2020年光学热点回眸

 回顾了光学领域在2020年的重大进展，盘点了微纳光学、强激光与超快光学、超分辨与成像技术、量子计算与光学通信、光束传输、生物光子学、量子光学、紫外光源、光束整形与探测、等离子体光学、人工智能、光伏光电、涡旋光和孤子光学等14个光学技术研究领域的重大进展，探讨了其在未来可能会对人类生存及生活方式产生巨大影响。     

空心光束在损耗和增益介质中的传输特性

从复数波数定义和广义惠更斯-菲涅尔积分出发,推导出空心光束在介质中通过旁轴ABCD光学系统后的一般传输公式。在此基础上,结合光强二阶矩方法,给出了相应的一般束宽变换公式。通过数值分析研究了介质传输场中强度分布和均方根束宽的变化特点。研究结果表明,空心光束在增益或者损耗介质中传输时,当其为增益(损耗)介质时,会增强(衰减)光束的强度;但对均方根束宽却没有太大的影响。     

界面反射偏振像差分析

迄今为止的光学设计中,一般认为在同一光波面上,光束具有相同的振幅和偏振状志.事实上,光束经过许多光学元件后,偏振状态会发生变化,特别是由于入射角和光程不同,导致出射光波面上偏振分布不再均匀,形成偏振像差.本文主要就轴上物点发出的光束经过界面反射后的偏振像差进行了分析.     

光束分束器的一种设计方法

论述了用一种改进的二元光学元件的设计方法设计光束分束器,该方法利用追迹法获得初位相,用Ｇ－Ｓ算法进行迭代运算,在运算过程中根据情况分别采用不同的振幅限制方法,从而使该算法具有收敛速度快,衍射效率高的优点,并且在对光束进行光束的同时,如果输入光束为非平面波,还可同时对其进行整形。     

螺旋相位片在“光镊技术”中的应用

光镊技术是近年来物理界与生物界共同关注的课题,它是利用光束远距离控制微粒的一种技术。光学扳手是光镊技术的一个分支,它粥够使被囚禁的微粒旋转。本文简单介绍了光学镊子的原理及其所选用的光源,所选光源为激光器中常见的光束——高斯光束。文中对高斯光束进行改进,让其通过能够产生附加相位因子的螺旋相位片,从而使高斯光束带有轨道角动量,这样它就具备了光学扳手所需光源的条件。解决了光学扳手的光源——高斯一拉盖尔光束比较难产生的问题。     

基于嵌入式变换光学的光束偏折器

用嵌入式光学变换法设计了一种光束偏折器,可使光束的传播方向发生90°的偏转,当对介质中与TE波和TM波相关的光学参数分别设置时,这种器件可以实现偏振分离的功能,采用数值计算的方法对器件的光学特性进行了分析,计算结果表明这种器件的设计是可行的.     

自适应光学方法及多光束发射对改善激光大气传输的比较

自适应光学方法和多光束发射都是激光大气传输中克服湍流效应的有效方法。首先介绍了校正式相位共轭自适应光学系统的工作原理,从光学原理的角度说明了该方法的局限性;接着进一步阐述了多光束发射技术,引入光强概率密度函数,推导出多光束发射下的激光大气传输特性,验证了其对湍流效应的抑制作用。     

用二元光学方法设计光束分束器

论述用二元光学元件的设计方法设计光束分束器,该方法用于设计分束器,具有收敛速度快,衍射效率高的优点,在对光束进行分束的同时,如果输入光束为非平面波,还同时对其进行整形.     

局域空心光束的描述

分析几何光学理论、干涉理论和衍射理论对局域空心光束传输特性的描述.对由轴棱锥-透镜系统产生的局域空心光束的描述进行对比分析,并给出相关的实验.几何光学属于近轴近似下的光学,与实际情况有所差异.干涉理论的分析方法比几何光学方法精确,能够数值计算出聚焦透镜置于最大准直距离之外及在聚焦透镜焦平面以后的光束行为,得到与几何光学分析所得出的,当z0相似文献   

二元光学分束器的研究

二元光学分束器是采用先进的微电子技术,将双光束分束器做在基片的表面,具有耐强激光、牢靠、寿命长的特点,并且双光束能量连续可调,此外做成母片后,便于大规模复制,可用于需要分光的仪器中,如干涉仪、全息照相等.该种二元光学元件体积小,效率高,在航天领域、高功率激光系统中有很好的应用前景.     

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.     

