凹形弯曲液面的边界反射及应用

发现了凹形弯曲液面上边界反射光场的带状亮场扩张效应.当平行激光束垂直入射到两平行平板之间润湿效应引起的凹形弯曲液面上时,边界反射产生特殊反射图样,图样的中间为带状亮场,两侧为暗场,亮场中有清晰的带状衍射条纹,并且亮场宽度随入射光束宽度的增加而迅速地变大.分析了反射图样中带状亮场宽度与入射光束宽度的解析关系,进而精确地描述凹形弯曲液面的斜率和上升高度,建立了一种描述凹形弯曲液面特性的新方法.     

飞机燃油管道中的润湿阻力及其光学测量

文中建立一种激光测量燃油管道润湿阻力的方法及实验装置。得到了小流管条件下润湿阻力大小的解析表达式,即液体表面斜率与反射亮场及入射光通光半径之间的解析关系。根据弯曲液体表面光反射原理及光电自动检测原理,建立了润湿阻力的激光测量实验装置。依据激光反射图样光斑大小可以测出液面的斜率和液面与管壁的接触角。再根据润湿阻力的解析式,得到了润湿阻力大小。实验上,观察到特殊的弯曲液体表面激光反射图样,该图样为圆形光斑,具有明显的干涉圆环。圆形光斑的大小不仅与入射光通光半径有关,而且与表面的弯曲度有关。理论上润湿阻力的大小与液体的表面张力成正比,与接触角的余弦值成正比。本装置具有无损和自动化特点。     

激光在测定液体表面张力系数及折射率中的应用

实验发现 :激光束照射在振动的液面上 ,表面波对入射光可产生衍射 ;用扩束后的激光束入射在插入细针的液面区 ,其反射光场中心分布近似为一暗椭圆形。以上两种实验现象机理 ,可用于液体表面张力系数的测定。激光经小孔透射样品池中的液体介质 ,在液体上表面发生遮光效应 ,根据其机理 ,建立了一种测量液体折射率的新方法     

平行平面光束在生物组织中的能量衰减

生物组织的光学成像技术一直是国际上的一个热点．相对于其它传统的临床诊断手段如Ｘ－ＣＴ等相比具有很大的优点．由于它是一种非侵入性的检测手段,采用的光源是近红外光,对人体不会有大的危害．目前的时间分辨层析术利用了在无限细光束入射时蛇行光在组织中近似沿直线传播,其能量衰减近似满足比尔定律．然而这种方法有一个缺点就是它只能进行点－点扫描,要得到一幅图像需要很长的时间．我们考虑当平行平面光束入射到生物组织时蛇行光的能量衰减．与无限细光束入射时的情况不同,透射面上任一点的光强不但与积分时间有关,还与入射面上…     

激光引力波望远镜镜面杂散光测试方法

激光引力波望远镜的杂散光来源主要是细光束入射到镜面产生的反射杂散光。1 W的激光入射产生的杂散光需抑制到10-10 W以下,否则将严重影响主要参数光程差的测量精度。针对该应用背景,考虑了在细光束入射到镜面条件下由杂散光测试数据重构表征镜面反射特性的双向反射分布函数（BRDF）参数的可行性。传统方法测量BRDF需要4个转角,系统复杂不便于实时应用。为此基于光学元件各向同性和镜面杂散光模型的对称性,综合考虑了平面镜、曲面镜以及光束衍射效应、测量误差等因素,提出了一种仅利用子午面内一维测量若干个点的散射数据即可重构得到BRDF参数的方法,并用数值方法对其可行性和测量精度进行了验证。     

Compton散射对光子晶体中光束自陷的影响

用相干函数法研究了Compton散射下圆形部分相干光束在全内反射光子晶体中的自陷行为。研究发现,散射使光谱中非相干成分和衍射效应降低,形成孤子的几率提高。传输中孤子振荡幅值、压缩程度、变化周期、半径均比散射前小,相干半径比散射前大,自聚焦起主导作用。     

