腔内元件对激光陀螺光波传输特性的影响

基于光线传输矩阵理论,结合高斯光束特征参数,研究了球面镜曲率半径和腔体长度变化对环形腔子午面和孤矢面内束腰半径的影响.结果表明:两束腰半径均随曲率半径和腔体长度的增大而增大.在此基础上,分析了这种变化对环形腔内光强分布、多横模耦合和光波传输等相位面大小的影响.     

圆形周期介质内艾里光束的传输特性

为了研究无衍射光波在特异材质内的传输特性，实现更优良的光波通信，将传统右手材料和双负折射率材料相结合，提出了一种轴向阶跃变化周期圆形介质结构。基于广义惠更斯-菲涅耳光学积分公式，结合光学传输矩阵，分析了艾里光束在这种传输媒质中出射表面光强分布特性和侧面传输光强分布图；分析了负折射率参量对这类光波演变的影响及其补偿机理；分析了实现输出光波完美还原时，负折射率大小同介质单元长度的定量关系。结果表明，当介质孔径逐渐减小时，有限艾里光束衍射效应越来越严重，并且出射光强外形轮廓逐渐从艾里光束过渡到高斯光束；当双负折射率材料的折射率n_l的绝对值大于右手材料的折射率n_r时，出射表面实现光波完美还原的双负折射率材料单元层越长，反之则越短。该研究对分析周期或准周期轴向阶跃变化的圆形平板介质光波通信是有帮助的。     

含负折射率平板介质中艾里高斯光束的传输特性

基于光学传输矩阵,结合柯林斯光学衍射公式,研究了艾里高斯光束在无损和有损含负折射率平板介质中传输时,其侧面光强分布图景演化特征。结果表明,当右手材料和双负材料折射率值恰好相反,并且左、右两侧右手单元长度之和等于双负单元长度时,可以实现输出面光强的完美还原;当双负材料折射率绝对值增大时,实现光强还原所需中间双负单元长度也越长,反之,绝对值减小时,长度越短;对于有损介质,电、磁振荡因子越小,输出光波性能越良好。进一步探究了ζ因子和指数截断因子a对这类光波传输特性的影响,其中,ζ因子不会影响艾里高斯光束的固有性质,但ζ越小,自弯曲特性越明显,并且主、旁瓣的径向尺寸都随ζ的减小而成倍减小;a因子可以调控光波的传输轮廓,使其在a<0.2时为艾里光束,而当a逐渐增大到0.7时,光波的外形轮廓已和高斯光束无异。     

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。     

阵列艾里光束通过梯度折射率介质的光强演变特性

利用光学传递矩阵和广义惠更斯-菲涅耳积分衍射公式,研究了阵列艾里光束在梯度折射率介质中的演化规律。首先,导出了傍轴近似下,空间域内艾里和阵列艾里光束通过光学系统的传输方程。然后,分析了入射阵列艾里光束的二维光强随指数截断因子和光波束腰半径的变化规律。在此基础上,讨论了阵列艾里光束在梯度折射率介质部分横截面上的光强特征和光波传输的周期性特点,并与单艾里光束的传输规律进行了对比。因为大气的随机抖动和渐变折射率光纤都可以抽象为梯度折射率模型,所以相关结论对阵列光束的传输与通信有一定的理论意义。     

电磁场与微波技术

0441,『1’例Ull.1 2004040511负折射率介质层中光波的相位和传输特性研究/杨立功,黄弼勤,叶辉,顾培夫(浙江大学),{光学学报一2 004,24(3)一388一392针对在理解负折射率材料中光波的传播特性时相位的特殊性质,详细分析推证了负折射率介质中折射率、波矢k的大小和方向、空间坐标     

双曲正弦高斯光束在梯度折射介质中的传输

为了研究双曲正弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性,利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法推导了光束强度分布解析表达式,据此结合空间二阶矩定义得到了束腰宽度和位置的解析表达式,并对光束强度分布、光斑尺寸、束腰宽度及其位置进行了数值计算和分析.结果表明,轴向光强分布呈周期性变化,横向光场分布受梯度折射系数和光束参量影响,通过对这些参量的适当调整,可以改变光斑尺寸和束腰位置.     

厄米余弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性

基于广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法,对梯度折射率介质中的厄米余弦高斯光束传输特性进行了研究,得出了在梯度折射率介质中厄米余弦高斯光束的光场表达式,并利用此表达式作数值模拟,研究了梯度折射率介质对厄米余弦高斯光束传输特性的影响。结果表明:光强在轴上分布呈现空间周期性变化,最大光强位置与梯度折射率系数β有关;随着调制参数α的增大,轴上最大光强逐渐减小而且出现了空心分布。在同一传输面上横向光强随梯度折射率系数β增加,先增大后快速减小;并且发现调制参数α变大,光强不变,但是束腰宽变窄。     

光子晶体与光子准晶复合型上下载滤波器

基于二维正方晶格光子晶体与十二重Stamfli型光子准晶提出了单环形腔上下载滤波器及双环形腔串联上下载滤波器.分析并对比了两种上下载滤波器的传输效率随光子准晶介质柱半径及折射率大小的变化规律,且对比了两种上下载滤波器的品质因数随环形腔中心介质柱半径及折射率大小的变化规律.结果表明,双环形腔串联复合型上下载滤波器的性能优于单环形腔复合型上下载滤波器.研究结果将为设计及制备优良上下载滤波器件提供一定指导作用.     

