基于光衰减法的黑碳气溶胶检测算法及其软件实现

为监测大气黑碳气溶胶,依据黑碳气溶胶的光学特性,研究了基于光衰减法的实时监测系统(黑碳仪),设计了基于光衰减法的黑碳气溶胶浓度测量算法。采用虚拟仪器设计方法,利用Delphi7.0和SQL Server2000开发黑碳仪上位机软件。上位机软件实现了黑碳气溶胶浓度测量算法,并能控制下位机运行情况、存储与静态和动态显示黑碳气溶胶浓度值。研制仪器试验结果表明,黑碳气溶胶测量算法与实现软件达到了设计要求。     

外混合气溶胶吸湿性对其平均消光系数的影响

基于Mie散射理论与气溶胶颗粒粒径及折射率的湿度增长模型,以两种典型吸湿性气溶胶外混合组成的颗粒系为研究对象,计算分析了气溶胶平均消光系数对环境相对湿度的依赖关系。计算结果表明:在可见光与近红外波段,当相对湿度在60%~95%的范围内逐渐增大时,气溶胶颗粒物吸湿增长,使其粒度分布逐渐增宽,等效折射率逐渐减小,造成气溶胶的平均消光系数呈指数规律增长。进一步计算发现,当外混合气溶胶来源一定时,窄分布成分的气溶胶含量越高,或者某一成分的气溶胶粒度分布越窄时,随环境湿度的增大,外混合气溶胶平均消光系数的增长越快。上述方法也适用于预测复杂成分的外混合气溶胶平均消光系数与相对湿度的变化关系,从而为实际大气气溶胶光学性质和大气环境质量的研究提供理论依据。     

贝塞尔光束对微米级生物粒子的光俘获特性分析

文章论述了利用类贝塞尔光束产生光俘获的特点,即在最大准直范围(Zmax)内能实现多个粒子同时俘获。并将叠加后的两贝塞尔光束对不同半径的粒子进行微操作,同时采用基于麦克斯韦方程和极化理论的电磁学模型对该过程进行模拟。     

月牙形散射元构建的二维硅基光子晶体波导的慢光效应

设计了一种新型的散射元——月牙形散射元。采用平面波展开方法,通过调节两个圆的半径、圆心距及背景折射率几个参数,优化了光子晶体线性缺陷波导结构,实现了高群折射率和低色散的慢光效应。模拟结果表明,通过调整两个圆的半径及圆心距,慢光的带宽和群折射率变化地规律明显,较容易寻找到高群折射率、低色散慢光。通过控制材料硅的折射率,可以实现慢光模式的选频。基于材料硅的热光效应,该结构有希望应用于光传感器等方面。     

新型的双包层同轴圆柱光波导的研究

研究了一种新型的双包层阶跃光波导，内包层的折射率大于芯及外包层的折射率，因而光被限制在内包层中传播。文中推导了此类光波导的子午光线和空间光线的数值孔径。在弱波导近似下推出了柱坐标下的波导模式方程。     

浓雾天气气溶胶颗粒物的输运和转化特性

近年来,随着城市建设和经济的发展,气溶胶颗粒物污染问题日益严重,尤其是城市浓雾天气,颗粒物成为首要污染物.因此,消除雾污染,净化空气,引起人们的关注.介绍了气溶胶颗粒物和雾的基本特征,以及雾层内气溶胶颗粒物的湍流扩散、化学转化特性及动力学特性,阐述了有关气溶胶颗粒物输运问题的国内外研究概况,展望了未来研究的方向.     

环形光束中双层球的光俘获

基于光镊的几何光学模型建立了内层折射率小于外层折射率和周围介质折射率的双层球形微粒在环形光束中的光俘获力的模型.以空心球壳为例,对其在TEM01>模式的环形高斯光束中受到的光俘获力进行了数值模拟.通过数值模拟的结果,分析了俘获低折射率双层球的三维条件.发现低折射率双层球形微粒在光轴上的稳定俘获位置较之高折射率双层球形微粒的稳定俘获位置逆着光束传播方向移动.另外,在一定条件下在光轴以外的位置低折射率双层球形微粒也能被稳定俘获.     