CO2激光气化切割非金属材料的机制分析

研究了CO2激光气化切割高吸收率非金属材料的机制。基于实验拍摄的前沿形状和切缝形状，经过理论分析建立了激光气化切割非金属材料的三维能量耦合模型，分析了实际弯曲切割前沿和两壁面对激光的反射和能量吸收过程。前沿和壁面的能量吸收主要决定于入射光束的前三次入射(即两次反射)，前沿本身的多次反射增强了前沿底部的功率密度，而壁面的多次反射增强了前沿中下部位的功率密度。正是由于多次反射的存在，使得整个前沿都有功率密度分布。两切口壁面对入射激光有波导作用，入射激光在左右两壁面之间相互反射，朝着切口深部传输，即所谓的“壁面聚焦效应”(Wall focusing effect)。     

强激光非线性自聚焦效应的研究

利用"星光Ⅱ"激光装置,观察到激光在硅酸盐介质传输中的非线性自聚焦现象;研究了输出光束质量随B积分的变化规律.实验研究表明,在入射光束质量变化不大的情况下,B积分比较小时,输出光束的质量基本上不发生变化;当B积分增大到一定值后,随B积分的增大,光束分裂为许多细光束,光束质量急剧变差.实验表明,对于"星光Ⅱ"激光装置的输出光束,B积分小于1.8,非线性效应对输出光束质量的影响比较小. 研究了入射光束质量对非线性自聚焦效应的影响.实验和理论研究表明,质量好的入射光束,输出光束质量急剧变坏时对应的B积分较大.此外,引入PSD方法分析了光束强度分布的粗糙程度.对不同的B积分,同样频率的调制,非线性增长速度不同.计算了实验所测光场频率大于1 mm-1的光场的RMS值,给出了光束RMS与B积分的关系曲线,研究了输出光束质量随B积分的变化规律,比较准确地解释了实验观察到的现象.(OA8)     

有限宽光束在生物组织中的传播

用ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ方法讨论了有限宽光束在生物组织中的传播,模拟了当无限细光束入射、高斯光束及平面圆光束入射到生物组织时的漫反射率及漫透射率等。模拟了有限宽光束在多层生物组织中的传播。     

圆形螺旋相位板的平面波夫琅和费衍射特性

为了研究圆形螺旋相位板(SPP)对平面波的夫琅和 费衍射特性,基于标量衍射理论给出了圆形SPP对 有限孔径平面波进行夫琅和费衍射时所产生涡旋光束的光强表达式。理论模拟分析了圆 形SPP的拓 扑荷数n、半径R等参数对涡旋光束光强分布的影响,结果表明,当圆形SPP半 径R不变时,随着拓扑荷n的增大,涡旋光束半径逐渐增大,并且光强分布中旁 瓣的比重显著增强;当拓扑荷n不变时,圆形SPP的半径R增 大,产生的涡旋光束半径反而会变小,但涡旋光束的相对形状基本保持不变。基于纯相位空 间光调制器(SLM)实现了圆形SPP对有限孔径平面波的夫琅和费衍射, 并对理论结果进行了实验验证,实验结果与理论分析一致。     

Reflective spectrum broadened by nano-particle-network in chiral liquid crystals

Based on the analytical expression of the electromagnetic field solution of a helical symmetric dielectric material, the relationship between spectral reflectivity and birefringence of a chiral liquid crystal and the blue shift of the Bragg reflection in the condition of oblique incidence are presented in this paper. The theoretical results indicated that: 1) If birefringence (An)of the liquid crystal is greater than 0.2 and the thickness of the liquid crystal layer reaches 3μm, the liquid crystal layer will reflect more than 90% of the incident light; 2)To reflect the whole visible spectrum by Bragg reflection,An of the liquid crystals in plane alignment state should exceed 0.6; 3) When the incident beam inclines to 60°from the normal direction, the blue shift of the reflective spectrum will reach to 100 nm. On the other hand, since the An of the commercial chiral liquid crystals is not larger than 0.2, to get the entire visible reflective spectrum, it needs to introduce a polymer network into the liquid crystals and make a sagging structure on the surface of substrates. The contribution of the network is to establish random anchorage that makes the pitch varied, hence broadening the Bragg reflection spectra.The random distribution of the sagging structure on the surface substrate is used to induce random screw axes of the chiral liquid crystal, which not only causes a blue shift of Bragg reflection but also further stretches the reflection spectra. Experiments demonstrated that the Bragg reflection spectrum could be broadened from by introducing both polymer network and sagging structure on the substrate surface cell.     

