双层介质球的弹性高斯光散射

本文利用高斯光束场的矢量球波函数展开式，给出了高斯光束入射到单层，双层介质球上的弹性散射场分布。     

泵浦光的离轴对激光器性能影响

利用光纤耦合激光二极管端面泵浦固体激光器,研究了在近阈值条件下,泵浦光偏离振荡光谐振腔轴线距离的变化对激光器输出模式、阈值功率、斜效率和光束质量的影响．实验结果表明,当泵浦光相对振荡光谐振腔轴线的偏离量增加时,激光振荡阈值、斜效率和光束质量因子将增大;激光输出模式从低阶向高阶厄米-高斯模转变,并且在相同的泵浦光偏离位置下,随着泵浦光电流的增大,晶体热效应显著,模式竞争加剧,会出现高阶向低阶厄米-高斯模的转变．     

带球差的分数傅立叶变换系统的传输特性研究

以广义衍射理论和矩阵光学为基础,介绍了两类带透镜球差的分数傅立叶变换系统.该文以平顶高斯光束入射为例,进行了数值模拟,详细分析了平顶高斯光束在两类带透镜球差的分数傅立叶变换系统中的传输特性.结果表明,球差对输出面上光强分布的影响是比较大的.正球差起会聚作用,负球差起发散作用.在考虑透镜球差的情况下,两类实现分数傅立叶变换的系统不再等价.     

TEM11模式厄米-高斯光束的单光子捕获概率的研究

为了给出TEM11模式厄米-高斯光束的单光子捕获概率密度及概率,采用TEM11模式厄米-高斯光束激光脉冲作为单光子源,单光子捕获采用前驱波参考脉冲设置时间窗口的方法,对低轨道星-地链路中TEM11模式厄米-高斯光束单光子捕获概率进行了仿真分析,并给出了单光子捕获概率密度的分布和其最大概率.     

斜入射情况下猫眼效应反射光的原路返回特性

为研究斜入射情况下猫眼效应反射光的原路返回特性,提出确定猫眼效应原路返回性的严格判据是反射光与入射光的重心是否重合.按照高斯光束通过透镜的传输和变换规律,推导得出倾斜高斯光束通过光学镜头后的猫眼效应反射光的重心坐标,然后通过与入射光重心坐标的对比分析发现,猫眼效应反射光的原路返回特性与入射角、离焦量和焦距等参数具有一定的约束关系,仅在理想正入射情况下才具有严格意义上的原路返回性.     

偏心高斯光束的强度分布

根据Collins公式得到了离轴高斯光束通过光学系统后的变换关系，分析了变换后光束强度分布的特点，结果表明变换后的光束为偏心高斯光束，进而导出了偏心高斯光束在垂直于传输方向上强度分布的近似表达式．最后以薄透镜系统为例，数值计算了该方向上的强度分布；以及不同位置处，偏心高斯光束与高斯光束强度分布的偏离程度，表明束腰平面上强度分布为高斯分布，随着考察面到束腰平面距离的增大，此偏离程度迅速变大．     

高斯光束经含光阑失调光学系统的传输特性

为分析光学系统中圆孔光阑和透镜失调对高斯光束传输特性的影响,利用硬边椭圆光阑的近似展开式和适用于失调光学系统的广义衍射公式,推导了高斯光束经含失调圆孔光阑的失调光学系统传输的近似解析式,得出了输出光束场分布与光束参量、孔径尺寸、ABCD矩阵元、光阑和光学系统失调量间的关系。针对特定光学系统,定量分析了各失调量对输出光束场分布的影响。     

蒙特卡罗方法模拟生物组织中光的分布

用蒙特卡罗方法模拟了准直激光束垂直入射于生物组织的过程,分析了光子在生物组织中的运动轨迹、光学参数对能量分布的影响、吸收能量密度和光能流率随组织厚度和半径的变化情况、组织表面径向和角向分辨的漫反射率的变化情况,并利用卷积模拟了高斯光束与平圆光束在生物组织中的传输。结果表明: 准直光束入射组织时,能量主要集中在中央束轴附近;g因子增大,光子前向运动增强;吸收系数μa增大,光子数的分布沿纵向和径向会同时减小;光能流率与吸收能量密度相比变化平滑;高斯光束的能量分布比平圆光束集中,变化迅速,中心位置处吸收能量密度大。     

