非线性光学

强激光辐射与物质的相互作用的規律与一般光源辐射的低强度光束大不相同。在非激光源的场中,物质的光学特性于一般不依赖于辐射的强度,它们的光学特性——折射率、吸收和散射程度等是一些常数。在这种情况下称为线性光学。如果固体、液体、气体中的一些光学特性与辐射强度有关,我们就遇到了非线性现象。激光出现之后,物理学的一个新分支——非线性光学迅速的发展起来,这几年的蓬勃发展极大地开拓了电磁波与物质的相互作用的知识,并制成了一系列全新的光学振荡器、光谱仪及光接收器。     

红外光学零件预处理工艺研究

红外光学系统通常需用镀膜的方法来增强光学系统的透过性能。光学零件(基底)表面镀前的清洁状态直接影响到膜层质量，诸如附着力、均匀性、色散、透过率等，进而影响到光学系统的性能。介绍了基底表面清洁度及其评估和检验方法，对光学零件表面污垢类型及镀前清洁(预处理)方法进行了评述。针对实验阶段的预处理工艺远远无法足日益强增的军用和民用红外产品需求的问题，通过分析比较，认为干冰喷射预处理 等离子体清洁的组合可以成为一种可以满足红外光学零件批量生产要求的理想的预处理工艺。     

数字图像处理在光学相关识别中的应用

光学模式识别信息处理容量大,运算速度快,但精度不高,存储不灵活,不易判断控制和分析.联合变换相关器在光学图像相关识别中得到了广泛的应用.为提高联合变换相关器的性能,将数字图像处理技术引入光学相关识别中,主要体现在对联合图像进行预处理以及对联合功率谱的滤波处理.详细阐述了国内外常用的联合图像预处理算法和功率谱滤波算法,并对这些算法在光学相关识别中的应用效果进行了比较研究.     

光学膜层的激光预处理过程研究

重点研究了激光造成的膜层轻微损伤的微观结构和光学性质,分析了膜层表面质量、激光强度和照射次数对膜层表面变化的影响,以此为依据指导激光预处理方法来提高光学元件损伤阈值.就激光损伤机理而言,不管是雪崩离化机制还是多光子吸收机制,都直接或间接地与光学膜层的微观杂质、缺陷有关,预处理过程就是有效消除使膜层产生严重损坏的因素,即消除杂质和缺陷的过程,所以,预处理过程同时也是一个使膜层产生微损伤的过程.工作研究了几种sol-gel膜、PVD膜在预处理前后膜层表面的变化(损伤形貌),损伤阈值的增幅,发现最大不损伤能流值越高的膜层,其预处理效果更好.预处理过程膜层的安全性(减低预处理对膜层的破坏程度)、膜层的预处理效果与两种因素有关,即膜层的内在质量(与膜层缺陷无关的质量)和预处理的激光能量参数(包括初始能量、能量增量、频率等).本身缺陷或杂质较少(或小),阈值较高的膜层,预处理过程中激光能量可以大跨度增加(3～4次激光辐照),且预处理产生的损伤较小.激光对膜层的清洗作用是预处理过程的主要机制,采用水蒸汽凝结法对比水气在预处理膜层上的凝结和蒸发速度,证明其表面对水的接触角明显降低,既洁净度提高,但这不是大幅度提高损伤阈值的主要因素.对于缺陷和杂质较多的膜层(如多层反射膜),即使严格控制激光预处理条件,预处理过程中会不可避免地产生不同程度的微损伤,大部分微损伤点的位置与原始的缺陷和杂质点相吻合,由于这些缺陷是降低膜层整体损伤阈值的主要原因,所以,预处理效果明显(最高阈值增加达2倍),通过增加预处理过程中的能量分段,可降低微损伤的程度,提高其在工作能流下的稳定性,达到预处理的目的.(OH8)     

自动光学检测技术的发展现状

从光源照明方法、成像技术、图像预处理技术、图像处理与图形识别的算法4个方面介绍了自动光学检测技术的发展现状与关键技术。自动光学检测技术已开始在新兴的工业生产中得到广泛应用,其正朝着检测高速化、分辨能力微小化、处理软件的智能化、应用多元化和检测系统模块化方向发展。从目前自动光学的技术水平来看,组建自动光学检测系统的关键技术在于LED光源的设计、大范围高精度三维显微成像、基于工控PC的多处理器并行图像高速预处理和高级图像处理算法4个方面。     

利用数值天气预报产品预报海面光学湍流

利用数值天气预报模式预报产品开展了不同季节海面光学湍流数值预报研究,发现:南北纬30°之间海域海面光学湍流强度和大气相干长度季节变化较小,南北纬30°以外高纬度海域海面光学湍流强度和大气相干长度季节变化显著,夏半球光学湍流强度相对较弱、大气相干长度相对较大,冬半球光学湍流强度相对较强、大气相干长度相对较小.全球大部分海域,10.6 μm光波10m高度光学湍流强度大于10-15m-2/3,0.55μm光波10m高度光学湍流强度小于10-15m-2/3.若沿海面10m高度水平传播10km,全球大部分海域,10.6μm光波大气相干长度大于60cm,0.55μm光波大气相干长度小于6cm.利用两个不同数值天气预报模式同期产品制作的海面光学湍流强度预报全球海域分布特征相似,但模式水平分辨率越高,预报的海面光学湍流强度的水平分布特征越清晰.     