光镊理论模型研究进展

根据微粒尺度与入射光波长间的关系,给出几何光学模型和电磁模型.详细描述几何光学法、时域有限差分法(FDTD)、有限元法(FEM)、广义洛伦兹-米理论(GLMT)和瑞利散射方法等计算光镊捕获力的理论,并列出T矩阵法、离散偶极子近似法(DDA)、矩量法(MOM)及耦合偶极子法(CDM)等多种数值计算方法.研究表明:在光镊技术中,这些方法可用于不同性质的光束及微粒的研究,其研究方法与过程均有所不同.     

高斯光束的透镜变换在动态高温校准系统巾的应用

基于基模高斯光束衍射倍率因子M2近似为1这一条件,利用几何光学成像原理来模拟基模高斯光束通过透镜的成像规律,给出了一种计算透镜像方光轴上不同点处高斯光束光斑半径的简便方法。该方法通过选取合适的物距lc,高斯光束的衍射倍率因子M2近似为1,激光束经透镜聚焦与普通平行光束的聚焦过程相似,符合几何光学成像原理。通过几何光学方法和ABCD定理推导出了高斯光束光斑半径表达式,并进行数值计算,利用MATLAB软件对数值进行拟合。拟合结果表明;此方法计算出的光斑半径符合较好,满足瞬态高温测量中探测器光敏面对激光光斑尺寸的要求。     

一种产生多光束阵列的新型分束器

介绍一种产生多光束点阵的二元光学分束器。使用这种分束器时不需附加其它光学元件，便可直接产生会聚的多光束点阵。该元件是将有分束功能的Ｄａｍｍａｎｎ光栅和有透镜功能的Ｆｒｅｓｎｅｌ波带板集成，采用二元光学技术做成的位相型光学元件，具有衍射效率高、点阵清晰、光强分析均匀、相对误差小等优点。实验做出了９×９分束点阵，相对误差小于５％。     

双光子光学双稳态的量子理论

提出了由三能级原子构成的非线性介质中双光子双光束光学双稳态的全量子分析,应用等效哈密顿量研究了两输出光束强度和与强度差的涨落谱．结果表明,在适当的参量取值下,强度和与强度差的涨落谱可低于发射噪声水平,且光学Ｓｔａｒｋ效应对涨落谱有显著的影响．     

全息光学元件(HOE)用于光盘读写头设计

讨论了在光盘读写头设计中采用全息光学元件(HOE)及二极管激光器所涉及的技术问题及解决方法。双全息光学元件的应用可以校正二极管激光器输出的椭圆光束,可以补偿二极管激光输出波长变动对聚焦光斑的影响。采用光线追迹计算机模拟方法讨论了几种全息式光盘读写头结构。对双球面透镜双全息光学元件的读写头结构给出了实验结果。     

光学相控阵相位驱动电路的设计与实现

为了驱动光学相控阵(OPA: Optical Phased Array)实现全固态激光雷达的光束扫描,设计并实现了两种用于OPA相位控制的驱动电路,其中包括电流源驱动和电压源驱动两种驱动电路.采用PC(Phase Control)端的上位机软件控制连接到电流源或电压源的单片机,对OPA各路相位控制端的电流或电压进行调节,改变OPA远场光束主极大的位置,从而达到光束偏转的目的,实现光束扫描.分析了多通道、高功率、高精度、宽范围的电流源和电压源的驱动原理,完成了系统的软硬件设计与实现.最后进行了误差与线性度测试和OPA相位控制实验,结果证明了该驱动电路的可行性与正确性.提出的两种OPA相位控制电路原理简单、稳定性强、方便实用,在高精度OPA相位控制方面具有一定的应用价值.     

基于双波长集成半导体激光器的DVD光学头

提出了一种基于双波半导体激光器的DVD光学头方案，双波长半导体激光器能发射两个波长的激光，650nm的光束用来读取DVD，780nm的光束用来读取CD和CD－R／RW，讨论了设计中光轴的校正和伺服信号提取等关键问题，试验结果显示该方案是可行的。     

镜体热变形对卡塞格伦光学天线的影响研究

基于空间光通信中的卡塞格伦光学天线的重要性,文中利用ANSYS仿真软件对卡塞格伦光学天线镜体进行了热变形仿真,并利用光学仿真软件CODE—V分析了热变形对传输光束传输质量的影响。     

高斯光束光学参量的测定和计算

在激光通讯,光导,激光加工等应用中,为了正确地选用光学系统,恰当地进行光束模式匹配,以及在分析激光测量仪器的精密度等方面,都必须掌握激光器输出光束的光学参量。本文介绍高斯光束的参量及其测定和计算方法。一、高斯光束的光学参量稳定激光腔振荡基模(TEM。。)的横向幅度按高斯分布,其波前是球面。高斯球