有限束宽无衍射光束特性的研究

自Durnin首次报道贝塞尔光束的演示性实验以来,因这类光束理论上具有“无衍射”的奇异特性和实践上十分诱人的应用前景,相关的研究工作十分活跃.分析表明,可用环缝系统、全息放大、F-P干涉仪、轴棱锥和折射系统等多种方案产生近似的贝塞尔光束.本文报道了我们对有限束宽,即受光阑限制的无衍射贝塞尔光束特性的研究结果.实验显示出用轴棱锥系统产生贝塞尔光束的突出优点.其中,着重对贝塞尔光束轴上光强和准直距离随光阑尺寸的变化以及轴棱锥作为光束变换器的转换效率等作了深入的研究,取得了在误差范围内实验与理论计算一致的结果.     

部分相干光束位相调控及应用基础研究进展

近年来,部分相干光束由于其独特的光学特性和丰富的物理内涵而受到广泛关注.部分相干光束在许多应用领域具有独特的优势,不同的应用对其光束特性具有不同的需求,因此需要对部分相干光束进行调控.本文介绍部分相干光束位相调控及应用基础研究进展,着重阐述携带涡旋位相以及扭曲位相部分相干光束理论模型、实验产生、光学特性以及相关应用基础.研究表明位相调控对部分相干光束传输特性起到重要调制作用,在光束整形、微粒俘获、大气激光通信、光学成像以及非线性光学等领域具有重要的应用前景.     

一个非线性光学现象——激光激发的金属蒸汽产生的反常锥辐射

激光器的出现使人们获得了前所来有的高单色性、高相干性的强光束.当这种强光束通过介质时,人们可以观察到许多新的奇特现象.例如光的自陷、光的自聚焦等.研究表明这些现象均与介质在强光束下介电性质的非线性有关.非线性光学是研究介质与     

掺杂铌酸锂晶体高增益角度范围的加宽

近年来,光折变效应的研究正在向深度及广度方向发展.其中光学信号放大作为一项专门的应用受到了普遍关注.人们利用调节样品最佳掺杂种类及浓度或采用一些特殊技术来提高光折变晶体的增益.但是,迄今为止,高增益的角度响应范围一般是较窄的,即指数增益系数Γ随光束夹角2θ的依赖关系曲线有明显峰值.本文首次报道了有效拓宽掺杂铌酸锂(LINbO_3,简写作LN)晶体高增益角度响应范围的实验结果.给出了大角光致散射效应加强能量耦合的机理分析.文中还首次报道了透射信号的放大倍数γ超过入射光束光强比β的结果,以及较高起始衍射效率较大增量的自增强的结果,且比较了不同泵浦光光束尺度对放大倍数的影响,从而进一步支持了我们的机理分析.     

超快强场激光在高温燃烧场中的成丝现象及其应用

超快强场激光在大气等光学介质中传输时会受到克尔自聚焦效应和等离子体散焦效应的动态调制,产生一种独特的非线性光学现象——激光成丝,在大气传感、太赫兹光谱产生、天气控制等研究领域具有重要的应用前景.针对超快强场激光在高温燃烧场成丝燃烧诊断应用,介绍了超快强场激光在燃烧场中成丝动力学过程以及传输成丝特性,综述了强场超快激光成丝诱导非线性光谱的机理及其在高温燃烧场诊断应用中的研究现状和进展,并探讨了当前强场超快激光成丝在该领域所面临的挑战和应用前景.     

