具有轨道角动量的涡旋光束在非均匀大气湍流中的传输特性

基于拓展的惠更斯–菲涅尔原理、维格纳分布函数的二阶矩定义,研究涡旋光束（l=1）在非均匀大气湍流中的传输特性,推导出其 M2因子及光束扩展表达式,并进行数值模拟。结果表明,初始空间相干长度、束腰半径、光束波长、天顶角以及湍流内尺度对光束传输有较大影响。在一定范围内,减小相干长度、天顶角、束腰半径,增大波长或湍流内尺度,均能有效提高光束传输质量。相较于电磁–高斯谢尔模型阵列光束、部分相干空心光束,具有轨道角动量的涡旋光束受大气湍流的影响更小,更有利于信息的有效传递。在自由空间光通信（FSO）中,采用电磁高斯涡旋光束,具有更高的稳定性。     

聚焦高斯光束焦移特性分析

基于LSI系统理论分析了经透镜传输的基模高斯光束焦移问题,给出了焦移量的解析表达式.     

菲涅耳直边衍射条纹的间距研究

激光出现以后,人们获得了高强度、高单色性的相干光源,在许多实际问题中,将遇到繁杂的菲涅耳衍射的计算。本文拟导出菲涅耳直边衍射条纹的间距与波长、衍射距离的关系,可以较直观地了解菲涅耳衍射的情况。     

光学谐振腔中光束的完备态与自再现波型

本文用光学传输矩阵理论给出了光学谐振腔中光束的本征态与完备态,分析给出了在菲涅耳数 N_F 足够大时光腔光束的特征与完备描述.讨论了在各种光学谐振腔中的自再现波型。从理论上给出了描述光腔基模特性的统一处理方法。     

部分相干空心光束在非均匀大气湍流中的传输

基于惠更斯-菲涅尔原理和维格纳分布函数的二阶矩定义,推导部分相干空心光束(PCHGB)在非均匀大气湍流中传输的束宽和远场发散角的解析表达式,并对其在非均匀大气湍流中的传输特性进行定量分析和讨论。研究结果表明;PCHGB在非均匀大气湍流的传输过程中,其束宽受大气湍流的影响取决于光束的束腰、阶数、波长、相干度以及湍流内尺度和天顶角;非均匀大气湍流对PCHGB远场发散角的影响与光束的天顶角、湍流内尺度、相干度以及波长密切相关;在非均匀大气湍流的传输中,当天顶角为π/3时,PCHGB远场发散角的饱和传输距离为0.3 km。     

数字全息显微中的自动聚焦

为实现快速、准确的自动聚焦,采用理论分析和实验验证相结合的方法,对显微数字全息自动聚焦所采用的数值重建算法、全息图零级谱滤除和聚焦评价函数等相关问题进行了研究。结果表明:菲涅耳变换重建算法完全可以用于数字全息自动聚焦中;全息图零级谱的滤除使得基于菲涅耳变换算法的自动聚焦过程无法实现;灰度方差函数、傅里叶频谱加权对数函数和标准偏差相关函数可以有效地用于显微数字全息数中的自动聚焦,其中傅里叶频谱对数函数计算时间最短,是首选的聚焦评价函数;利用再现像光场中部分区域作为聚焦判断依据,可以大大缩短自动聚焦时间。     

复宗量菲涅耳积分的数值计算

在一致性绕射系数的计算等方面，菲涅耳积分尤其是复宗量菲涅耳积分的数值计算问题非常突出。本文给出的计算复宗量菲涅耳积分的小宗量级数展开和大宗量渐进展开表达式使得整个复平面的菲涅耳积分计算误差小于１０－ ６，并进一步找到了小宗量与大宗量的衔接部分。这种方法具有运算速度快，占用内存少的优点     

光脉冲测量系统中菲涅尔双棱镜参数设计

基于单发频率分辨光学开关法的飞秒脉冲测量系统,理论推导光束经菲涅尔双棱镜分光与聚合产生的时间延迟,得到菲涅尔双棱镜底角、折射率和脉冲光斑半径的关系.时间延迟在x方向成线性关系,有利于进行时间延迟标定.根据所测飞秒脉冲的半高全宽,可估算所需光斑大小和菲涅尔双棱镜底角,为菲涅尔双棱镜的选择提供了理论依据.     

光子晶体光纤产生超连续谱的相干性研究

研究光子晶体光纤中超连续谱的时间相干性和空间相干性.采用时间分辨率为飞秒级的迈克尔逊干涉仪,通过在零点附近改变两光路的延迟,对超连续谱的复时间相干度曲线进行测量,得到超连续谱的相干长度为3.71μm.采用同样系统对飞秒泵浦源的复时间相干度曲线进行测量,计算得到其相干长度为62.24μm.通过计算光程差为零点处的互相干度得到超连续谱的空间相干度为0.77,表明光纤小的发光面积使其空间相干性较好.利用准直透镜和分光棱镜将光纤输出的光束进行分光,得到超连续谱中几种不同颜色的输出光谱及对应的脉冲序列,其脉冲序列与泵浦激光有相同的重复频率.     

菲涅耳积分研究及其快速精确计算

由于菲涅耳积分在工程上的频繁使用,要求我们寻找一个有效的对菲涅耳积分进行积分的方法。最近的工作己能把它简化为一个简单的公式,但所得结果精度并不太好。本文给出一种快速高精度的计算菲涅耳积分的方法。     

无衍射光束与零阶贝塞尔函数

本文通过严格理论证明所谓的无衍射光束其振幅和光强表达式是在忽略圆环宽度和透镜衍射的情况下得出的。指出振幅表达式为零阶贝塞尔函数的光束并非是没有衍射而是一种特殊的干涉光束。     

局部锈蚀钢筋混凝土梁承载力试验研究

为模拟实际构件中的局部锈蚀现象,通过外加电流对位于钢筋混凝土梁端部与跨中局部区段的受拉钢筋进行加速锈蚀,并研究其力学性能与变形性能.结果表明：随着锈蚀程度的增加,局部锈蚀梁承载力明显下降,挠度显著增大,刚度减小;跨中锈蚀的影响程度高于端部锈蚀;截面变形基本符合平截面假定.     

