平面波导TE0模的远场衍射特性分析

由瑞利-索末菲标量衍射积分公式出发,推导出中央亮条纹强度半最大值处的空间频率满足的方程;阐明了平面波导TE0模远射远场的中央亮条纹强度半最大值空间频率宽度随波导归一化频率增大而增大;给出中央亮条纹强度半最大值全角宽度与工作波长、波导宽度和波导相对折射率关系曲线。     

平顶多高斯光束通过ABCD光学系统的传输特性

利用广义惠更斯一菲涅耳衍射积分公式,研究了平顶多高斯光束通过ABCD光学系统的传输特性,推导出光强分布的解析式.以透镜系统为例,给出了平顶多高斯光束聚焦场轴上的和焦面处的光强分布表达式,并对其光强分布进行数值计算及分析.研究结果表明,平顶多高斯光束的聚焦特性与阶数N以及透镜系统的菲涅耳数Nw等有关,随着平顶多高斯光束的阶数N的增大或透镜系统的菲涅耳数Nw增大,轴上和焦面上的光强迅速增大、聚焦光斑减小、焦移量迅速减小.     

无衍射光束中心光斑的特性研究

为了将无衍射光应用于大景深成像系统中,分析了无衍射光束中心光斑的变化规律。利用菲涅耳衍射理论,讨论了无衍射成像系统中点光源在透镜焦点及焦点前后所产生的无衍射光斑形式。并根据准单色光理论,推导出准单色点光源在不同位置产生的中心光斑的尺寸和强度计算公式。最后,用红色高亮发光二极管作为准单色光源进行了验证实验。实验结果表明,无衍射光束中心光斑的半径随点光源距透镜距离的增大而减小,其强度随点光源距透镜距离的增大而增强。所得的结果为无衍射光应用于成像系统提供了理论依据。     

平顶高斯光束在失调光学系统中的传输特性

为了研究平顶高斯光束经含失调窄缝光阑的失调光学系统的传输特性,采用广义衍射积分法和用有限个复高斯函数之和来逼近窄缝光阑孔径函数的方法,得出了输出光束场分布的近似解析公式,并针对给定的光学系统和平顶高斯光束进行了分析和数值模拟。结果表明,当光阑半宽度与光束束腰半宽度之比较大时(大于1),光学系统的失调量比光阑的失调量对输出光束特性影响更显著。这一结果对分析平顶高斯光束传输特性是有帮助的。     

透镜球差对拉盖尔-高斯涡旋光束聚焦特性的影响及改善方法

涡旋光场调控对涡旋光在激光通信、生物操控等领域的应用研究具有重要意义。为了揭示透镜球差对拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian,LG)涡旋光束传输特性的影响,本文基于菲涅尔衍射理论,模拟研究了不同透镜球差系数下的LG光束聚焦场的强度、相位以及螺旋谱分布。结果表明:光学系统初级球差系数的增大恶化了LG光束聚焦场的强度分布和螺旋相位,弥散了轨道角动量(orbital angular momentum,OAM) 。由此,本文提出了一种光阑补偿方案,通过在透镜前添加大小合适的圆孔光阑,以消除透镜像差。光阑补偿后的LG光束聚焦场由星芒状空心分布恢复为空心圆环分布,OAM态保持单一稳定。本研究工作为改善透镜像差对涡旋光的传输影响提供了解决方案。     

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.     

涡旋光束经双十字光阑的衍射特性研究

设计了一种新型的双十字狭缝光阑,对涡旋光束经过不同的双十字光阑后的衍射特性分别进行了理论模拟和实验分析。研究结果表明,涡旋光束经过双十字光阑后在远场的光强分布为矩形亮斑阵列,选择合适的双十字狭缝的宽、长及中心的位置,可以使图样中的亮斑更清晰;衍射图样的矩形亮斑阵列外围亮斑总个数除以2,即为人射涡旋光束的拓扑荷数的值。双...     

