光谱仪中的成象系统及其误差

<正> 光谱仪中的成象系统包括准直镜和成象物镜,它们是由简单透镜或球面反射镜组成.成象系统在光谱仪中的作用是使发散光束变成平行光束,平行光束成为会聚光束并使物体在一定位置成象。但我们在几何光学中讨论透镜成象时,范围仅限于光学系统的近轴区域,此外,还假定了介质的折射率不随光的波长而变。只有在物点和光线都限制在近轴区域的条件下,才能实现理想成象.而我们所遇到的大多是具有连续光谱的复色光,由于介质的折射率是随波长而     

光在旋转双曲面上成象问题研究

研究了光在旋转双曲面上反射与折射光束的单心性，正确得到了其近轴成象的一般公式，给出了应用举例。     

几何光学中的作图法

为了使问题简化，本文只限于研究单心光束。一、单镜成象的依据及讨论单镜不仅是一个简单的光学系统，而且是组成光学器件的基本元件。研究光经由镜面的反射和折射，是一般光学系统成象的基础。我们从光线的观点出发，依据光的直线传播、反射和折射定律。就可以确定一切投射到任何形状的表面之后光线的方向。由实验可知，凸透镜对于任何入射到它上面的光线都有会聚作用。成象有以下几种情况：如图1所示，发光点在无穷远处，人射到凸透镜上的平行光束。经凸透镜后变成了会聚光束，这个会聚光束相交的点被定义为焦点，即在焦点处成象。（图中…     

光参量发生放大器中信号光线宽的理论分析

对泵浦光的光束质量影响信号光线宽加宽的物理机制进行了模拟计算和分析,结果表明,在锭离简并点处,信号光线宽较小,在简并点附近,信号光线宽急剧增大,泵浦光的发散角和偏轴方向的泵浦光对信号光线宽影响较大。     

角偏振艾利光束的紧聚焦特性（英文）

基于矢量衍射理论,研究了角偏振艾利光束的紧聚焦特性.角偏振艾利光束紧聚焦后可以形成光瓶.光瓶的场分布受到入射光束半径β和主极大条纹的初始角θ0的调制.通过调整β和θ0,在光束的焦点附近会形成一个聚焦孔径是0.6λ,聚焦深度约为120λ的亚波长暗通道.这种超长暗通道具有广泛的应用前景,可以应用于原子光学,医学和大气科学.     

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.     

绿光LED产生高阶Bessel光的自再现

基于Hankel波理论分析了非相干光源产生高阶Bessel光束的自再现的可能性,利用交叉谱密度公式模拟了非相干绿光LED光源产生的一阶Bessel光束经过轴上圆形障碍物后的自再现光场分布,实验上通过由绿光LED发出的光场经过螺旋相位板和轴棱锥后产生一阶Bessel光束,并在光轴上放置圆形障碍物、方形障碍物来验证非相干光源产生的高阶Bessel光束的自再现特性,实验结果和理论模拟基本吻合,研究结果对于利用非相干光源实现多点光捕获和微粒操控有重要参考价值.     

绿光LED产生无衍射Bessel光束

采用单色LED光源得到较理想的近似无衍射Bessel光束．文中从LED光源的时空相干性出发分析用单色LED灯珠产生Bessel光束的可能性,利用光阑提高光场的空间相干性得于实现．设计实验光学系统,让LED光源发出的光经过一套光学系统后透过轴棱锥,得到了近似Bessel光束,光束中心亮斑大小及最大无衍射距离均与理论计算所得相符,证明用LED光源也能够产生较理想的近似Bessel光束．最后讨论了光阑孔径对所产生Bessel光束质量的影响,发现光阑孔径增大时所得Bessel光束强度变大但截面光强明暗对比度下降．     

非傍轴部分相干光束传输的仿真

半导体激光器具有体积小、效率高等优点,广泛应用于激光通信、光信息处理等方面,但与其他激光器相比有较大的光束发散角,对这类激光束来说,傍轴近似失效。文章运用交叉谱密度函数针对半导体激光束建立了一个模型—非傍轴部分相干TEM11厄米-高斯(HG)光束,并对这类光束在自由空间中的传输特性进行了计算机仿真。发现f和fσ两参数对部分相干TEM11HG光束的非傍轴性起着至关重要的作用。另外,f和fσ的大小关系还决定了远场光强分布的形状。     

二维矩形阵列非傍轴离轴高斯光束的合成研究

基于瑞利-索末菲衍射积分公式,推导出非傍轴离轴高斯光束相干合成和非相干合成光束在自由空间中传输的解析公式.用所得结果对非傍轴高斯光束相干合成和非相干合成进行了研究,得到了非傍轴公式在傍轴条件下,能回归到傍轴理论所得结果.远场近似、傍轴离轴高斯光束的相干合成与非相干合成光束传输公式可作为特例给出.数值计算表明,合成光束的光强分布与合成方式(相干合成和非相干合成)、光束束宽w0(或等效于f参数)、光束束数M(N)、离轴参数a(b)以及传输距离z有关.在远场,对于相干合成,M×N束非傍轴高斯光束的合成光束的轴上光强是单束非傍轴高斯光束的轴上光强的M2N2倍;对于非相干合成,M×N束非傍轴高斯光束的合成光束的轴上光强是单束非傍轴高斯光束的轴上光强的MN倍.     