两束艾里光束在Kerr和饱和非线性介质中的相互作用

采用分步傅里叶法对两艾里光束在Kerr介质和饱和非线性介质中同向和反向传输时的相互作用进行了数值模拟,探讨了两艾里光束的入射光间隔对相互作用的影响.结果表明:当两艾里光束的入射间隔大于其主瓣宽度时,在两介质中同向或反向传输的孤子均被束缚在原入射光束中稳定传输,无相互作用;当两光束的入射光间隔小于等于主瓣宽度时,在Kerr介质中同向传输的两光束在光强E=3时相互吸引而在E=4时由最初的相互吸引变为相互排斥,反向传输保持相互排斥的性质;在饱和非线性介质中两光束在任意光强都保持同向相互吸引、反向相互排斥的特性.     

准直器插入损耗分析

降低准直器的插入损耗是生产准直器的难点，本文在几何光学和高斯光束传输理论的基础上，利用矩阵光学原理和高斯光束耦合理论对准直器的原理和损耗进行计算和分析，提出一种用自聚焦透镜与球面透镜进行匹配的方法，并通过实验证明该方法能有效降低准直器的插入损耗，在生产过程中将逐渐采用这种方法进行装配，以提高生产效率．     

异向介质平板对高斯波传播的影响

为了研究异向介质的电磁特性,建立了高斯波束入射到异向介质平板模型.用数值模拟的方法给出了异向介质平板内外部电磁场的分布.异向介质采用周期排列的金属棒与开路环谐振器的阵列结构,工作在14.2 GHz的频率上,对应的折射率为n=-0.71.模拟结果表明,异向介质平板对垂直入射的高斯波具有会聚的作用,对倾斜入射的高斯波在负方向上将产生比其他具有正折射率的平板更大的波束位移.     

多模光纤耦合LD输出光束的空间耦合技术

为了研究多模光纤耦合LD输出光束通过空间耦合后的光场分布,分析了多模光纤输出端面的光场分布,用光学ABCD矩阵讨论了多模光束通过光学系统的变换特性.并实验测量了通过薄透镜耦合后的光束分布参数,测量结果在束腰附近与计算结果相当吻合;对不同薄透镜的数值计算发现,增加入射光束到透镜的距离,或者使用短焦距的透镜,都能起到压缩光斑尺寸的目的.对于空间耦合泵浦固体激光器的光纤耦合LD的输出光束,使用短焦距的透镜要优于使用长焦距的透镜.     

功能梯度材料板中弹性波的传输系数研究

研究了置于流体中无限大各向同性功能梯度材料板相对于入射弹性波的传输系数.首先给出弹性波在多层介质中传播的循环刚度矩阵计算方法,然后利用该方法计算了弹性模量以幂函数形式变化、泊松比不变的功能梯度材料板相对于入射弹性波传输系数,分析了材料性能的梯度变化对传输系数与频厚积关系的影响.结果表明当频厚积较大时,材料性能的梯度变化明显影响弹性波的传输系数.     

多波段激光合束镜温度适应性分析

环境温度是激光合束镜设计过程中需要考虑的重要因素。研究了实际应用中环境温度对合束激光光束质量产生的影响。对高功率红外激光常用的材料Zn Se建立光-机-热集成仿真,利用瞬态导热方程和应力应变平衡方程对温度场,应力场进行仿真计算。将离散的有限元数据提取后通过Zernike多项式拟合镜面畸变。并将透镜折射率的变化转变为光程差的变化,求得出射激光远场光强分布、β因子、环围能量比BQ作为激光光束质量的评价标准。在环境温度(-40℃~+50℃)条件下,长波段激光光束质量保持较好,其β因子最大值为1.761;短波段激光光束质量接近衍射极限,其β因子最大值为1.072。结果显示在环境热冲击下通过合束镜的长波激光以及短波激光保持了良好的光束质量,满足合束镜环境温度使用要求。     