双曲余弦高斯光束在梯度折射率介质中的束腰宽度及其位置

为了研究梯度折射率介质中双曲余弦高斯光束的束腰及其位置,推导出了双曲余弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输场,并运用空间二阶矩的定义解出了光斑尺寸、束腰宽度及位置的表达式,讨论了梯度折射率介质对双曲余弦高斯光束的光斑尺寸、束腰宽度及位置的影响。研究结果表明:梯度折射率介质中光斑尺寸随传输距离的增加出现了周期性变化,周期由折射率系数决定;随偏心参数的增大,束腰宽度先逐渐减小再逐渐增大后趋于稳定;并且发现偏心参数决定光斑尺寸振荡幅度。     

波前场曲对激光诱导液晶远场衍射环的影响

为了明确入射激光参量对激光诱导衍射环的影响及其机理,利用菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式,数值模拟研究了高斯光束波前场曲对于高斯光束通过自散焦液晶介质后远场衍射图样的影响.结果表明,当波前场曲为无穷大时,随着光强的逐渐增大,远场衍射光斑中心明暗交替变化;当波前场曲为正时,随着波前场曲的减小,远场衍射光斑中心强度逐渐变暗并且...     

矢量空心光束的半屏衍射

利用矢量瑞利——索墨菲衍射积分公式推出了空心光束半屏衍射场中衍射场的解析表达式,并数值模拟了衍射场的光强空间分布及强度奇点的相关属性。结果表明：衍射场光强已不再是空心分布,发生了很大的改变;随着衍射传输距离的增大,衍射场光强的空间分布退化为类TEM02模场分布;随着传输距离的增大,衍射场观察区域内光强奇点出现湮灭等。     

Characteristic Analysis of Diffraction from the Restricted Output End Surface of Single Mode Planar Waveguide

As for single mode symmetric step refractive index structure dielectric planar optical waveguide, when its output end is restricted, the diffractive field distribution is derived. It can be expressed as the convolution between the Dirac function and the Sinc and Lorenz functions. It is helpful to deepen the recognition of the restricted diffraction. The characteristic of the diffractive field is discussed. The variational curve of the full angle width at half maximum intensity of central bright fringe versus the half width of slit is presented by numerical calculation, and the fitting curve with the exponential function is close to it.     

温度对双光子亮屏蔽光伏孤子自偏转的影响

为了研究温度对双光子光伏光折变介质中亮屏蔽光伏孤子动态演化及自偏转特性的影响,采用数值模拟的方法,得到了亮屏蔽光伏孤子的动态演化过程。结果表明,在一定温度变化范围内,随着温度的升高,介质支持的亮屏蔽光伏孤子的光强和半峰全宽均减小;当介质的温度变化不大时,孤子将克服较小的扰动而保持稳定的孤子传播,当温度变化足够大时,孤子将变得不稳定甚至崩溃;在一定温度范围内,孤子中心的自偏转距离随着温度的升高而增加,在特定温度下达到最大值,之后随着温度的升高而减小。这些结果对双光子空间孤子的理论发展具有一定的意义。     

基于泰伯-莫尔条纹的激光波前曲率半径测量

为了精确测量激光波前曲率半径,提出了基于泰伯-莫尔条纹技术的波前曲率半径测量方法,建立了激光波前曲率半径测量理论分析模型。对波前曲率半径与莫尔条纹倾角的关系、系统测量不确定度进行了分析,完成了激光波前曲率半径测量系统的设计,构建了测量系统,并对口径为200mm的激光发射系统的出射波前曲率半径进行了测量。结果表明,测量结果为498m时,测量重复性为0.2%,根据测量结果推算光束束腰位置与实际位置相对偏差为0.4%;并根据500m~3000m的测量结果对激光发射系统中出射波前曲率半径、物镜焦距、目镜位置等参量进行了校准,校准完成后与理论值的最大偏差为2%。该方法能够实现大口径激光发射系统出射波前曲率半径的高精度测量。     

o偏振光对光折变屏蔽光伏空间孤子的影响

为了得到o偏振光对光折变屏蔽光伏空间孤子影响的结果,基于单光子光折变效应理论模型,建立了有分压电阻和o偏振均匀背景光辐照的光伏光折变晶体中的屏蔽光伏空间孤子理论。结果表明,当外加电场和光伏场的取值使晶体中形成暗孤子时,仅改变o背景光与孤子光的有效glass系数之比即可在晶体中获得明孤子;孤子的强度半峰全宽随o背景光强度与暗辐射强度比值的增大而增大,随o背景光与孤子光电离截面的比值的增大而增大。这从理论上为实现光折变晶体中暗孤子到明孤子的转换提供了一种全新的思路。     