部分相干双曲余弦高斯光束在湍流大气中传输的光谱变化

基于广义惠更斯-菲涅尔原理,推导出了部分相干双曲余弦高斯(ChG)光束在湍流大气中的光谱传输方程,研究了湍流对其光谱特性的影响,得出了一些有意义的结论,并给予了合理的物理解释.研究表明,部分相干ChG光束通过湍流大气传输其光谱特性由源光谱、光束相干参数、光束离心参数、大气折射率结构常数和观察点位置等因素共同决定.湍流使轴上点光谱移动量减小.当湍流增强到一定程度时离轴点还存在光谱跃变现象,发生跃变的临界位置和光谱跃变量随湍流的增强而增大.此外,光谱跃变的临界位置随着离心参数的增大而远离传输轴,光谱跃变量随着光束相干参数的增大而增大.     

高功率高纯度远场矢量光束特性研究

传统的矢量光束自由空间光通信系统的载波为单光束,其远场光束因衍射而呈现低功率密度,不利于光接收.研究由阵列矢量光束相干合成的高功率高纯度远场矢量光束的特性.结果表明,由阵列矢量光束远场合成高功率高纯度的矢量光束,需要一定的建立距离,且子光束数量、离轴距离、束腰半径都直接影响建立距离.具体来说,子光束数量越多建立距离越短,最大光功率越高;缩短离轴距离可缩短高纯度矢量光束的建立距离,提高远场矢量光束的最大光功率;增大束腰半径同样能提高远场矢量光束的最大光功率,但延长了高纯度矢量光束的建立距离.     

光栅的衍射成象规律

本文在光栅对平行光的衍射公式的基础上,利用几何光学成象的观点分析了光栅对于同心光束(发散光束或会聚光束)的衍射成象规律。给出了确定光栅衍射象坐标的基本公式。同时还通过大量的实验和分析讨论了光栅衍射象的分布规律和公式的适用范围。     

对垂直照明器光路的分析

本文从图解法入手,对垂直照明器光路原理进行了简明的论述;对卡梅隆1961年著《矿相学》(E.N.Camercn、1961 Ore microscopy)一书中,关于孔径光栏与视场光栏的位置关系问题,提出了不同看法;评价了两种不同结构的垂直照明器;提出了调试孔径光栏、视场光栏及校正透镜的准则;对王曙1976年著《不透明矿物晶体光学》一书中,关于调试孔径光栏之大小问题,提出了异意。     

用大口径大相对孔径非球面透镜拍摄一步彩虹全息图

本文论述要获得大视场、大面积的一步彩虹全息图必须把狭缝放置在成象透镜上;必须使用发散光波做参考光和再现照明光。为此引入孔径共轭技术。为保证较大的观察角范围和好的成象质量,采用了大口径、大相对孔径的非球面透镜组,利用以上方法作者制作了面积为400mm×400mm一步彩虹全息图,本文叙述了制造过程和关键技术,讨论了狭缝象位置、狭缝象长、景深,色模糊、象模糊、衍射效率与布拉格效应对再现象的影响。     

椭圆高斯光束在强非局域非线性介质中传输特性的变分研究

运用变分法研究傍轴椭圆高斯光束在强非局域非线性介质中的传输特性,得到了光束各参量的演化方程和各参量的演化规律的近似解、2个临界功率和2个由强非局域介质特性与初始束宽决定的特征参量ε1和ε2。在0ε1<1/3,0ε2<1/3的前提下,当初始功率等于某一临界功率时,傍轴椭圆高斯光束在传输时,可以保持某一方向的束宽不变,得到空间光孤子。     

大气湍流强度对受限拉盖尔高斯光束轴向光强分布影响的模拟

由Huygens—Fresnel原理,给出了在大气湍流中受到发射圆孔限制的拉盖尔高斯光束轴向光强的表达式．运用MAPLE模拟,得到了不同湍流强度、不同波长、不同发射圆孔孔径下轴上光强的分布图形．结果表明：在不同的拉盖尔高斯光束阶数下,轴上光强在近场发生振荡,幅度随湍流的增强而降低,周期随传输距离的增加而拉大,在远场,随着传输距离的增加,振荡逐渐消失,光强下滑平稳;最后一个平均光强极大值大小与湍流强度关系密切,湍流弱,其大小变化小,孔径大,其位置远;阶数大或波长相对长,轴上光强相对高．     

光束质量因子的研究

应用标量光场的角谱表示,推导了具有轴对称性的傍轴、非傍轴标量光束的光强二阶矩的传输规律。在此基础上,给出了光束的束腰半径、远场发散角及光束质量因子M2。对傍轴标量光束,证明了光束质量因子M2≥1;对非傍轴标量光束,指出当光束束腰半径很小时,其光束质量因子M2可以小于1,并随光束的束腰半径Wmin趋于零而趋向于零。     

像散分数傅里叶系统对部分相干光束偏振特性的影响

分数阶傅里叶变换是分析光学谐振腔的有力工具,分数阶数和像散系数的选取决定了谐振腔的尺寸,影响激光光束的偏振、远场发射角和可聚焦功率等.本文以部分相干电磁高斯-谢尔模型光束为研究对象,根据柯林斯公式推导出电磁高斯-谢尔模型光束通过含像散透镜分数傅里叶变换系统的偏振度、椭圆方位角和椭圆度的表达式,数值仿真分析了通过像散分数傅里叶变换系统输出面上的偏振度、椭圆方位角和椭圆度分布情况.仿真结果表明,光束通过含像散透镜分数傅里叶变换系统后,像散系数越大,轴上点的偏振特性变化越快;像散使非焦平面上的偏振特性由圆对称分布变为椭圆对称分布,不改变焦平面的分布形状.本文的研究结果对不同偏振特性要求下分数傅里叶变换阶数和像散系数的选取具有一定的参考价值,对光学谐振腔的设计具有重要的指导意义.     

高斯光束的近轴光学性质

本文对普通光束和高斯光束经薄透镜后在近轴条件下的成象、聚焦、准直进行了比较,指出了它们的异同,这对从事光学教学和光学实验的教师将有一定的参考价值。