光诱导LiNbO3:Fe晶体光孤子串的形成

用条形光束辐照具有光子晶格结构的自散焦LiNbO3Fe晶体,在适当条件下,辐照在光子晶格上的条形光束会产生光孤子串,而且无需施加外电场.实验结果显示,影响光孤子串形成的因素有光束宽度、晶格周期和晶格折射率变化量等.对光孤子串现象产生的原因进行了理论分析,所得结论与实验结果符合的较好.     

基于激光散射法的气溶胶颗粒测量系统的接收参数分析

大型民用客机座舱空气中的颗粒污染物直接影响乘客健康和安全,需要采用有效的气溶胶检测系统及时发现空气品质的好坏,光散射式颗粒计数器是常用的检测设备.在光散射气溶胶颗粒粒径和计数浓度测量方法中,测量结果一般受被测粒子折射率影响.为了提高对客机座舱环境气溶胶粒径的测量精度,根据Mie理论和光通量计算公式,对大气中5种常见气溶胶粒子——水、硫酸、硫酸铵、炭黑和金属以及标准粒子聚苯乙烯（PSL）粒子,在不同接收方向角θ和接收孔径半角β值下的散射光通量F与粒径D关系曲线（F-D曲线）进行了全面系统的计算模拟,并模拟采用PSL标准粒子标定,计算并比较了3种接收参数下粒径模拟测量结果与理论值的误差情况.通过对大量模拟结果的比较分析,发现θ为40°和β为45°的接收参数下,5种粒子的F-D曲线较为接近且单调性较好,表明折射率对5种粒子测量结果的影响都较小.     

Mach-Zehnder条形光波导开关传输光场的优化计算

结合有效折射率法和有限差分光束传播法,实现对三维光波导结构计算的降维处理,运用二维有效折射率--有限差分光束传播方法(EI-FD-BPM)计算Mach-Zehnder光波导开关的传输光场;通过比较不同的光波导结构,优化得到具有较高输出能量的条形光波导光开关及其最佳的结构设计参数(横截面尺寸,器件结构及其尺寸等).表明用...     

微粒在会聚高斯光束中的受力分析

以射线光学模型为基础,对会聚高斯激光束中微粒所受轴向力进行了计算.数值计算的结果表明,束腰越小捕获越稳定;相对折射率必须大于1并存在一个最佳相对折射率;激光波长、粒子半径以及激光功率也对捕获力有重要影响.数值计算和分析为搭建光镊仪器选取系统参数提供必要的理论依据.     

高阶贝塞尔光束的Z扫描理论

以菲涅耳-基尔霍夫衍射理论为基础,研究高阶贝塞尔光束穿过非线性光学介质的衍射效应,从而解释高阶贝塞尔光束的Z扫描现象.通过对使用高斯光束、零阶贝塞尔光束、一阶贝塞尔光束、二阶贝塞尔光束和三阶贝塞尔光束的归一化Z扫描曲线对比,表明使用高阶贝塞尔光束较使用零阶贝塞尔光束的Z扫描具有更高的灵敏度.高阶贝塞尔光束的Z扫描为测量介质非线性光学系数提供了一种更为精确的测量方法.     

Simultaneous micromanipulation in multiple planes using a self-reconstructing light beam

Optical tweezers are commonly used for manipulating microscopic particles, with applications in cell manipulation, colloid research, manipulation of micromachines and studies of the properties of light beams. Such tweezers work by the transfer of momentum from a tightly focused laser to the particle, which refracts and scatters the light and distorts the profile of the beam. The forces produced by this process cause the particle to be trapped near the beam focus. Conventional tweezers use gaussian light beams, which cannot trap particles in multiple locations more than a few micrometres apart in the axial direction, because of beam distortion by the particle and subsequent strong divergence from the focal plane. Bessel beams, however, do not diverge and, furthermore, if part of the beam is obstructed or distorted the beam reconstructs itself after a characteristic propagation distance. Here we show how this reconstructive property may be utilized within optical tweezers to trap particles in multiple, spatially separated sample cells with a single beam. Owing to the diffractionless nature of the Bessel beam, secondary trapped particles can reside in a second sample cell far removed ( approximately 3 mm) from the first cell. Such tweezers could be used for the simultaneous study of identically prepared ensembles of colloids and biological matter, and potentially offer enhanced control of 'lab-on-a-chip' and optically driven microstructures.     