空间环境模拟系统光学窗口组件设计

光学窗口组件作为空间环境模拟系统与外界的接口,是不可或缺的重要组成部件。空间环境模拟系统共有两类光学窗口组件,针对两类光窗组件分别进行了结构方案设计。通过强度理论公式对光窗组件进行了强度校核,采用有限元分析软件计算了压力对光学玻璃表面变形的影响,并分析了光学玻璃表面变形对光窗组件光学性能的影响。计算结果表明:工作过程中,通光口径为Φ150 mm的光窗组件光学玻璃产生的应力为0.82 MPa;通光口径为Φ350 mm的光窗组件光学玻璃产生的应力为3.28 MPa,均满足强度要求。利用Zemax软件分析得到,通光口径为Φ150 mm的光窗组件波像差PV值为λ/8;通过计算得到通光口径为Φ350 mm的光窗组件在Φ170 mm~Φ190 mm环带区域内光程差为0.8 nm,均满足光学性能要求。因此,光学窗口组件结构方案设计既满足强度和可靠性要求,又满足光学性能要求,整个光学窗口组件安全可靠。     

空间光学遥感器光学镜面有限元分析结果的后处理

光学镜面是空间光学遥感器的重要组成部件,刚体位移和面形误差是评价其环境适应性的重要指标。介绍了一种从Pantran/Nastran软件的有限元分析结果中提取光学镜面的刚体位移和面形误差的方法。首先对Patran输出的原始数据进行预处理,消除原始数据误差;然后采用坐标变换法计算光学镜面的刚体位移,并通过法方程法直接进行求解,没有出现病态矩阵问题;最后通过球面方程拟合法计算光学镜面的面形误差,将球面拟合问题转换成3变量最优化问题再进行处理,并采用高斯-牛顿法进行数值迭代求解。经工程实践证明,该方法具有计算简洁准确、计算速度快等特点。     

囚禁冷原子或冷分子的可控制光学八阱及其光学晶格

提出了一种利用单束平面光波照明二元π相位板与透镜组合系统实现冷原子或冷分子囚禁的可控制光学八阱的方案,计算了光学势阱的光强分布和可控光学八阱的几何与光学特征参数、强度梯度及其曲率;讨论了从光学八阱到四阱或到双阱的演化过程。研究表明,通过相对于透镜移动二元π相位板可实现光学八阱到四阱或到双阱的连续双向演化。讨论了利用该可控光学八阱组成二维光学晶格的方案。     

用激光照明的照相光学装置

在需要高强度短光脉沖的光学装置领域里,激光的特性使其发挥了独特的作用。固态激光可以将脉沖持续时间控制在10~20毫微秒内,而其强度又远远超过绝大多数照相光学装置所需的强度。激光的时间相干性避免了光学系统色差所引起的问题,亦使实验者能避免实验本身所发出的光线。     

用三区三元相位滤波器提高近场光存储系统的焦深

为了提高近场固体浸没透镜光存储系统的焦深,设计了三区三元相位滤波器.设计建立在矢量衍射理论基础上,应用MATLAB优化工具箱优化设计出可以获得最大焦深的滤波器结构参数.在设计过程中,我们限定记录光斑的大小与没有滤波器时的光斑大小相等,而光斑的强度减小一半,所设计的滤波器可以使近场固体浸没透镜光存储系统的焦深提高1.6倍...     

Generation and distribution of a wide-band continuously tunable millimeter-wave signal with an optical external modulation technique

A new technique to generate and distribute a wide-band continuously tunable millimeter-wave signal using an optical external modulator and a wavelength-fixed optical notch filter is proposed. The optical intensity modulator is biased to suppress the odd-order optical sidebands. The wavelength-fixed optical notch filter is then used to filter out the optical carrier. Two second-order optical sidebands are obtained at the output of the notch filter. A millimeter-wave signal that has four times the frequency of the microwave drive signal is generated by beating the two second-order optical sidebands at a photodetector. Since no tunable optical filter is used, the system is easy to implement. A system using an LiNbO/sub 3/ intensity modulator and a fiber Bragg grating filter is built. A stable and high spectral purity millimeter-wave signal tunable from 32 to 50 GHz is obtained by tuning the microwave drive signal from 8 to 12.5 GHz. The integrity of the generated millimeter-wave signal is maintained after transmission over a 25-km standard single-mode fiber. Theoretical analysis on the harmonic suppression with different modulation depths and filter attenuations is also discussed.     

