高斯波束对水中柱形粒子的声辐射力研究

根据级数展开理论,将入射高斯波束用柱函数展开,计算得到高斯波束的波束因子。根据声波辐射力理论,推导了水中位于高斯波束中心的柱形粒子在声场中的辐射力的解析表示式,对不同材料的柱形粒子在高斯波束作用下的声辐射力进行了数值模拟,讨论了高斯波束的束腰半径的变化对柱形物体所受声波辐射力的影响。仿真结果表明,高斯波束的束腰半径对声辐射力有影响,随着束腰半径的增大,位于波束中心的柱形粒子所受的声辐射力逐渐变大,当束腰半径远大于声波在水中的波长时,声辐射力的大小接近平面波声场的声辐射力。     

高斯波束对水中球形粒子的声辐射力研究

该文根据级数展开理论,将入射高斯波束用球函数展开,计算了高斯波束的波束因子,并根据声波辐射力理论,推导出球形粒子在高斯波束轴上偏离高斯波束中心时所受声辐射力的解析表达式,对刚性和液体球形粒子在高斯波束作用下的声辐射力进行了数值模拟,分别讨论了高斯波束束腰半径的变化及球形粒子位置的变化对辐射力特性的影响。仿真结果表明,当球形粒子半径与波长的比值(ka)固定时,高斯波束束腰半径对声辐射力有影响,随着束腰半径的增大,球形粒子所受的声辐射力逐渐变小;当球形粒子的半径相对波长较小,球形粒子在波传播方向上向相反方向等距离偏移高斯波束中心时,球形粒子所受的声辐射力大小相等,方向相反。     

等离子体球对离轴高斯波束的电磁散射

基于高斯波束波形因子的局域近似解和电磁场的球矢量波函数展开方法,研究了离轴高斯波束入射均匀各向异性磁化等离子体球的电磁散射特性.数值计算了波束参数和粒子参数对雷达散射截面(RCS)随散射角分布的影响.分析了改变波束束腰半径和粒子偏离波束轴距离时,RCS的分布特点.结果表明:前向散射截面与束腰半径的变化成正比关系;束腰半径的变化对RCS随散射角分布有很大影响;球粒子偏离波束轴距离的大小影响RCS极值的位置和角分布特点.     

毫米波雨雾颗粒环境传输测量系统

毫米波在颗粒环境中传输特性是毫米波通信技术的重要基础性问题。为探索毫米波传输在可控颗粒环境下的测量，基于准光学理论设计了双反射面高斯波束传输系统。该系统包含一对多张角喇叭和两个椭球聚焦反射面。多张角喇叭用于产生高斯度大于96%的高斯波束；聚焦反射面将发射波束重新聚焦，使得输出波束参数与发射波束参数相同。此外，基于矢量网络分析仪加扩频模块的实验方案，对准光传输系统在75~110 GHz频率范围进行了测试，得到该频率范围内整个系统的损耗。测试结果表明系统本身的损耗仅有2~4 dB，表现出良好的传输特性。基于本系统的初步喷水实验为可控颗粒环境下传输测量奠定了基础。     

非傍轴双曲余弦高斯光束质量因子的研究

运用非傍轴标量光束的光强二阶矩理论,计算了非傍轴双曲余弦高斯光束的束腰半径、远场发散角、质量因子,并与傍轴双曲余弦高斯光束的质量因子进行了比较研究。数值计算表明:当双曲余弦高斯光束束腰半径较大时,傍轴与非傍轴理论计算的光束质量因子变化规律完全相同;束腰半径较小时,傍轴理论的计算结果有较大误差。     

准光学谐振腔测高温超导薄膜表面电阻

研制了工作在94GHz的两球面镜组成的测高温超导表面电阻及其分布的准光学谐振腔测试系统,腔体的Q值高达1.4×105,高斯波束的束腰半径为2.51mm.此方法具有不损伤超导膜片,灵敏度高,并能检测大面积超导薄膜表面电阻均匀性的优点.     

激光光学系统设计中球差对像方束腰的影响

文章主要针对激光光学系统设计中存在的球差对高斯光束像方束腰半径的影响进行了详细的讨论,并给出了具体关系。同时以曲线的形式分析了当物方束腰的位置和光学系统焦距变化时,由球差引起的像方束腰半径变化量也随之改变。最后通过激光羽烟衰减测试系统中聚光光学系统的设计实例说明了球差对高斯光束像方束腰的影响。     

矢量衍射理论的比较研究及标量近似的有效性

光束束腰与波长相比拟时,标量近似已不再成立.以高斯光束的微小圆孔衍射为例,对矢量衍射场的级数解、非傍轴近似解以及精确解进行了详细的数值计算和比较研究.结果表明,对受硬边光阑限制的非傍轴光束,级数展开法适用于处理光束在近场区域的传播,而非傍轴近似解则适用于处理非近场区域光束的传播,具有一定的互补性.讨论了高斯光束圆孔衍射标量近似的有效性,当高斯光束的束腰半径、衍射孔孔径大于几个光波波长时,标量衍射理论是精确、有效的.     

