螺旋相位调制双曲余弦高斯光束的梯度力研究

光梯度力在光镊技术中起着非常重要的作用。数值模拟了螺旋相位调制双曲余弦高斯光束在焦平面上光梯度力的变化。研究结果表明:双曲余弦高斯光束的偏心参数、螺旋相位的拓扑数可以显著地调节光梯度力分布,并且会出现一些新奇的光梯度力分布,如构成圆环形光陷阱、矩形光陷阱、阵列光陷阱等;另外,对于不同数值孔径、不同拓扑数,光梯度力随双曲余弦高斯光束的偏心参数的演化规律也显著不同。     

高斯涡旋光束通过像散透镜后的相位奇异特性

光场相位奇异特性研究在奇点光学研究领域中具有非常重要的意义。本文运用广义惠更斯-菲涅尔衍射积分公式推导出高斯涡旋光束通过像散透镜后的光场分布表达式,并研究了它在几何焦平面上的相位奇异特性。结果表明,高斯涡旋光束通过像散透镜后在几何焦平面上存在相位奇点,相位奇点受到透镜的像散系数、光束束腰宽度和涡旋离轴量等参数的影响。在一定条件下,几何焦平面上出现直刃型位错线或光涡旋。当像散系数为0时,光涡旋出现在y轴上。当像散系数不为0,而涡旋离轴量为0时,会出现直刃型位错线或光涡旋,且各自的位置都非常稳定。当像散系数、涡旋离轴量或束腰宽度改变时,光涡旋会发生移动。这对光学元器件的设计和涡旋光束相位奇点的控制有一定的参考价值。     

双曲余弦柔性铰链的刚度推导

柔性铰链在科学技术领域有着广泛的应用,以力学基本公式和微积分为基础,推导出了双曲余弦柔性铰链的刚度计算公式.计算公式是精确的推导结果且表达较为简洁,有利于柔性铰链及其机构的计算和分析.     

高斯光束聚焦光点直径测量方法的讨论

本文阐述一种简单实用的可同时测量高斯光束聚焦光点直径和受照物能起作用的阈值功率密度的方法,并讨论了激光功率波动和受照物对焦误差对测量精度的影响。     

高斯光束经望远镜和薄透镜组合系统的聚焦特性

运用q参数和ABCD定律,推导了高斯光束经望远镜和薄聚焦透镜组合系统的聚焦特性的变化规律,并对其进行了数值模拟计算。利用平凹腔He-Ne激光器对模拟结果进行了验证,在相同距离下,与单一薄透镜的聚焦性能进行了比较。结果表明,随着距离(70~400mm)的增加,两者的聚焦效果相差增大,最大为30倍;随着距离(70~400mm)的减小,两者的聚焦效果相差减小;经望远镜和薄聚焦透镜组合系统聚焦的高斯光束束腰处光斑半径随距离(70~400mm)变化的最大值为0.043μm。因此,在实际聚焦过程中,应选用望远镜和薄聚焦透镜组合系统,且距离尽可能地小或为零。     

拉盖尔-高斯光经超表面的聚焦特性

为了研究椭圆偏振拉盖尔-高斯光经超表面的聚焦特性,重点分析了聚焦光场的电场强度以及相位分布特性。利用时域有限差分(FDTD)方法仿真椭圆偏振拉盖尔-高斯光经超表面的聚焦光场。研究表明,椭圆偏振拉盖尔-高斯光经超表面聚焦后会在聚焦光场的纵向分量电场中出现自旋角动量转化为轨道角动量的现象,通过改变超表面的数值孔径大小、拉盖尔-高斯光的偏振类型等参数可以调控涡旋光场形态分布。该现象可应用于光镊、量子加密、光学扳手等技术中。     

厚壁筒柱面受双曲余弦分布压力、端面受常力之解及圆筒无限长时的极限

在三维空间中构建了一个既满足双调和方程又满足边界条件的新应力函数，对厚壁圆筒在柱面上受双曲余弦分布压力、端面受正压力总和为常力的情况，给出了解析解。避免了长期以来利用均布压力近似代替变力来求解轴对称问题所造成的误差。同时，给出了压力沿轴向不变时的极限，导出了厚壁圆筒著名的Lame解答。     

双涡旋齿涡旋压缩机的工作过程特性研究

得到了双涡旋齿涡旋压缩机在工作腔的形成、工作腔之间的相对位置关系、腔内气体的径向泄漏和传热、涡旋盘所受气体力、背压孔和排气孔口气速等方面的性能特点，比较了与单涡旋齿涡旋压缩机在以上方面的不同。结果表明：双涡旋齿结构具有涡旋盘所受气体力波动小、排气脉动小、工作腔内气体的径向泄漏严重和热交换复杂等特点。     

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。     

高斯光束横向光强分布的检测研究

由于激光技术的广泛应用和不断发展,对高斯光束的研究及测量成为一个重要内容。高斯光束横向光强分布的特性直接关系到激光的应用,因此从高斯光束横向光强分布特性的研究出发,采用小孔扫描法和CCD数据采集法测量高斯光束横向光强分布,然后把实验测量的光强分布数据通过图像处理程序绘制成光强分布曲线并与理论的高斯分布曲线进行拟合对比。结果显示实验测得的高斯光束的横向光强分布与理论高斯分布吻合,证实了高斯光束的横向光强分布遵守高斯函数。     