光镊模型的矢量衍射矩阵化方法与应用研究

光镊是生物物理以及生物工程领域的一种重要工具,光镊模型及其求解是目前的一个研究重点。根据矢量散射的基本原理和米氏散射作用,提出了一种将矢量衍射方程矩阵化的方法,该方法把经过透镜汇聚的入射光束进行平面波分解,结合米氏散射公式与旋转变换,然后导出了散射光场的矩阵形式,最后将该矩阵应用于模拟计算米氏散射的光场。此方法不限制光束的波长,不但简化了运算难度,也获得了与无散射情况下的矢量衍射计算、有散射情况下的瑞利近似计算各自相同的结果。本文的研究方法可应用于具有一定大小粒子的散射计算,为进一步控制光镊行为提供了依据。     

光在双层双折射系统中的传播过程

目的 研究正入射条件下光在双层双折射系统中的传播规律。方法 利用该双层系统，光束每经过一次交接面，反射光和透射光的数目将是入射光束数目的两倍，用矩阵方式给出了其精确的传输过程。结果与结论 光在该系统中的多次反射与透射，光束的数目成几何级数增加，为研究该系统的干涉图样并进一步研究法布里－珀罗干涉仪打基础。     

光在双层双折射系统中的传播过程

目的研究正入射条件下光在双层双折射系统中的传播规律.方法利用该双层系统,光束每经过一次交接面,反射光和透射光的数目将是入射光束数目的两倍, 用矩阵方式给出了其精确的传输过程.结果与结论光在该系统中的多次反射与透射,光束的数目成几何级数增加,为研究该系统的干涉图样并进一步研究法布里-珀罗干涉仪打下基础.     

短脉冲激光在散射性介质中传输的时域有限元分析

从瞬态辐射传输方程出发,利用最小二乘变分原理,发展了基于离散坐标形式辐射传输方程的最小二乘有限元方法,并将其用于模拟短脉冲激光在二维散射性介质中的瞬态传输现象。首先简要介绍了求解瞬态辐射传输方程的最小二乘有限元公式,然后以脉冲激光在生物介质中的应用为背景,考察了脉冲激光入射二维非均匀散射性介质的情况,调查了不同位置处时域信号的演化规律,为短脉冲激光在生物医学领域中的应用研究提供了有价值的参考数据。结果表明：对于局部短脉冲入射条件下的非均匀散射性介质,早期的时域反射信号能够较多地反映出介质光学属性分布信息,而距离入射光源较远的测量位置,由于辐射信号经过了较长时间的衰减,所包含的介质光学属性分布信息较少。     

各向异性大气湍流中涡旋Lommel光束传输特性

为了更有效地减小光波大气传输中湍流的影响,探索减缓湍流效应的措施,基于涡旋光束和大气湍流中光传输的马尔科夫近似理论,应用将涡旋光束分解为柱坐标中螺旋谐波叠加的方法,推导得到无衍射洛默尔涡旋光束在考虑内外尺度的各向异性非科尔莫戈罗夫大气湍流中传输的接收功率和串扰功率模型．分析了洛默尔光束在不同强度和不同程度各向异性湍流中传输时波束参量和湍流参量对不同轨道角动量模光束的接收功率和串扰功率的影响．结果表明,随着湍流各向异性程度的增加,各个轨道角动量模的接收功率增大,串扰功率减小．非科尔莫戈罗夫谱幂指数的变化对接收功率和串扰功率的影响较大,且洛默尔光束形状接近于圆对称模式时能更好地减缓湍流的影响．理论推导表明,在各向异性大气湍流中洛默尔光束的传输性能要优于多汉克-贝塞尔及拉盖尔-高斯涡旋光束．     

单球面透镜产生线光束的理论分析与计算

基于几何光学定律和菲涅耳公式，建立了单块球面透镜生产线光束的数学模型，给出了光束出射角、橡距、像散、光强分布的计算公式，通过计算机仿真计算，得出了一些有益的结论。指出了大入射角产生的大像散是单球面透镜产生线光束的原因，子午面内光束各点的反射和透射系数不等。是它使入射的细高斯光束趋于均匀化的原因。理论与实验结果吻合。