光学涡旋产生方法的分析与研究

光学涡旋是具有螺旋型波前和相位奇点的一种新型光束,对其原理与应用的研究已经成为光学领域中一个新兴的热点.本文首先对几种常用的产生光学涡旋的方法进行了介绍,分析了不同方法的优缺点,并利用液晶空间光调制器法和螺旋相位板法进行了实验研究.     

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。     

利用环形螺旋相位板产生高质量光学涡旋

通过分析理想的涡旋光场——拉盖尔-高斯光束,提出一种确定螺旋相位板的最佳结构参数的方法,模拟结果和实验结果均验证了此种方法的可行性.这为设计衍射光学元件提供了一定的理论基础和实验基础,在束缚粒子等方面有一定应用前景.     

基于等离激元超表面的径向和角向偏振矢量光束的产生

为满足信息大容量和快速传输处理的需求,小型平面化集成光学器件正逐渐代替传统的大体积折射器件,可在亚波长尺度进行光波操控的超表面结构为微纳光子学器件设计和相关物理现象的研究提供了全新途径.该文设计了一种由正交纳米缝对组成的表面等离激元(surface plasmon polariton, SPP)超表面,实现了径向和角向偏振矢量涡旋光束的产生.利用惠更斯-菲涅尔原理从理论上推导出螺旋超表面中心区域的表面等离激元光场表达式,并利用时域有限差分法(FDTD)进行了模拟计算.实验搭建显微成像系统采集的SPP光强分布图样与FDTD模拟和理论计算结果吻合得很好,验证了利用该超表面获得径向和角向矢量涡旋光束的可行性.     

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.     

圆偏振光的产生、测量与自旋偏振电子的光注入

理论上给出了线偏振光通过波片产生的椭圆偏振光的圆偏振度与方位角和相位延迟量的关系.结果表明,圆偏振度对方位角的变化更灵敏,在保持圆偏振度不变条件下,每提高方位角精度一度,则可降低相位延迟精度至少两度,这将改变人们重视相位延迟而轻视方位角精度的通常做法,降低1/4波片的加工难度和造价.还给出了宽带光谱分布和波片相位延迟色散对圆偏振度影响的解析解.发展了一种圆偏振度和波片相位延迟实验测量的简单方法.利用这种方法实验测试了Newport公司生产的1/4波片的相位延迟.     

空间波片偏振调制生成矢量光束的模拟研究

为了研究空间可变波片偏振调制生成矢量光束的方法,本文借助琼斯矢量和琼斯矩阵较深入地分析了任意阶拉盖尔-高斯螺旋光束通过空间偏振转换器件生成矢量光束的过程,并根据数学模型对矢量光束的远场强度分布进行了数值仿真.仿真结果表明:线偏振和圆偏振的基模光束可分别通过空间半波片和空间四分之一波片转化生成矢量光束,且随着空间波片阶数的提高,输出光束暗核逐渐增大;空间波片对螺旋光束的作用可以等效为两个正交圆偏振的螺旋分量的叠加,通过轨道角动量偏振检测仿真,证实了该方法的正确性.     

一种基于二次型约束最小二乘法的瞬时单点定位算法

在某些具有鲁棒性要求的应用中,标准单点定位(standard single-point positioning,SPP)仍然发挥着至关重要的作用.但是经典SPP的定位精度仍然为米级,不足以满足一些实际应用的需求,如水文测量和机场场面活动的车辆等.针对该问题,通过将先验高度信息融入到SPP算法中来实现瞬时亚米级定位精度,提出了一种基于二次型等式约束最小二乘估计的SPP定位方法.利用实测的GPS(global positioning system)卫星观测数据进行SPP实验,实验结果表明,与无约束SPP相比,本方法有效地改善了定位精度,并且不依赖于载波相位测量,有较高的鲁棒性.     

激光在半柱形边缘对称结构物体上的衍射

本文以实验现象为基础,讨论了激光在半柱形边缘对称结构物体上产生的边缘波所特有的相位关系,并以两束反射波能量相等为前提条件,导出波函数这种特有的相位关系,从而给出一种简、直观的解释.由此能够对单丝、单丝一圆孔等类物体的远场衍射图样提供一种与实验结果一致的描述,并且提供一种利用单丝衍射测量激光光束发散角的新方法.     

Matlab模拟干涉光束参数对光子晶体结构的影响

光子晶体作为一种新型人工周期性电介质材料,具有广泛的应用前景.激光全息干涉法是制备光子晶体的最有前途的方法之一,它利用多束相干光束干涉的原理制备光子晶体结构,由于此不同的光学参数对制备的光子晶体结构会产生重要的影响,采用实验研究效率较低,而通过数值模拟可以从理论上确定干涉图案的光强分布,并得到直观的模拟图案,因此先使用计算机进行模拟光学参数影响的研究是十分必要的.本文根据多光束干涉的理论模型,使用Matlab模拟得到了多光束干涉形成的二维光子晶体结构.同时,根据计算机模拟结果,研究了光束的偏振角、方位角、极角、相位等参数对干涉图案的影响.通过模拟发现,方位角影响着干涉结构的对称性;偏振角的改变会引起干涉图案光强极大值和极小值的大小和绝对位置发生改变;相位的改变对干涉结构较小,但在实验中为提高制备的精确性,应该考虑相位的影响;极角影响着光强的空间分布.因此,本文为逆推特殊光子晶体结构的干涉光束参数提供了帮助.     