新型低损耗石英旋光滤波器

为了提高出射光的透过率,并且在保持主透射峰不变的情况下,增加对次极大强度的减小作用,介绍了一种利用石英晶体旋光作用的新型滤波器,并从原理上作了分析。此新型滤波器与原有多级滤波器相比,主要的改进在于减少了所用偏光镜的数目,以原有3级石英晶体旋光滤波器为例,将此新型滤波器与原有结构进行了比较,从理论上分析了在考虑各器件损耗的情况下的滤波特性。并利用分光光度计对新型石英晶体旋光光学滤波器的滤波特性进行了实验研究。结果表明,此滤波器具有减少出射光损耗的显著效果,同时具有减小次极大的效果。这一结果对观测光谱是有帮助的。     

多波长通信用声光滤光器

声光滤光器（ＡＯＴＦ）是一种新型光学滤光元件,可望用于多波长光通信波分复用网络技术中的波长快速调谐,它具有速度快,模式可变,光谱范围宽,可反馈控制等优点。     

New application for nonlinear directional coupler: intensity controlled tunable optical filter

A novel intensity controlled optical filter is proposed. A reduction in bandwidth and peak efficiency is observed with increase in power. The device can in special cases operate as a linear optically tunable filter with no reduction in bandwidth or efficiency.<>     

幂函数分布的振幅型光瞳滤波器

为了提高衍射远场显微成像的分辨率,采用一种振幅透过率随半径呈幂函数分布的光瞳滤波器进行了理论分析和数值模拟。通过在光路中加入幂函数分布的振幅型光瞳滤波器,利用标量衍射理论推导出夫琅禾费衍射分布的计算公式;通过MATLAB软件给出衍射图样,对比衍射分布的主瓣宽度。结果表明,当幂次数为3时,模拟仿真的衍射分布斯特雷尔比为0.16,最大旁瓣强度比为0.1,分辨参量为0.76,分辨率提高倍数为1.3;随着振幅透过率幂次数的增加,主瓣宽度依次减小;同时也伴随着主瓣强度降低和旁瓣强度增大的缺点。这一研究对于远场光学显微镜实现超分辨成像是有帮助的。     

LiNbO3光波导F-P腔滤波器的分析设计

采用转移矩阵法推导出内置LiNbO3光波导的FP腔滤波器的功率传输系数,运用计算机进行模拟计算,分析了光波导的传输损耗和腔薄膜反射率对滤波器透射光谱的强度、带宽和精细度的影响.结果表明,传输损耗越大,透射光谱的强度变小,带宽越大;反射率越大,透射光谱的强度变小,但带宽变小,精细度增大.考虑了滤波器的透射光谱强度和精细度等因素,提出一个合理的腔薄膜反射率,优化了滤波器的设计参数.     

Enhancement of submicron optical lithography performance using phase-only pupil filters

We present a pupil filter design method based on iterative optimisation of the intensity point spread function (PSF) of a binary phase-only diffractive optical element, for use in a lens, diffractive element combination. Increase in the depth of focus and control over the sidelobe levels in the PSF is shown. The favourable performance is retained in simulated aerial images when the pupil filter is incorporated into a typical photolithography system.     

Spectrally efficient optical label insertion/extraction technique using an optical single sideband filter

A novel label insertion technique, using an adaptive optical single sideband (OSSB) filter, is experimentally shown. The OSSB filter is used to suppress one of the sidebands of the 40-Gb/s payload signal, and a 2.5-Gb/s intensity modulated signal is inserted as a label in the suppressed sideband. Lower label-payload crosstalk is observed using the OSSB filter compared to the absence of sideband suppression, allowing a reduction of 5 dB in the label power without additional penalty. The enhanced tolerance to group velocity dispersion (GVD) of the payload is experimentally assessed and a 5-dB penalty is observed for 136 ps/nm of accumulated dispersion. Additionally, simulation results show the efficient use of electrical dispersion compensation to improve the GVD tolerance, allowing the doubling of the dispersion tolerance.     

Experimental linewidth-insensitive coherent analog optical link

We constructed an experimental linewidth-insensitive coherent analog optical link. The transmitter utilizes an external electro-optic amplitude modulator and a semiconductor laser. The receiver consists of a heterodyne front-end, a wideband filter, square law detector and narrowband lowpass filter. We performed experimental measurements and theoretical analyses of the spurious-free dynamic range (SFDR), link gain and noise figure for both the coherent AM and the direct detection links; we investigated the dependencies of the foregoing parameters on the received optical signal power, laser linewidth, IF bandwidth, and the laser relative intensity noise (RIN). By selecting a wide enough bandpass filter, we made the coherent AM link insensitive to laser linewidth. The coherent AM link exhibits a higher SFDR than the corresponding direct detection link when the received optical signal power is less than 85 μW. The noise figure for the coherent link is greater than that for the direct detection link under all conditions investigated. For received optical signal powers greater than 4 μW, the link gain for the direct detection link is greater than that for the coherent AM link. The following are the link parameters that have been achieved for the coherent AM link investigated: SFDR=88 dB·Hz^2/3, link gain=-25 dB and noise figure=78 dB; this performance has been obtained with a received optical signal power of 85 μW, and a local oscillator power at the photodetector of 228 μW. The link performance can be further improved by auxiliary subsystems such as a balanced receiver and impedance matched transmitter and receiver ends; and/or by using better optical and electrical devices like higher power lasers, linearized optical modulators, low-noise and high gain RF amplifiers, and optical amplifiers,