基于无衍射光束的水平方位角测量方法研究

利用无衍射光束、透镜组和CCD相机建立一种水平方位角测量方法,以提高水平方位角测量的精度和稳定性。给出了水平方位角测量模型的构成和测量原理,阐述了整体测头的结构设计方案。对该测量方法精度及其影响因素进行了分析,同时用Zemax模拟成像系统光路并对光路进行优化仿真。与目前工程测量中普遍采用的方法相比,该测量方法能够获得更高的测量精度和稳定性,可用于盾构机的水平方位角测量、轴系校中曲线轴系布置等工程。     

无衍射光束三角测量系统噪声处理的小波分析方法

无衍射光束三角测量系统具有焦深长、中心光斑小、理论测量精度高等特点,但实际测量中的噪声会严重影响测量精度。根据无衍射光束三角测量中信号与噪声的频率特性,采用小波分析方法将噪声与信号分离,进而剔除噪声误差,可获得理想的测量精度。     

高斯光束夫琅和费衍射径技术

在文［１］基础上，对比平面波衍射测细丝直径方法，讨论了高斯光束Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ衍射测径的几个技术性问题。在衍射原理基础上，对用Ｇａｕｓｓｉａｎ光束测细丝直径这种方法给予了理论上的解决和实验上的校准，表明用Ｇａｕｓｓｉａｎ光束测细丝直径优于用平面波衍射细丝直径，理论和实验结果有较好的吻合。     

同步辐射高分辨率衍射光束线的设计

介绍了第三代同步辐射高分辨率X射线衍射光束线的总体设计。给出了高分辨率衍射的基本原理并描述了获得确定光子能量的近平行高强度X射线光束线所必需的光学元件。特别是用X射线动力学理论,解释了双晶及四次反射晶体单色器。作为一个实例,介绍了将于2009年开始在德国汉堡运行的一个新的同步辐射源PETRAⅢ的高分辨率衍射(HighRes)光束线的设置情况。通过优化光学部件,对微米尺寸光束,q空间的分辨减小到Δq=10^-5 nm^-1,光通量大于10¹¹ cts/s。     

高斯光束夫琅和费衍射测径技术

在文[1]基础上,对比平面波衍射测细丝直径方法,讨论了高斯光束Fraunhofer 衍射测径的几个技术性问题。在衍射原理基础上,对用 Gaussian 光束测细丝直径这种方法给予了理论上的解决和实验上的校准,表明用 Gaussian 光束测细丝直径优于用平面波衍射测细丝直径,理论和实验结果有较好的吻合。     

圆环衍射效应下涡旋光束的光强变化

为了分析拓扑电荷数以及相干性对部分相干涡旋光束的影响,利用部分相干光的统一理论和惠更斯-菲涅耳衍射原理,推导出随机电磁涡旋光束在自由空间中传播时,尤其是部分相干涡旋光束经圆环衍射后光强的计算公式,研究了部分相干涡旋光束通过圆环后的夫琅和费衍射特性。通过理论分析与数值计算表明,部分相干涡旋光束经圆环衍射后的光强分布情况与入射光的相干度、入射光束的拓扑电荷数、衍射孔径的大小等因素有关。当入射光束的拓扑电荷数越大,相干长度越长,衍射孔径越小时,衍射光束的光强分布会更加清晰,衍射效果也更加明显。     

基于无衍射光的空间入射角测量及其自动标定

为了实现对空间入射角度的精密测量,基于无衍射光束的光斑中心轨迹在自由空间的传播特性,提出了一种空间入射角精密测量系统的实现方法。针对无衍射光测空间入射角测量系统难以快速、准确地建立光束空间矢量与图像传感器像素的映射关系的问题,提出了一种基于全站仪的近距直接标定方法;搭建了用于标定的系统平台,并通过全站仪的电控马达,编写了用于标定的自动控制软件;实现了对图像传感器的自动、快速标定,极大地缩减了标定时间,消除了长时间标定所引起的系统时变误差。在工作时,通过无衍射光斑特定的定中算法,获得其在图像传感器光敏面上的位置坐标,结合光束空间矢量与角度映射矩阵,通过曲面插值即可计算得出光束的空间入射角度。实验表明针对该空间入射角测量系统的标定方法可行、自动、快速且映射精度高,可适用于类似于空间角度入射角测量系统的标定。     