三维非线性电磁谐振腔的理论分析

具有非线性材料的光和微波器件给出了一系列新现象,有很多潜在的应用,受到人们广泛的关注.已有不少文章研究了波在非线性光波导中的传输,发现其具有自聚焦和双稳的特性.然而,至今尚未见到对含有非线性介质的三维电磁腔的研究报道.另一方面,在研究非线性光波导的诸方法中,最常用的是有限元法,它突破了早期研究非线性光波传输的两点近似(其一为标量近似,其二为非线性特性的平方律近似),采用了全矢量和实际的非线性     

在界面处产生的受激Brillouin后向散射现象

通常人们观察到的受激Brillouin后向散射(SBBS)光束与泵浦光基本一样,是一种无束腰的低发散角光束.本文将报道在界面处产生的SBBS的一种新现象,即受激Brillouin后向散射光束存在自聚焦现象1 实验实验装置如图1所示,一台调Q Nd:YAG激光经倍频输出波长为0.53μm作为SBBS的泵浦源,单脉冲能量大于2mJ.图中Ⅰ_1和Ⅰ_2分别为直径3mm和1mm的光栏,在这里使用直径1mm的光栏是为了用等量通光孔径来区别不同强度的光束通过.B_1和B_2为分光板,S是泵浦光和SBBS的观察屏,P为光电探测元件,用高兆示波器同时监视泵浦光和SBBS光的时间特性和相对强度.M_1和M_2为全反介质膜平面镜,L_s为焦距60mm的透镜,C为Brillouin池,并安装在可上下微调的平台上,CS_2用作Brillouin介质.为了避免Brillouin介质液面的反射和其它杂散光对后向散射光的观察和测试影响,泵浦光经M_2必须是入射到Brillouin池内.移动屏S可观察到后向散射光斑的变化,在后向散射光斑变化为最小处拍摄SBBS光束自聚焦光斑和泵浦光斑.     

飞秒脉冲激光穿越大气层的特性

对不同脉宽、不同中心波长、不同入射天顶角情况下飞秒激光脉冲在大气层中的传输特性进行了数值模拟.理论计算结果表明,在50 km高空大气的二阶色散值为3.44×10-6 ps2/km,与大气在海平面的二阶色散值(2.09×10-2 ps2/km)相比,约小4个数量级;在激光脉冲非垂直发射情况下,当入射天顶角小于60°时,谱宽为40 nm的飞秒激光脉冲的蒙气差值、大气角色散值以及时域色散导致的脉冲展宽量均会随入射天顶角缓慢增加,当入射天顶角大于60°时,这种增长会急剧变大.大气的角色散作用还会使传输光束的横向尺寸和光谱空间分布发生改变,但其改变量要远小于直径为200 mm的光束的衍射效应产生的相应变化.在垂直发射条件下,对于厚度为50 km的大气层而言,800,1064,1550 nm三个不同中心波长的瑞利脉冲宽度分别为700,605,495 fs.由于入射天顶角的增加直接导致有效传输光程增加,随着入射天顶角由0°增至90°,瑞利脉宽单调增加,最大可增至垂直发射时的3倍左右.     

激光在大气传输中方向起伏规律的探讨

激光在湍流大气传输中,直接影响激光方向起伏的因素,主要是由于大气温度场的起伏而引起的大气折射率随机场的效应。 大气折射率起伏场的存在,使激光在大气中传输方向发生随机的变化,因而产生光束漂移、像点抖动等现象。     

静电场作用下α-LiIO_3单晶产生的衍射光斑

引言α-LiIO_3单晶是一种光学均匀性很好的非线性光学材料,现已被广泛地用作光学倍频器件。但是当沿其c向加上一静电场后,就会使通过晶体的光束产生衍射,衍射光的花样随入射方向不同而有多种变化:直线形或弧形光带,星芒形,光斑等。衍射光具有许多特性,如衍射光的偏振方向可以与入射光的偏振方向差90°,衍射光带上的强度分布相对透射光斑不对称,入射角在一定的范围内才出现衍射光斑等等。理论指出,这种衍射现象的产生是由     