空间激光通信组网单光束跟踪子系统

介绍了用于一对多激光通信组网控制系统的光斑跟踪闭环系统.在伺服转台位置闭环的基础上,讨论以CCD相机为敏感器,以二维伺服转台为执行器的光闭环系统.介绍了跟踪系统的数学原理,研究了光闭环各环节的静态动态误差及开环闭环响应.在理论计算和数学仿真后,编写了闭环跟踪程序.采用经典PID控制与前馈相结合的控制算法,进一步提高了伺服带宽,保证了系统的稳定性.对星间激光通信的光斑位置进行了跟踪试验,结果显示跟踪误差为3σ≈136μrad,基本符合空间激光通信组网系统激光束的指向要求.得到的结果验证了控制策略的可行性,为多光束伺服打下了基础.     

超声相控阵阵列参数的建模与优化（英文）

声束聚焦是相控阵超声区别于普通超声的主要特点之一,本文在二维相控阵辐射声场的基础上仿真了三维辐射声场,并研究了不同的中心频率、阵元间距和阵元数对焦斑和焦深的影响及对横向分辨率和纵向分辨率的影响,结果表明合适的换能器参数对换能器探头的设计具有一定的研究意义。     

超声相控阵阵列参数的建模与优化

声束聚焦是相控阵超声区别于普通超声的主要特点之一,本文在二维相控阵辐射声场的基础上仿真了三维辐射声场,并研究了不同的中心频率、阵元间距和阵元数对焦斑和焦深的影响及对横向分辨率和纵向分辨率的影响,结果表明合适的换能器参数对换能器探头的设计具有一定的研究意义.     

基于旁瓣光束衍射反演的强激光远场焦斑测量方法

针对大型激光装置使用纹影法无法实现旁瓣光束弱信号区域光强分布精确测量的问题,提出了基于旁瓣光束衍射反演的纹影法强激光远场焦斑测量方法.采用逆向推演间接测量的研究方法,沿光路传播逆方向推导,以旁瓣光束衍射光强图像和相位图像作为输入,通过计算获得未遮挡前旁瓣光束远场焦斑分布.相比传统基于纹影的远场焦斑测量方法,本文的主要改...     

基于电压影响下圆偏振激光束的特性

采用狭缝光束分析仪和偏振仪测量了从铝薄膜表面反射的圆偏振光的光斑位置和偏振特性随外界直流电压变化情况,理论拟合激光从铝薄膜反射后的光斑位置与直流电流电压的关系。测量和多项式拟合结果表明,当外部电压值从0变化到2.5V时,圆偏振激光在x轴和y轴上的位置分别是从-45μm移动到-95μm,从35μm移动到75μm,而激光束的光学偏振度基本上不变化。     

高阶轨道角动量光涡旋晶格的产生及Talbot效应

光涡旋晶格（optical vortex lattices,OVL）因其在强度和相位结构方面的特性而受到越来越多的关注。干涉是生成OVL的常用方法。然而,OVL中所携带的拓扑电荷（topological charge,TC）通常较小且固定,难以调制,从而限制了其适用性。使用相位乘法生成一个高阶光涡旋晶格,以方便对TC进行任意调制。生成的高阶光涡旋晶格在传输过程中表现出Talbot效应,并在特定的分数Talbot距离处转变为超蜂窝晶格和六边形晶格。这为超蜂窝晶格和六边形晶格的生成提供了一种新方法。此外,OVL中携带的轨道角动量为其在光学显微操作中的应用提供了广阔前景。研究结果不仅增进了对Talbot效应的认识,还拓宽了OVL的实际应用范围。     

长焦距空间三反光学系统的设计

长焦距、小体积是空间光学系统设计研究的热点.本文在三镜反射光学系统的几何光学理论基础上,尝试性进行了小尺寸、大视场、长焦距全反射系统的设计.本文所研究的光学系统三个反射面都是二次曲面,并给出了视场可达到3°,焦距为10m的两种设计结果,最后对两种设计结果进行了比较,得出了相应的结论.对实现长焦距、小体积的可行性进行了初步的探讨.     

折-衍混合长焦深光学元件焦深特性分析

为明确长焦深元件的焦深扩展倍数及焦深内轴向光强分布特点与系统结构及参数间的关系,分析了基于能量守恒法获得的对数光锥位相函数的特点,建立了长焦深元件焦深与系统f/#及衍射元件浮雕深度间的函数关系,基于菲涅耳衍射公式分析了不同参数时元件的轴向光强分布规律。仿真结果表明：在给定波长及焦距的条件下,折-衍混合长焦深元件相对同f/#的球面折射透镜的焦深扩展倍数取决于衍射元件的浮雕深度,其值越大,焦深扩展倍数越大,焦深内轴向光强分布越接近平顶分布;焦深一定时,小f/#系统更易获得焦深内轴向光强的平顶分布。