一种实现线性无衍射结构光的方法研究

提出一种新的以光学测量为目的的线性无衍射结构光实现方法—组合三角棱镜法。利用衍射原理及菲涅尔近似原理,对平面波入射棱镜后光场的光强分布进行严格数学推导,得到了精确解的表达式,根据推导结果运用软件对棱镜后光强分布进行了模拟仿真。结果表明,所产生的线性结构光具有无衍射特性,且在中心线上具有更高的光强分布,该光源可作为表面形貌的线结构光测量。     

基于光学衍射神经网络的拉盖尔–高斯光束识别

拉盖尔–高斯（Laguerre-Gaussian,LG）光束除了轨道角动量（orbital angular momentum,OAM）维度外,还拥有径向量子数$ p $,因此LG光束可以为光通信和光计算等应用提供更多的物理自由度。但目前常见的干涉、衍射机制的LG光束模式探测方法在受到大气湍流的干扰时,识别准确率会明显下降,从而限制了其实际应用。提出了一种基于衍射神经网络（diffractive neural network,DNN）的LG光束识别方式,实现了$ p $在$ 1～3 $范围内的识别。即使在强湍流强度,衍射距离为5 m的情况下,该识别方式的识别准确率依然能达到95%以上。该DNN方法能够为准确识别LG光束模式提供有效途径,在大容量OAM通信、高维量子信息处理等方面均具有潜在应用价值。     

无衍射光莫尔条纹法直线度测量仪

提出用无衍射光和环光栅重叠产生环状莫尔条纹的技术进行空间直线度测量的技术，给出了理论分析，仪器结构和原理实验，并对该方法在同时实现高分辨率和大量程直线测量的可能性，以及抗激光器漂移等方面的特点进行了讨论。     

用宽带超表面产生阵列贝塞尔光束

通过在空间光调制器（SLM）上加载相位图或通过光刻加工微型圆锥状结构可以产生贝塞尔光束阵列。然而,典型空间光调制器具有比波长大一个数量级的像素尺寸,这限制了相位梯度的可用范围,用光刻法加工的微型锥透镜的顶端不是标准的圆锥,这影响了贝塞尔光束的质量。为了克服这些缺点,将复杂的相位图加载到电介质超表面上,设计了一种可以产生阵列贝塞尔光束（在波长700 nm处,NA=0.3）的超表面器件。该器件可以宽波段工作,其单元结构在波长580~800 nm范围内的偏振转换效率均超过57%。利用时域有限差分算法（FDTD）对该器件（厚度为380 nm,直径仅为40 μm）进行了仿真,所产生的阵列光束都垂直于超表面器件。所提出的阵列贝塞尔光束发生器具有纳米级别的厚度和几十微米的直径,这对于未来的集成光学领域具有很大的应用前景。     

变形高阶贝塞尔光束的传播和自成像效应

从产生高阶贝塞尔光束的典型光路着手, 通过将高阶贝塞尔光束分解为高阶贝塞尔余弦光束和高阶贝塞尔正弦光束, 利用柱坐标下的Collins公式,分析了变形高阶贝塞尔光束的解析表达式和在自聚焦透镜中的传播。得到了变形高阶贝塞尔光束的一般解析表达式,自由空间的自成像过程,和在自聚焦透镜中传播的特点以及它们在高阶贝塞尔余弦光束和高阶贝塞尔正弦光束波数横向分量差异为0.005 K时的数值模拟。结果证实了变形高阶贝塞尔光束具有无衍射特性及自成像效应。     

基于轴棱锥用主被动方式产生短脉冲高功率近似无衍射光

利用轴棱锥构成的Bessel-Gauss谐振腔,首次由灯泵Nd:YAG调Q激光器主动式直接输出纳秒高功率近似无衍射Bessel-Gauss光脉冲。应用衍射理论给出的Bessel-Gauss场分布模型对结果进行分析,数值模拟和实验结果基本吻合。同时利用带抗共振环(ARR)的Nd:YAG调Q激光器输出的高稳定纳秒高斯脉冲,通过Axicon的光束整形,由被动方式获得近似理想的纳秒无衍射零阶Bessel光。利用胶片扫描法记录了光强分布的精细结构,测定得出无衍射光的中心光斑半径约为90μm,峰值功率密度高达2.3×10⁹ W/cm²。分析比较了主动和被动方式产生纳秒无衍射光的特性和优缺点。     