我国大气环境立体监测技术及应用

大气环境是一个十分复杂的动态系统,大气气溶胶及其气态前体物、大气成分及环境要素分布在从大气边界层、对流层到平流层的垂直空间里,具有显著的时间和空间变化特征以及典型的地理环境气候区域特征,影响着空气质量、气候变化.提高大气环境的监测技术水平,发展遥感观测手段,实现对大气环境的在线、快速、立体探测,对于了解大气中各种成分的动态变化过程、源汇机制以及其对环境、气候的影响等具有重要意义.近年来,日新月异的激光/波谱技术促进了大气立体监测技术的发展,以光学探测和光谱数据解析为核心的各种立体监测技术以高灵敏度、高分辨率、高选择性、多组分以及实时等优势在大气、环境、气象、空间、遥感以及军事领域得到了广泛的应用.通过光与大气中物质相互作用产生的吸收、散射、发射等过程,形成了多种探测技术,实现了对大气痕量气体、大气气溶胶、温室气体、大气风场、水汽、温度以及多种大气污染成分的快速、实时探测,并通过光波的遥感特性,在地基、车载、机载及星载多平台上对大气多种成分、大气参数进行多尺度的探测.     

酞菁复合膜的界面电子态

讨论了酞菁复合光接受体Mylar/Al/UCL/CGL/CTL的界面、界面的电子态和光电导性能 .光接受体A中CGL和CTL的界面电子态有效地加速了光生载流子的输运过程 ,导致光接受体A具有较低的残余电位和较高的感光灵敏度 .这种现象可以解释为光接受体A在辐照和电场作用下基于界面电子态的助感效应 ,也就是说界面电子态加速载流子从产生层向输运层能隙的注入 ,继之遵循一种界面电子态调制输运层中载流子传输过程的导电机制     

阵列瞬态电磁脉冲传输特性研究

依据均匀圆盘电流模型辐射电磁脉冲的轴线能量解析解, 给出了单元天线轴线能量传输特性的物理实质, 在此基础上, 提出了时域天线辐射电磁脉冲的点源近似模型, 并依次解析分析了阵列天线辐射电磁脉冲波束的能量传输特性, 波束宽度等特征参数. 采用基于Blumlein形成线的光导开关和超宽带槽天线一体化的辐射单元设计方法, 研制了23×16单元的阵列瞬态电磁脉冲产生系统; 在2.5 km范围内, 验证了瞬态电磁脉冲可以确定脉冲波形在自由空间传播、并具有场分量的相长叠加与波束聚焦特性等原理性概念; 在误差范围内, 理论计算与实验测试结果一致.     

红宝石中的弱光非线性与超光速传播

总结了弱光作用下红宝石中存在的非线性性质及其在红宝石中群速调控应用中的贡献. 可以简化成二能级系统的红宝石, 在激光抽运下存在相干布居振荡效应; TEM₀₀模的激光抽运下引起的自相位调制, 又会在样品后表面引起相应的相位变化进而在远场产生夫朗和费衍射图形, 这一衍射图形会随光强的时域调制而产生相应的变化; 除此之外, 这两种机制由于TEM₀₀模的调制高斯光同时具备时间和空间的频率分量, 不同空间频率分量之间还存在着类似于非简并二波耦合的效应. 相干布居振荡、自相位调制及夫朗和费衍射以及非简并二波耦合这三种机制相互竞争, 可以在红宝石中产生光群速的自加快的新结果, 这种共存情况下的竞争机制可以给红宝石带来优良的弱光非线性性质.     

轨道角动量光子的频率变换

轨道角动量(OAM)光束在精密测量、微小粒子的操控以及基础物理研究等领域具有重要的应用,同时基于OAM编码的光信息处理由于其信道容量大、保密性高等优点已成为经典和量子通信领域的研究热点.基于OAM编码构建高维量子网络是目前量子信息领域的一个重要研究方向,在近几年已取得了许多突破性进展.在量子通信中,作为信息载体的光子需要在低损耗的通信窗口传输,而作为信息存储和处理单元的物理体系其工作波长一般却不在通信窗口,因此需要在两者之间建立量子接口以满足量子信息既可被存储又能长距离传输的基本要求.基于非线性过程的光子频率变换就是建立量子接口的一种行之有效的方法.本文在概述了OAM光束频率变换的发展现状后,着重介绍了量子条件下OAM光子的频率变换研究进展.这些进展迈出了未来构建高维量子信息网络的重要一步.     