He─Ne激光检测视网膜功能的定标方法研究

本文提出了一种定标激光视网膜功能的新方法。将渐变光栅的暗纹和亮纹等效为具有一定对比度的矩形视标的对象（物）和背景，导出了与Ｅ字形标准视力表视力等效的激光视力的关系式和照度条件，用读数显微镜直接标定激光视力度，其临床研究表明：该二种视标视力测定结果一致性好。     

On the optimal synthesis of sparsely thinned planar array antenna with constraints using meta-heuristic optimization

The investigations related to the planar antenna array have attracted much attention due to their vast applications in the areas of advanced wireless communication and electromagnetics. This article presents an effective synthesis method of a sparsely thinned symmetric planar antenna array using three well-known meta-heuristics including symbiotic organism search (SOS) algorithm, moth fly optimization (MFO), and multi-verse optimization (MVO) algorithms. The main aim of this work is to optimize the positions of the switched-on antenna elements on the array aperture in order to reduce the value of side-lobe levels in the radiation field pattern in multiple planes for a desired first null beam width and subsequently to obtain the maximum reduced number of array-elements in the antenna array. Two different cases are performed to optimize the radiation pattern in different azimuth angles with two different examples. The proposed methods can constrain the total number of array elements, inter-element distance, and aperture area of the array. The radiation pattern characteristic and computation time linked with each example and each algorithm are recorded and compared with each other as well as with a fully populated planar symmetric rectangular array antenna of same aperture size for arriving at the conclusion. The simulation-based results demonstrate the effectiveness of the proposed design and the efficiency of the performance using the SOS algorithm.     

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.     

基于频谱分析的运动模糊图像参数检测

为了提高运动模糊图像的运动方向和运动像素的检测精确度,本文提出了基于频谱分析的运动模糊图像参数识别的改进算法,从频谱分析的角度出发推导了暗条纹宽度、图像大小、条纹倾斜角度与运动尺度、运动像素之间的关系;采用二次傅里叶变换的方法细化亮条纹,分析并简化了条纹倾斜角与运动方向角之间的关系;分析了频谱中十字亮线产生的原因及位置,提出了去除十字亮线的新方法;然后,对处理后的频谱进行Radon变换,根据变换结果得出模糊图像的运动方向和运动像素。实验证明,该算法能够检测出不同大小模糊图像的运动方向和运动像素,检测误差控制在0.5°、2个像素的范围之内。     

激光冲击金属板料成形的残余应力分布研究

为了研究激光冲击成形后残余应力对板料性能的影响,采用高功率Nd:glass激光器对金属薄板激光冲击成形,使用X射线衍射法对激光冲击成形后的金属薄板的表面残余应力分布分析研究。薄板成形后的凹面分布存在较大的残余压应力,而凸面边缘存在较小的残余拉应力;残余应力随着激光能量的增加而增加,但当到达一定值时,凹面残余压应力达到最大值;在冲击凹面中心点处的残余应力值最大,周围处的残余应力以中心点为圆心向外呈非线性递减。在不同的凹模孔径下采用8mm光斑、30J激光能量单次冲击,发现存在一个凹模孔径阈值,小于阈值时,残余应力随着孔径的增大而增大;大于阈值时,随着孔径的增大而减小,阈值大小大约为20mm。结果表明,该研究对进一步研究残余应力的控制有重要作用,且对材料的抗疲劳性能、抗应力腐蚀、表面性能研究有很重要的理论和工程价值。