艾里高斯涡旋光束正负交变介质中的光波演变

利用光学传输矩阵,结合广义惠更斯-菲涅耳光学衍射公式,研究了艾里高斯涡旋光束在正负折射率交替变化周期平板介质中传输时,其输出横截面光强分布规律和侧面传输光强的演变图景。结论显示:当右手材料折射率nr和双负材料折射率nl绝对值正好相等,并且右手单元长度R:双负单元长度L=1:1时,可以实现输出面光强的完美还原;当双负材料折射率绝对值abs（nl）nr,但R=L时,两类周期介质输出表面的光束质量都很差,此时,若要实现输出光强的完美还原,较大的abs（nl）需要较长的双负单元长度L来进行补偿,反之则反;进一步探究了准周期平板介质中双负材料单元长度和负折射率的定量关系。期望相关结论可以对含特异材质周期和准周期结构中艾里高斯涡旋光束的调控和通信传输提供重要的参考价值。     

Fabrication of Self-Organized Optical Waveguides in Photo-induced Refractive Index Variation Sol–Gel Materials With High-Index Contrast

Using photo-induced refractive index variation sol-gel materials, we fabricated a self-organized lightwave network (SOLNET), which is a concept of optical waveguides self-organized in photosensitive materials, whose refractive index increases by write beam exposure. The refractive index of the sol-gel materials increases from 1.65 to 1.85 when exposed to UV light/blue light and baking. When write beams with a wavelength of 405 nm are introduced into the sol-gel thin film under baking at 200degC, self-focusing is induced and a SOLNET is formed. In this study, we evaluated the light confinement effect and coupling efficiencies of the fabricated SOLNET. The half-width of the output beam spot decreases from 23.8 to 11.8 mum, and the coupling efficiencies increase as write beam intensity decreases from 1.0 to 0.1 mW. These results show that SOLNET widths become narrow when write beam intensity is reduced; thus, SOLNETs formed with a low write beam intensity produce a strong light confinement effect. Furthermore, during their formation, SOLNETs were found to be drawn toward reflective portions of the sol-gel thin film, such as defects or silver paste droplets, indicating that a reflective SOLNET is formed. We have shown that photo-induced refractive index variation sol-gel materials are promising materials for SOLNET fabrication. To create actual connections between nanoscale optical circuits, further work is necessary to optimize the baking temperature and write beam intensity required for nanoscale SOLNET formation.     

变折射率三角棱镜产生无衍射线结构光

提出一种可产生中心光斑较强的无衍射线结构光的新型光学元件——变折射率三角棱镜。变折射率三角棱镜的折射率分布呈阶跃式变化,可以用于解决折射率均匀三角棱镜产生的无衍射线结构光能量均匀分布、中心光斑能量利用率较低的问题。采用几何光学理论分析了产生中心光斑较强的无衍射线结构光的原理,计算了中心光斑较强的无衍射线结构光的相关参数。由衍射积分理论分析和模拟了新型光学元件后的光强分布特性。研究表明,平面波正面入射新型光学元件可以产生中心光斑较强的无衍射线结构光。     

非线性介质中的强激光系统自聚焦现象的仿真分析

以强激光系统和自聚焦理论的研究为出发点,主要采用光束传输法和光线追迹法分析了非线性介质下的强激光光束传输过程。并且,基于适合于非线性介质下光线追迹的亚当斯法和基于梯度信息的光强分布的恢复算法,仿真模拟出光强与透镜厚度、介质折射率、透镜曲率半径以及入射光束半径的关系;同时结合光学设计软件,不仅得出了折射率与光强的乘积与焦点位置的变化关系,还通过点列图中的数据直观地反映出系统结果的成像质量,最后对光线追迹法和光束传输法两种光学方法进行了对比分析。仿真分析结果可以判断出系统的哪些部分容易受到自聚焦的影响,进而可以通过改进某些参数的大小,减少并消除其不利影响,找到适合于强激光系统的最优方法。     

像差计算的可视化应用软件开发

为了方便快速地计算像差,采用MATLAB中GUI工具,从球面光路计算的向量公式出发,得到了一计算像差的程序界面,在程序界面输入各个相关参量,点击界面上各种像差菜单就能得到不同视场角在光瞳上不同入射点的各种像差,并可以计算系统的焦距和理想像面的像距以及给出像面的模糊程度(同一物点发出的不同方向光线的聚焦程度的具体数值。结果表明,该软件程序语言简单,程序语句大大减少,占用机时少,运行结果正确。程序通过编译后可以脱离MATLAB运行环境独立运行。     

偶极子涡旋光束的光斑及其传输研究

在近轴光束传输理论的前提下,推导了偶极子涡旋光束传输一段距离后光电场的解析表达式,同时得到了观测平面上的光强分布。研究表明,偶极子涡旋光束在传输过程中,双核的倾角会逐渐发生改变,拓扑电荷数较大,观测平面上光斑的中心区域越趋近于圆形暗斑,离心参数较大时,观测平面上光斑的中心区域趋近于矩形亮斑。极值理论分析进一步表明,当满足mw20>d2时,观测平面上存在7个光强极值点,否则存在5个光强极值点。这些结论对分析和了解偶极子涡旋光束能提供指导作用。     

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。     

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。     

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。