各向异性粗糙海面对掠入射激光的散射特性研究

针对目前粗糙海面的激光散射场模型并不适用于激光束掠入射的情况以及忽略风速的影响,基于Cox-Munk模型及基尔霍夫近似（KA）模拟各向异性粗糙海面,建立海面对掠入射激光束的方向反射率分布模型,仿真分析了方向反射率随风速、风向、入射角、入射方位角、反射角、反射方位角的变化规律,并通过水池实验进行了验证。结果表明:粗糙海面对激光束的散射能量主要分布在以被照射海面为顶点的圆锥形角空域,此空域角方向位于镜面反射方向附近,且随着风速的增加,空域角逐渐变大,对于掠入射的激光束,由于海浪的遮蔽效应,空域角方向会偏离镜面方向。该模型可以为激光半主动制导导弹对海上小目标射击研究以及利用激光束照射粗糙海面布设激光诱饵研究提供一定理论依据。     

PSD安装倾斜误差对光斑定位影响的研究

针对入射光能量为高斯分布时,位置敏感探测器(PSD)安装倾斜影响光斑定位的问题,建立了光斑定位畸变误差数学模型,并进行了仿真。仿真结果表明,光斑定位畸变误差随着PSD倾斜角度、高斯光束的束腰半径和与光束束腰之间的距离的增加而增加,其中前两项的变化对PSD光斑定位精度的影响在小范围内可以忽略,最后一项影响较大。所建立的光斑定位畸变误差模型及仿真结果为PSD的实际工程应用提供了有效的理论依据。     

直下式LED背光源模组第二扩散导光板光学特性分析

针对直下式发光二极管(LED)背光源模组均匀度低且模组厚度大的缺点,提出了加入第2扩散导光板的直下式LED背光源模组,并采用九点取值法及TRACEPRO软件,模拟了第2扩散导光板入光面及出光面、高度和厚度对背光源模组光特性的影响。结果表明,第2扩散导光板的入光面及出光面对背光源模组均匀度的提升影响较大。当入光面采用凹陷结构、出光面采用弯曲结构时,有利于增大模组均匀度;且模组的均匀度分别随凹陷结构半径的减小和弯曲结构半径的增大而增大。而其高度和厚度主要影响背光源模组的光斑显示效果,随着高度的增加,光斑范围增大,暗区团逐渐减小;随着厚度的增加,照度最大值增大但亮点增多,产生亮暗不均的现象,从而影响了背光的主观效果。     

方位角偏振光聚焦光斑的研究

对方位偏振平面波、高斯光束、贝塞尔-高斯光束和双环拉盖尔-高斯光束的聚焦特性进行了理论计算,分析了物镜数值孔径和截断因子对焦平面上光强分布、中心暗斑半径的影响,以及加入中心遮拦光阑对焦深和中心暗斑半径的影响。研究发现,4种模式光束形成的聚焦场中心暗斑半径随着数值孔径的增大,单调减小,其大小与数值孔径成反比,与波长成正比;截断因子的改变仅影响高斯光束和贝塞尔-高斯光束中心暗斑半径的大小,对其旁瓣强度的影响较小,但会使得双环拉盖尔-高斯光束焦场光强重新分配,能够形成等光强的双亮环结构;加入中心光阑能够减小焦平面上中心暗斑半径并增大焦深。     

Transmission Bandwidth of a Lens Waveguide with a Curved Axis

In a lens waveguide with a curved axis, light beams appreciably different in frequency split and take different paths due to the effect of chromatic aberration of lens. The deviation from a main beam can grow cumulatively through the curved lens waveguide. This effect knits permissible bandwidth to be transmitted without loss of beams. For bends having tilts and offsets at the connections to the straight waveguides, the deviation of the light beam from the guide axis due to the effect of chromatic aberration is derived. With random circular bends the bandwidth is inversely proportional to the square root of the number of bends and proportional to the average radius of curvature. For a normal design of the curved waveguide the allowable bandwidth is expected to be sufficiently broad for signal transmission, but it is narrow in the sense of optical frequency.     

向列液晶中的光控永久光栅

液晶中的光折变光栅在数据存储、实时全息术、干涉测量、光放大、相位共轭、光学图像处理和光束操控等领域具有潜在的应用价值。通过二波耦合的方法在掺C60的向列液晶中记录了永久光栅,该光栅的衍射特性能够被外加直流电场或以任意角度入射的、与记录光强度相当的一束平面光波控制。为了进一步了解光栅建立的机制,研究了在恒定外加直流电场下的电流动态过程,从而证明该光栅源于表面电荷的光调制。