高阶贝塞尔-高斯光束的自重建特性

由汉克尔波理论分析了贝塞尔（Bessel）光束的形成原理,很好地解释了零阶和高阶Bessel光束的自重建特性.利用衍射积分理论和柯林斯公式条件下的传输模型数值模拟了一阶贝塞尔-高斯（Bessel-Gauss）光束经过轴上圆形障碍物后的光强分布特性.结果表明,高阶Bessel-Gauss光束也具有零阶Bessel光束类似的自重建特性.实验上采用轴棱锥聚焦涡旋光束获得一阶Bessel-Gauss光束,然后通过轴上圆形障碍物、轴上和离轴正方形障碍物,验证了高阶Bessel-Gauss光束的自重建特性.理论模拟和实验结果相吻合.     

兰州冬季气溶胶的谱特征及其折射率

从兰州冬季气溶胶的实测资料出发，分析得到兰州冬季气溶胶的粒径质量谱呈双峰特征，在近地面和６００ｍ高度谱相似，而质量浓度则有明显的日变化。在假设气溶胶质量密度随粒径不变时，气溶胶气地面层的谱分布可根据其粒径质量谱的特征拟合成Ｊｕｎｇｅ谱加Ｄｅｉｒｍｅｎｄｊｉａｎ谱形式的双谱模式。     

Microfluidic sorting in an optical lattice

The response of a microscopic dielectric object to an applied light field can profoundly affect its kinetic motion. A classic example of this is an optical trap, which can hold a particle in a tightly focused light beam. Optical fields can also be used to arrange, guide or deflect particles in appropriate light-field geometries. Here we demonstrate an optical sorter for microscopic particles that exploits the interaction of particles-biological or otherwise-with an extended, interlinked, dynamically reconfigurable, three-dimensional optical lattice. The strength of this interaction with the lattice sites depends on the optical polarizability of the particles, giving tunable selection criteria. We demonstrate both sorting by size (of protein microcapsule drug delivery agents) and sorting by refractive index (of other colloidal particle streams). The sorting efficiency of this method approaches 100%, with values of 96% or more observed even for concentrated solutions with throughputs exceeding those reported for fluorescence-activated cell sorting. This powerful, non-invasive technique is suited to sorting and fractionation within integrated ('lab-on-a-chip') microfluidic systems, and can be applied in colloidal, molecular and biological research.     

Transparent anatase titania films: A critical study on optical properties

Titania thin films are prepared by electron beam evaporation and deposition conditions are optimized.X-ray diffraction studies have shown a polycrystalline nature of the films with anatase phase.The pr...     

Bessel光束经柱透镜的衍射光场

基于空间域中的广义惠更斯-菲涅耳衍射积分理论,导出Bessel光束通过柱透镜光强分布表达式,利用计算机模拟不同传播距离处的截面光强分布.利用轴棱锥产生Bessel光束,光束经过焦距为130 mm的柱透镜,用CCD拍摄柱透镜的后不同传播距离的处光强分布.结果表明:实验所得结果与理论模拟吻合,Bessel光束经柱透镜后将产生唇状焦散光束.     

激光探测蒸发波导的原理与实验分析

从海洋人气相对湿度的角度建立了大气折射率变化与气溶胶激光散射特性的理论联系．在实验室条件下,分别模拟了烟、水云、尘、雾、霾等类型粒子群的蒸发波导环境,采用波长为1．06μm的激光雷达对在不同温度和湿度条件下半径范围为0．1～100μm的气溶胶粒子群进行了探测实验,并对不同气溶胶粒子群的激光后向散射回波信号特征做了对比分析,实验结果进一步验证了激光蒸发波导的可行性和有效性．