磁电系整流式仪表在非直流测量中的应用及局限性分析

通过实例分析磁电系仪表在非直流测量中出现错误指示的原因,总结出此类型仪表在非直流应用中需注意的问题。     

基于样条函数的非圆齿轮系齿形设计及仿真研究

本文针对非圆齿轮传动系,提出了以偏心圆弧段系列设计从动齿轮的理论方法,齿轮节曲线采用 Ｂ样条和最优双圆弧样条综合逼近,并给出了分齿的具体办法。从而解决了任一凸形状的非圆齿轮的设计,减少了工程测绘带来的误差。最后,给出了仿真的结果。     

含集中参数弹性梁振动特性解析与实验识别

基于Laplace变换推导出含集中质量与集中刚度弹性梁的振型函数和典型边界条件对应的频率方程,针对有一个集中质量与一个集中刚度的悬臂梁,求解出其固有特性,并利用基于自然激励技术(natural excitation technique,简称NExT)的特征系统实现算法(eigensystem realization algorithm,简称ERA),即NExT-ERA法对相应结构系统进行了模态识别。通过对比解析结果和实验结果,分别讨论了集中质量与集中刚度大小变化和位置变化时对梁振动特性的影响,得出了集中质量和集中刚度在悬臂梁上位置和大小变化时,悬臂梁固有频率的相应变化规律,为工程中具有集中质量和集中刚度等直弹性梁的振动分析方法和集中参数布置设计提供了参考。     

艾里光束的产生及对微小粒子的操作

近年来,艾里光束因具有横向加速、无衍射以及自愈等独特性质引起了人们的广泛关注。该光束的光场振幅分布遵从艾里函数,并满足类似薛定谔型的波动方程。从理论和实验、线性和非线性、应用等多个方面对它进行研究。从理论上阐述了艾里光束产生的原理,用相位空间光调制器从实验上产生了艾里光束。在此基础上,采用瑞利近似方法,重点分析了在一维艾里光束作用下,粒子所受的光学散射力、梯度力以及粒子所受的光学散射力和梯度力与粒子半径、折射率的关系。     

Vibration of an Euler–Bernoulli beam on elastic end supports and with up to three step changes in cross-section

Compared to the bibliography on the transverse vibration of Euler–Bernoulli beams with one step change in cross-section, publications on beams with more than one step changes is not extensive. In this paper an analytical method is proposed to calculate the frequencies of beams with up to three step changes in cross-section. Combinations of the classical clamped, pinned, sliding, free, ‘general’ and ‘degenerate’ types of elastic end supports are considered. The frequency equations of stepped beams were expressed as fourth order determinant equated to zero. A scheme to calculate the elements of the determinant and a scheme to evaluate the roots of the determinant are presented. Special consideration is given to three types of stepped beams frequently encountered in engineering applications. The first three frequency parameters of beams with two and three step changes in cross-section are tabulated for selected sets of system parameters and 45 types of end supports. Computational difficulties were not encountered. The method proposed may be extended to tackle beams with any number of step changes in cross-section. The tabulated results may be used to judge the frequencies calculated by numerical methods.     

非线性拟合3-磁场可调塞曼石墨炉原子吸收法测定鱼肉中的镉

采用非线性拟合3-磁场可调塞曼横向加热石墨炉原子吸收法测定鱼肉中的镉，以NH4H2PO4作为化学改进剂，实验了3-磁场可调塞曼技术和非线性拟合技术对方法检出限、线性范围和准确度的影响，并优化了实验条件。实验结果表明，线性范围显著提高，为0-400μg／L；特征浓度为0．0474μg/L和0．1491μg/L；检出限为0．3μg／kg；回收率在92％～98％之间，RSD为2．0％。