定的指导作用。     

双棱镜结构中透射光束的古斯-汉欣位移

当入射角大于全反射临界角时,双棱镜结构中透射和反射光束的古斯-汉欣(Goos-Haenchen)位移具有饱和效应,并且只有波长数量级。利用稳态相位法研究了当入射角小于全反射临界角时双棱镜结构中透射光束的古斯-汉欣位移。研究表明,传播模式下透射光束的古斯-汉欣位移是空气层厚度、入射角和双棱镜折射率的周期性函数。当透射共振时,透射光束的古斯-汉欣位移可达入射波长的几十倍,与入射角大于全反射临界角的情况相比,透射光束的位移通过边界的相互作用具有共振增强效应;在非共振点处,对称结构中的反射光束具有与透射光束相同的古斯-汉欣位移。共振增强的透射光束的位移在光开关及光耦合器中具有潜在的应用。     

基于图像融合的动态轮廓线跟踪新方法

红外与可见光传感器是目标跟踪识别系统中常用的两种传感器,对这两种传感器图像进行融合能有效提高系统跟踪检测的准确性。将动态轮廓线模型与图像融合结合,在特征搜索过程中利用特征点准确地完成了图像配准,同时使用了一种新的特征级融合方法,将两种图像中目标轮廓的B样条曲线控制点进行实时微分耦合。这种耦合将Curwen提出的微分耦合机制作了改进,利用图像配准把刚性硬模板改变为实时的变换模板并推导了融合后动态轮廓线的新的动力学方程。这种融合利用了红外图像目标轮廓信息约束可见光图像中动态轮廓线的收敛形状,有效地提高了可见光图像目标跟踪的准确性。对运动人手序列图像的对比跟踪实验表明,这种融合使得可见光图像中动态轮廓线平均跟踪误差减小了60．25％。     

跟踪抖动对激光湍流大气传输光束扩展的影响

对发射系统的跟踪抖动对激光湍流大气传输光束扩展的影响进行了数值分析,并且得到了跟踪抖动对光束扩展影响的定标关系。由此定标关系可知,当系统衍射角σ0较大时,跟踪抖动对光束扩展的影响比较小;但是当系统衍射角σ0较小时,特别是在湍流效应较弱的情况下,抖动的影响非常显著,此时光束扩展主要是由系统抖动项所决定的。通常在湍流效应较弱时,系统跟踪抖动对光束扩展的影响相对较大,随湍流效应的不断增强,湍流扩展逐渐起主导作用,而系统跟踪抖动对光束扩展的影响相对逐渐减小。因此,由此定标关系可以定量了解不同条件下系统衍射、系统跟踪抖动以及湍流效应对光束扩展影响的大小,并为系统优化设计提供定量的科学依据。     

光纤热极化过程的实时测试研究

通过热极化可以使中心对称的熔石英光纤中产生二阶非线性效应和线性电光效应。为了解各热极化过程参量对热极化产生的线性电光效应的影响,利用全保偏光纤马赫一曾德尔干涉仪构造了一套光纤热极化的实时线性电光效应测试系统,并利用其进行了光纤热极化全过程的监控测试。在线测试了热极化过程的一些参量,例如极化电压、极化时间、以及极化温度等对热极化光纤中产生的线性电光效应的影响。实时测试研究表明,在光纤中施加尽可能高的极化电场将可能在光纤中产生较高的线性电光效应。对侧边抛磨光纤结构的热极化器件,考虑到器件的抗强电场击穿能力,可选用3．o～4．0kV左右的极化直流电压。当施加3．0kV左右的极化电压时,热极化优化时间约为16min,最佳热极化加热温度约为190℃。     

基于折射率变化的一种新型盐度测量原理研究

研制了一种用于测量海水盐度的新装置。基于表面等离子共振技术,根据盐溶液折射率与盐度的关系原理,实现对盐度测量。结构中使用一只K9玻璃制成的棱镜为衬底,在棱镜的一边淀积一层厚度为55nm的Ag膜,在Ag膜上设置待测盐溶液样品池和参考池。在白光的激励下,在Ag膜中发生表面等离子共振现象。盐溶液的折射率不仅与盐的质量分数有关,且与温度有关,而样品池和装有蒸馏水的参考池具有相同温度,用两者共振波长差的变化来反映盐度,克服了温度对测量结果的影响,理论分析和实验结果验证了设计的可行性。