不同结构与形貌的TiO2纳米管阵列在染料敏化太阳能电池中的应用

高度有序的TiO2纳米管阵列能够减少界面复合、提高载流子定向传输效率以及增加光散射,从而使其在染料敏化太阳能电池(DSSCs)中具有潜在的应用价值.纳米管的表面形貌和结构(如长度、壁厚、管直径和管间距)等都会对电池效率产生一定的影响.本文采用阳极氧化的方法,用甲酰胺(FA)、乙二醇(EG)、少量的水以及氟化铵作为电解液,成功制备了具有不同粗糙度的TiO2纳米管阵列.随着FA和EG比例的不同,纳米管的管口直径在72～120nm之间变化,同时,管壁也在19~47nm之间变化.随着FA含量的增加,管壁的粗糙度也逐渐增加.将该TiO2纳米管阵列作为光阳极应用于DSSCs中,发现开路电压和壁厚密切相关,短路电流密度与管长和管间距等因素也有着紧密的联系,这些结果为进一步研发不同结构的TiO2纳米管阵列在DSSCs中的应用提供了理论与实验依据.     

周期性微结构的纳秒激光四光束干涉烧蚀研究

多光束干涉是一种快速制备大面积周期性微纳结构的简易方法.本文基于四光束干涉烧蚀技术,利用纳秒激光在硫化锌衬底上无掩模烧蚀制备大面积的结构阵列;并详细研究了结构形貌随曝光时间的演化规律;利用四光束干涉理论,重点研究了四光束干涉时角度误差引起的相移对于结构类型的影响;结合我们近几年的研究工作,讨论多光束干涉烧蚀面临的挑战及展望.     

大气污染物跨境传输及其对青藏高原环境影响

青藏高原拥有独特的多圈层环境系统与生态类型,对我国乃至亚洲具有重要的生态安全屏障作用.在青藏高原开展污染物跨境传输的科学考察研究,既是地表多圈层相互作用研究的重要组成部分,也是支撑国家生态环境安全的战略需求.针对第二次青藏高原综合科学考察研究的"南亚通道"关键区,结合长期站点监测和短期强化观测,本文全面综述了青藏高原大气污染物时空分布、传输过程和机理,以及污染物对气候和生态系统影响方面的新认识.从历史趋势上看,青藏高原黑碳和汞等记录,自20世纪50年代以来呈现快速上升,反映了亚洲区域大气污染物排放的快速增多.从传输过程上看,跨越喜马拉雅山的高空环流以及局地的山谷风是大气污染物跨境传输的重要途径.大气气溶胶-雪冰辐射反馈效应对青藏高原的气候变化带来一定的影响,外源污染物对青藏高原生态系统的负面影响业已凸显.未来研究中,亟待精确量化跨境污染物的输送量和影响范围,预测未来情景下污染物排放与环境健康风险的变化趋势.     

磁光Bragg衍射中的接地效应

使用表面磁导率法得到任意偏置磁化金属覆层波导中的静磁波传播方程, 并结合磁光理论分析了接地效应对基于静磁表面波的磁光Bragg衍射的影响. 计算表明, 通过恰当设置金属与磁性YIG薄膜间距可以大幅提高磁光衍射效率; 而调整偏置磁场方向还可以进一步增强接地效应对磁光衍射的影响; 同时分析发现, 由接地效应引起的衍射效率峰值对应的频率点与静磁表面波零色散点基本重合, 即表现出弱色散特性; 而该效应也可提高基于磁光Bragg单元的射频频谱分析能力. 因此, 接地结构的磁光衍射器件在微波通信、光信号处理等方面具有广泛的应用前景.     

在高温状态下TG64型石墨的碳—碳键长及力常数的研究

一、引言 石墨在高温下的特性已有许多人利用X光衍射的方法进行了研究。Fitzer给出了利用石墨平面内碳原子间E_(2g)振动模的频率来计算sp~2键的键长公式,该模型在常温下与实际符合的较好,但在高温下是否适用呢?本文利用X光衍射和拉曼光谱研究了用于合成人造金刚石的TG 64型石墨在高温下键长随温度的变化规律,指出用Fitzer模型在高温下计算石