非傍轴双曲正弦高斯光束质量因子M2的研究

在标量光场角谱衍射理论的基础上,应用精确光强定义下的非傍轴标量光束的光强二阶矩理论,计算了非傍轴双曲正弦高斯光束的束腰半径、远场发散角、质量因子,并与傍轴双曲正弦高斯光束的质量因子进行了比较研究。数值计算表明,当双曲正弦高斯光束束腰半径较大时,传统光强定义下的光强二阶矩理论近似成立,傍轴与非傍轴理论计算的光束质量因子变化规律完全相同;束腰半径较小时,傍轴理论计算的结果有较大误差,必须采用精确光强定义下的非傍轴光束质量因子的定义作修正。     

一种十频段准光学馈电网络

针对毫米波亚毫米波探测仪对准光学馈电网络的需求,基于GRASP软件设计了一套23～425 GHz 10频段准光学馈电网络。采用平面折返镜实现双层准光学馈电网络设计,有效控制系统结构包络;通过极化栅网和频率选择面(FSS)分离通道,对通道指标进行仿真分析。采用平面近场方法对准光馈电网络辐射性能进行测试,测试结果满足指标要求。     

直边衍射激光驻波场中铬原子的沉积特性研究

为了研究沉积基片对激光驻波场的影响,基于半经典理论,采用4阶龙格-库塔算法对直边衍射效应影响下铬原子的3维运动轨迹和3维沉积条纹结构进行了仿真。研究了激光束腰中心到反射镜的距离、高斯激光束腰半径对最终沉积过程的影响。结果表明,通过适当地调节实验参量,可以改变激光驻波场受到衍射效应的程度;当反射镜位于激光束腰截面处、高斯激光束腰半径为62.5μm时,纳米沉积条纹的质量最理想。这将为原子光刻实验提供有益的理论依据和数据信息。     

基于高斯光束与射线追踪的短波波场计算算法

短波通信中几何光学理论难以计算焦散波场的传播问题,提出一种基于高斯光束的短波传播计算算法.首先,采用高斯光束法将产生高频波场的波源分解为若干个高斯光束;然后,通过射线追踪法与拉格朗日公式计算每个高斯光束,通过沿光束中心射线的ODE(常微分方程)计算曲率与光束宽度等定量;最终,采用泰勒展开式决定中心射线附近光束的贡献度,将接收点附近的高斯光束进行加权求和,获得接收端的波场.实验结果表明,本算法可有效地计算焦散的短波传播,并且与几何光学法的误差极为接近.     

反常涡旋光束锥形折射特性分析

为了分析反常涡旋光束的锥形折射,利用锥形折射衍射理论,给出了反常涡旋光束通过双轴晶体光场的表达式。通过数值模拟,分析了锥形折射的环半径和光束束腰半径的比值、光束阶数、拓扑荷数和传播距离等参数对传输特性的影响。结果表明:当锥形折射的环半径远大于光束束腰半径时,在焦像面处,反常涡旋光束的锥形折射光场与高斯光束的双环结构不同,其光场是多环结构;随着拓扑荷数的增加,在焦像面处的亮环数也会增加;光场进一步传输时,光场从多环结构转换成双环结构,且内外环结构特征也会发生变化。     

高斯光束照射下联合变换相关器特性研究

为了研究联合变换相关器中照明光束对输出相关点的影响,针对特定目标图像,采用数值模拟的方法,定量分析了联合变换相关器中照明光束为高斯光束时,输出相关峰值随高斯光束特性参量和输入图像在输入平面上位置的变化情况。得到了输出相关峰值随高斯光束腰斑半径减小和输入平面上目标图像位置偏离高斯光束中心距离的增加而减小的结果。模拟结果显示,如果腰斑半径1mm的高斯光束,扩束为腰斑半径32mm的高斯光束时,刚好满足输入图像在光斑边缘处输出相关峰值为输入图像在光斑中心处输出相关峰值的90%,则要求扩束前后高斯光束腰斑中心振幅比值为5.7。结果表明,为使输入图像在整个输入平面上任何位置都输出高的相关峰值,扩束后的高斯光束腰斑半径应满足一定要求。     

透镜球差对光纤输出激光器耦合效率的影响

使用光线追迹法分析高斯光束的透镜变换过程。首先使用高斯光束的透镜变换公式计算透镜的焦距及放置位置等耦合系统的参数,然后建立直角坐标系并利用耦合系统的参数构建方程,对边缘光线追迹,计算出像方束腰半径值。根据两种不同方法计算的束腰值计算激光束与光纤的耦合效率并进行比较,得出透镜的球差使得耦合效率降低的结论。最后采用双胶合透镜对球差适当的消除,耦合效率得到提高。     

会聚高斯光束光轴上的光场强度分布

根据惠更斯一菲涅耳原理，推导出会聚病折光束经圆形孔径衍射后光轴上的场分布及强度分布表达式。讨论了轴上点光强最大值相对会聚高斯光束束腰的偏移量同衍射孔径及高斯光束参数的关系。     

Generation of millimeter wave Gaussian beams and their propagation in a dielectric waveguide

Linearly polarized fundamental mode Gaussian beams were generated and coupled to a hollow circular oversized dielectric waveguide by placing the waist of the beam at the guide entrance. The transmission properties of the waveguide were characterized as a function of frequency for a variety of coupling conditions. These conditions included changes in the input beam waist radius, angle of incidence, and displacement perpendicular and parallel to the guide axis. It has been found that: 1.) power transmission is maximized when the waist of the input beam is centered at the guide input, injected normally, and has a radius of 0.43 times the waveguide radius, 2.) power transmission decreases rapidly with increasing angle of incidence and the rate of that loss increases with frequency, 3.) the waveguide preserves the linear polarization of the input beam, 4.) power transmission in the fundamental waveguide mode is not greatly affected by moderate displacements in the input beam position, and 5.) upon exit from the waveguide the launched EH₁₁ mode propagates as a fundamental mode Gaussian beam in the quasi-far field. The results compare favorably to the transmission theory of Belland and Crenn and approximately to the near and far field mode pattern theory of Degnan.