Propagation properties of a non-canonical vortex beam in a high numerical aperture system

A non-canonical vortex is an optical helical phase structure with the same topological charge of a canonical vortex but different phase distributions. Based on the Richards&Wolf vectorial diffraction theory, the expression for the strongly focused, linearly polarized non-canonical vortex beam is derived, and its propagation properties are studied numerically in the focal region. It is that the transverse focal shift does not only occur in the strongly focused, off-axis (or on-axis) canonical vortex beams, but also can be seen in a strongly focused, non-canonical vortex beam. The transverse focal shift in these two fields have the same form, but the factors influencing them are quite different. It is also demonstrated that because of the transverse focal shift, if both the semi-aperture angle and the phase distribution factor meet a certain requirement, the total field intensity pattern in the focus region can rotate clockwise in the propagation direction, while the intensity maxima will also rotate 180° from the negative half space to the positive half space. The result will provide a new way for controlling the field distribution in structured fields, which may be applied in optical tweezers.     

基于微焦斑源X射线传播的相衬成像模拟

从标量衍射及部分相干光衍射理论出发,结合硬X射线特点,建立基于微焦斑X射线源的衍射成像模型.该模型将Fresnel积分运算转换到空间频域,利用快速傅里叶变换计算衍射光场.根据部分相干光理论分析,有限大小光源的物体衍射光场为光源光强分布与点源所形成的物体衍射光场的卷积,将卷积运算转换到空间频域并利用快速傅里叶变换算法提高运算速度.模拟衍射结果表明,物体到X射线源的距离、X射线光子能量以及X射线源焦斑尺寸均影响自由空间传播相衬成像系统的图像衬度.研究结果有助于X射线相衬成像系统的设计和性能优化.     

无粘结部分预应力混凝土叠合梁变形灰关联分析

针对目前无粘结部分预应力混凝土叠合梁试验数据少、较难应用传统统计方法进行分析的现状,将灰关联分析方法引入到无粘结部分预应力混凝土叠合梁变形和相关因素的相关性分析中,分析了各关联因素的相关性,得出各可能影响因素对无粘结部分预应力混凝土叠合梁变形影响程度的大小排序。结果表明,对无粘结部分预应力混凝土叠合梁变形影响最大的是预应力钢丝面积、有效预应力、预制梁混凝土立方体强度等级,其次是叠合层混凝土立方体强度等级,影响最小的因素是叠合特征参数。     

大功率Slab CO_2激光器光束质量的测量

为了充分了解SlabCO2激光器的光束质量,采用LASERSCOPEUFF100光束光斑质量检测仪对SlabCO2激光器的光束质量进行了全面的测量研究.从激光束通过飞行光学导光系统(flyingoptits)前后的光束质量测量、聚焦后光斑的质量测量以及焦点漂移4个方面全面考察了SlabCO2激光器的光束质量.测量结果表明:SlabCO2激光器的光束质量因子M2约为1.1,光束横截面的强度分布接近基模高斯分布;激光束经过长距离的导光系统传输后仍能保持光束横截面的强度分布,采用焦距为190.5mm的聚焦镜,聚焦光斑的半径约83μm;在工作范围内(x:0-3m)的焦点漂移量约为1mm.     

低信噪比下的高精度复正弦频率估计算法

MAP/ML频率估计算法由于同时利用了幅度和相位信息,在信噪比较高时可得到极高的估计精度,但在低信噪比下估计性能不佳．对此分析了形成原因,并提出了结合FFT确定相干积分长度及无卷绕序列的最大似然(ML)估计方法．利用FFT的粗估计值对信号进行频移,从而将信号的频率和序列的相位变化限制到了一定范围内,据此推导了不同相干积分长度下的克拉美罗界(CRLB),确定了相干积分数据分段的最佳长度,通过相干积分提高信噪比保持高估计精度．依据相移后相位方差选择估计序列的方法,避免了解卷绕过程,从而消除了解卷绕对低信噪比下算法性能的影响．Monte Carl仿真实验结果表明本频率估计可达到非常接近CRLB界的估计性能．     

Calculation of coupling efficiency for rectangular waveguide CO_2 laser by fresnel approximation

Theoretical analyses have been performed to describe the coupling losses for a plane mirror in rectangular waveguide resonator for an arbitrary waveguide mode as a function of the Fresnel number for several values of the aspect ratio by using Fresnel approximation.     

局部传感器发射功率约束条件下部分相干检测融合方法

针对局部传感器发射功率约束部分相干检测融合问题,利用偏移系数极大化理论优化系统检测性能,建立了基于多址接入信道传输的多传感器分布式部分相干检测融合模型,该模型将融合中心处相位同步误差建模为服从吉洪诺夫概率分布的随机变量.将局部发射功率约束部分相干检测融合问题转化为一个非线性非凸优化问题,利用非线性优化理论,得到了问题的一维搜索闭合解.蒙特卡洛仿真结果表明:当环路信噪比大于等于10时,文中方法能在低信噪比和低虚警概率情况下显著提高融合系统对目标的检测概率,其检测性能优于传统的基于并行网络拓扑结构的最优似然比方法.