光子晶体实验中热辐射干扰的分析

搭建了针对10.6μm波长红外光的光子晶体探测系统,分析了在使用热敏探测器测量光强时,外界的热辐射干扰对光强探测的影响及产生的原因,并计算了高斯光束在经过透镜聚焦后在焦点附近的功率密度,揭示了光阑受热后会产生大量热辐射干扰,采用窄带滤光片可显著减小前置光阑热辐射的干扰。     

平顶高斯光束通过复杂光学系统的传输特性研究

为研究平顶高斯光束通过高斯光阑-透镜系统的传输特性,基于光学矩阵的方法和Collins公式导出了平顶高斯光束通过该复杂光学系统后的场分布的解析表达式和近轴光强分布值,进而分析了平顶高斯光束通过高斯光阑-透镜系统后的传输特性。研究结果表明,平顶高斯光束通过高斯光阑-透镜系统后,实际焦点位置和几何焦点位置并不重合,即发生焦移现象。焦移量的大小与高斯光阑宽度及光阑与透镜间的距离等因素有关,即在一定条件下,光阑宽度增大,相对焦移量变小,光阑与透镜之间的距离与焦距的比越小,相对焦移量就越小。     

自聚焦透镜准直设计

在激光外调制时,使用的是3＊3＊20mm的调制晶体。为了使由光纤发出的激光通过调制晶体,本文根据高斯光束的基本性质以及自聚焦透镜的传输特性,利用计算机模拟的方法,设计了能满足调制要求的自聚焦透镜。     

热透镜效应对激光光束聚焦的影响

利用高斯光束传播的ABCD定律,分析了热透镜效应对高斯光束聚焦的影响,对两种腔型做了数值计算和分析,并计算了不同焦距透镜对高斯光束聚焦后的腰斑半径和腰斑位置。通过计算分析表明对于同一高斯光束用短焦距透镜聚焦后得到的光斑比用长焦距透镜聚焦得到的光斑更稳定。     

CO2激光辐照氧化矾热像仪的实验

为了研究波段内激光辐照焦平面阵列热像仪时的性能表现.设计了一系列视场内辐照实验.理论上采用了平顶高斯函数和有限个复高斯函数之和模拟激光器输出的平顶型光束以及激光器输出镜和光路中各种光学元件构成的光阑,结合近轴光学系统的柯斯林光束衍射公式计算了激光光束的传递以及变换.在实验中,通过在光路中放置单透镜光学元件以及调节该元件...     

古斯-汉欣（Goos-Hänchen）位移研究综述

古斯-汉欣位移是一种反常的光学现象,当一束有限横截面积的光束在不同折射率的两种介质界面发生全反射时将产生一个侧向的位移,也就是说反射点和入射点不在同一点,此位移就称为古斯-汉欣(Goos-Hnchen,GH)位移。通过介绍近年来国内外的研究发展历程,研究了GH位移的数学推导、量子散射以及其在位移传感器、溶液浓度变化的测量等方面的实际应用。     

基于亚波长光栅的负折射光子晶体成像研究

理论上折射率为-1的平板超透镜可以实现完美成像,但等效折射率为-1的光子晶体结构,不满足介电常数ε=-1和磁导率μ=-1的条件,光子晶体与自由空间阻抗不匹配,某些角度的入射光与光子晶体内布洛赫波不能耦合,致使该空间频率光信息丢失,限制了光子晶体成像分辨率。为了提高成像分辨率,在光子晶体表面设置亚波长光栅结构,利用光栅的增透减反和波矢匹配作用,提高光子晶体对入射光的耦合效率。通过调整光栅周期,使更多高空间频率分量参与成像,同时抑制低频分量的传输。设置亚波长光栅结构后,光子晶体成像分辨率由597 lp/mm提高到了850 lp/mm,突破了衍射极限。     

基于GaP光子晶体的平板超透镜设计与研究

超透镜是基于超表面对光场调控的成像器件，由于其具有体积小型化、工艺流程化的优势，在器件轻量化、便携性方面具有很好的应用前景。针对当前市场对透镜的体积需求，使用时域有限差分法模拟了一种新型结构的超透镜，它是基于光子晶体的平板超透镜，尺寸为长2μm，宽1μm，工作波长在717 nm可见光波段。该平板超透镜以TiO₂波导作为衬底，由Au和GaP两组周期相同的光子晶体呈相切的结构共同蚀刻在TiO₂波导上，模拟研究透镜成像效果。此外通过引入一系列不同形状的缺陷，研究其对平板透镜成像结果的影响，结果表明，当缺陷结构为矩形尺寸：Lx=0.5μm,Ly=0.8μm时，该平板超透镜呈现出最好的成像效果，达到了0.556λ数值的超分辨，极大地提高了成像质量。未来该平板超透镜在可便携的成像设备，AR,VR以及小型医疗设备等各个领域具有极大的发展潜力。     

微型透镜焦距的测定方法

本文提出一个测定微型透镜焦距的方法,此方法基于高斯光束的传播特性,在光束穿过微型透镜之前和之后分别对光束腰进行测量。通过对由作图法构成的微型透镜进行测量而获得实验结果,所获结果与采用其他方法测得的结果进行比较,它们之间的差异小于10%。     

爆炸容器动态径向变形非接触测量技术

基于激光多普勒效应的动态测量技术具有精度高、信噪比高、动态响应快、线性好、量程范围大和非接触等优点.为获得爆炸容器径向变形参数,设计非接触激光多普勒纵向位移测量系统.采用外差式光路结构,实现被测目标运动方向的辨别,提高抗干扰能力;利用高斯光束理论和束腰特性优化光路结构,使高斯光束束腰聚焦在爆炸容器被测表面上,实现最小聚焦光斑,提高光信号的强度和信噪比;根据爆炸容器径向变形的特点,研究相应的数字滤波和频谱分析方法,实现高速变化位移的动态测量.系统的位移测量范围为-30 mm～+30 mm,速度变化范围为-10 m/s～+20 m/s,测量距离为4.5 m.爆炸容器在内部爆炸载荷作用下的径向变形测试结果表明测试系统性能是可靠的.     

热透镜效应对激光光束准直的影响

利用高斯光束传播定律,分析了热透镜效应对激光光束准直的影响,对两种不同的腔型做了数值模拟与计算,并计算了经具有不同MT因子的调焦望远镜系统准直后的激光光束的发散角与光斑尺寸。通过计算与分析表明,对于同一高斯光束,用MT因子较大的系统可以获得更好的准直效果,准直后光束的发散角更稳定。     

太赫兹波段光子晶体温度传感器的研究

使用对太赫兹波段有吸收效应的掺杂硅设计光子晶体结构,使得在光子带隙内的光波被吸收,并加上金属反射镜面将光子晶体的吸收峰和法布里-珀罗(F-P)谐振吸收峰结合,使此结构在0.29～0.31 THz波段达到宽频吸收,并且在0.31～0.34 THz波段通过测量光子晶体的反射率可以计算出对应温度。在使用商业电磁仿真软件CST2014仿真和优化参数后,反射率对应温度变化的变化范围是0.09～0.36,即最大值与最小值有4倍之差,这一特性表明,此结构的反射率变化随温度变化十分明显,是一款十分灵敏的温度传感器。此外,在入射角不大于40°时,结构性能依然良好。     

Tribological properties of asperity arrays coated with self-assembled monolayers

The effects of a self-assembled monolayer (SAM) coating on the friction and pull-off forces were determined by using two-dimensional asperity arrays on silicon wafers. The arrays were coated with SAM composed of one of five different alkylchlorsilanes. First, two-dimensional asperity arrays were created by using a focussed ion beam (FIB) system to mill patterns on silicon plates. Each silicon plate had different patterns of equally spaced asperities. Each pattern (5 × 5 μm²) had a different radius of curvature of the asperity peaks, ranging from about 200 to 2500 nm. Then, each silicon plate was immersed in a solution of a different alkylchlorsilane in hexane (either hexyltrichlorosilane, octyltrichlorosilane, dodecyltrichlorosilane, tetradecyltrichlorosilane, or octadecyltrichlorosilane), thus coating the asperity arrays with SAM. The friction and pull-off forces on the SAM-coated arrays were measured by using an atomic force microscope (AFM) that had a square flat probe. The pull-off force for SAM-coated silicon was roughly proportional to the radius of curvature of the asperity peaks. The magnitude of the pull-off force corresponded approximately to the capillary force calculated by using the contact angle of water on the surface of SAM. The friction coefficient correlated with the inverse of the alkyl-chain length of the SAM.     

VCSEL直接倍频蓝光固态激光器的研究

980 nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)采用直接倍频和在复合腔中倍频两种方式实现了490 nm蓝光输出。整形采用0.23p@980nm的自聚焦透镜(GRIN lens),倍频晶体选择非线性系数相对较大、允许角相对较宽的LBO晶体。在VCSEL输出功率为530 mW时,选取透过波长为980 nm、长度为0.23 pitch的自聚焦透镜整形,倍频晶体选择2 mm×2 mm×5 mm的LBO晶体,输出了50 μW的490 nm蓝光,在增加了曲率半径R=50 mm的外腔镜后得到了70 μW的490 nm蓝光。     

衍射光多普勒频移的实验研究

为了证明由周期性造成的光的"负折射"现象不同于光的衍射现象,采用光学外差干涉法,对运动的平面光栅的衍射光进行多普勒频移的测量。通过对参考光引进频移的方法,让拍频值和参考光频移值对比确定衍射光所发生的多普勒频移的正负,验证了周期性的平面光栅当入射光与出射的衍射光在法线同一侧时发生的多普勒频移是正常的。说明仅由周期性造成的"负折射"现象,并不能产生反常多普勒效应;具有反常多普勒频移的周期性二维光子晶体才具有反常的等效负折射率,"左手"材料的反常性质并不仅是由于周期性造成的。     

KDP晶体支撑系统工作姿态确定

为了确定一个KDP晶体支撑系统的合理工作姿态,研究了工作姿态对支撑系统变形、KDP晶体偏转和激光束入射角的影响。首先,提出了关键刚度分量的概念,并采用这一概念对不同工作姿态时支撑系统在重力作用下的变形进行了理论分析。其次,采用有限元方法计算了重力作用下支撑系统的变形,以及由此引起KDP晶体的偏转和激光束入射角的变化。最后,对不同工作姿态时支撑系统的变形、KDP晶体的偏转和激光束入射角的变化进行比较,并分析了关键刚度分量的影响。数值计算结果表明,受关键刚度分量的影响,不同工作姿态下支撑系统的变形、引起KDP晶体的偏转和激光束入射角的变化不同。支撑系统为最优工作姿态时,激光束入射角的变化达到最小值76μrad。这一结果满足KDP晶体支撑系工作姿态确定的相关要求。     

一种基于高斯光束的平凹激光腔对准方法

给出了一种基于高斯光束的平凹激光腔对准方法。在高斯准直光束后加一透镜系统,恰当地调整准直高斯光束到某一种汇聚发散的状态。在这种状态下,可使由平凹腔凹面镜和平面镜反射回来的光斑直径大小相仿,解决了不加透镜系统时,两反射回来光斑直径相差很大,难于对准的问题,提高两光斑的对准精度。实验使用束腰为0.6 mm的氦氖光,其后加一优化好的透镜系统,在889 mm的距离下,对凹面镜曲率半径为50 mm的平凹腔进行对准。得到由凹面镜和平面镜反射回来的光斑直径分别为4.8 mm和5.1 mm,平凹腔的角度对准精度达到了3.18'。对准好的腔体在点亮LD后,均能出基模光斑。实验结果与理论分析相符,证明了该对准方法结构简单,执行方便。     

二维光子晶体中反常Doppler效应的相位演变

光在具有负等效折射率的二维光子晶体中传输时会产生反常Doppler现象,为了分析光在该反常效应中传输时的相位变化,首先用时域有限差分(FDTD)法仿真了光经过静止光子晶体时的负折射现象,然后对光子晶体中沿光传输方向的Bloch波做快速傅里叶(FFT)处理。对滤波后的频谱,用iFFT反演出各平面波分量,并通过分析各平面波分量的相位演变,分离出与负折射产生有关的后退波分量。然后,将实验中的连续运动过程分解为各静止瞬间,分析了各相邻时刻探测面上信号光和参考光的相位变化,此处两束光的相位变化差随时间的变化量就是差频。静态FDTD方法仿真计算得到的差频与理论值的误差约为20%,能较好解释反常Doppler效应发生过程中光的相位变化。本文的研究揭示了反常Doppler效应发生时光子晶体中起作用的分量的相位变化,也为研究光在运动介质中的传输特性提供了新的思路。