金属-有机-金属电激发表面等离激元器件

在p型硅衬底上, 制备了金属-有机-金属(metal-organic-metal, MOM)电激发表面等离激元器件。器件结构是p-Si/Au/V₂O₅/NPB/Alq₃:DCM/Sm/Au, 掺杂DCM的Alq₃为发光层。高倍显微镜下, 器件侧面发光图像显示, 绝大部分光被限制在双金层结构波导中传播。采用微区共焦拉曼光谱仪, 分别测量了侧面出射的非偏振模式、TM模式和TE模式电致发光谱。TM模式强度约为TE模式强度的2倍。分析认为, 具有TM偏振特性的表面等离激元(surface plasmon polariton, SPP)在侧面电致发光中起重要作用。 发光体的能量耗散谱表明SPP模式能量约占总能量65%。利用时域有限差分法(finite-different time-domain, FDTD)对简化结构进行模拟, 得到了泄漏模和SPP模式的二维电场强度分布。     

WDM节能光网络中的抗毁保护算法研究

针对波分复用（wavelength division multiplexing,WDM）光网络的节能需求,研究绿色网络解决方案,在光网络抗毁保护问题上提出绿色共享通路保护算法。该算法通过将工作通路和保护通路隔离在不同的光纤中,并将网络中的空闲资源和备份资源切换到睡眠模式,以实现光网络的节能。与传统共享通路保护算法的对比仿真表明,绿色共享通路保护算法能够有效提高网络功耗效率,并在低负载网络中取得网络总功耗和阻塞率性能的较好折中。     

Microscopic theory of the extraordinary optical transmission

The phenomenon of extraordinary light transmission through metallic films perforated by nanohole arrays at optical frequencies was first observed a decade ago and initiated important further experimental and theoretical work. In view of potential applications of such structures--for example, subwavelength optics, optoelectronics devices, and chemical sensing--it is important to understand the underlying physical processes in detail. Here we derive a microscopic theory of the transmission through subwavelength hole arrays, by considering the elementary processes associated with scattering of surface-plasmon-polariton (SPP) modes by individual one-dimensional chains of subwavelength holes. Using a SPP coupled-mode model that coherently gathers these elementary processes, we derive analytical expressions for all the transmission spectrum characteristics--such as the resonance wavelength, the peak transmission and the anti-resonance. Further comparisons of the model predictions with fully vectorial computational results allow us quantitatively to check the model accuracy and to discuss the respective impacts of SPP modes and of other electromagnetic fields on producing the extraordinary transmission of light. The model greatly expands our understanding of the phenomenon and may affect further engineering of nanoplasmonic devices.     

恢复时间敏感的光网络混合通路保护算法

针对波分复用(wavelength division multiplexing,WDM)光网络中双链路失效的抗毁需求,研究并提出一种恢复时间敏感的混合通路保护算法.该算法通过引入业务连接的恢复时间约束,利用专用保护业务切换时间快而共享保护资源利用率高的特点,采用专用通路保护(dedicated path protection,DPP)与共享通路保护(shared path protection,SPP)相结合的方式,解决业务切换时间与网络资源利用率之间的矛盾,根据服务等级协定(service level agreement,SLA),在网络资源较少的情况下,优先保证高等级业务的保护资源分配,从而为不同等级业务提供灵活的区分业务恢复度的资源配置方案.仿真结果表明,与传统的DPP和SPP相比,恢复时间敏感的混合通路保护算法在满足业务恢复时间门限的前提下,能够在平均恢复时间、网络资源利用率以及业务连接恢复度性能上获得较好地折中.     

MgF_2薄膜器件的结构、导电和发光

通过蒸镀ＭｇＦ２薄膜制作了一种可均匀发射可见光的新型金属一绝缘体一金属结型发光器件。论证了它的内层结构、导电机理及其发光的物理图象：Ｓｃｈｏｔｔｋｙ热电子在Ａｕ－真空界面激发表面等离极化激元（ＳＰＰ）；Ａｕ－真空界面的ＳＰＰ通过表面粗糙度与外光子耦合。这一图象与该器件的电流－电压（Ｉ－Ｖ）、电流－温度（Ｉ－Ｔ）关系及其发射光谱的主要特征一致。     

计及路网权值时变特性的全局最优路径规划

由于静态路径规划（static path planning,SPP）和滚动路径规划（rolling path planning,RPP）思想无法求解全局最优路径,提出了一种计及路网权值时变特性的全局最优路径规划方法（global optimal path planning,GOPP）。利用Vissim软件对重庆大学城某区域路网进行建模与仿真,采用改进的前向关联边数据结构存储路网拓扑关键要素及行程时间仿真数据,以此作为路径规划数据库。在此基础上,推导跨时段路段的实际权值,提出一种基于Dijkstra算法的GOPP方法。最后基于路径规划数据库,在证明经典Dijkstra算法相比智能启发式算法具有全局最优求解能力的基础上,分别采用SPP、RPP和GOPP方法在MATLAB环境下仿真得到3条规划路径,结果表明GOPP累计行程时间为1 158.7 s,相比SPP和RPP分别减少了212.7 s和57.6 s,有效验证了GOPP在缩短交通出行时间的优越性,对今后智能交通系统的发展具有一定的理论指导意义。     

渗漏效应还是缝宽效应-SPP光子晶体等效理论的误差来源

由两种以上的电介质材料周期性的填充到亚波长金属狭缝中组成的系统被称为是SPP光子晶体.它可以产生带隙结构从而有效调控狭缝中的表面等离激元.对于这个系统,用等效理论计算出来的带隙宽度总是比数值模拟出来的结果要大些.对于这一误差的来源,一种猜测是,光波因能够通过金属壁直接传播而有渗漏效应.本文通过时域有限差分(FDTD)模...     

An analysis of single point positioning with real-time internet-based precise GPS data

Single Point Positioning (SPP) is currently capable of providing position accuracy of several meters. To obtain a better accuracy, the Differential GPS (DGPS) method must be applied. For large-scale applications such as aerial survey and mapping, however,the requirement of a base station(s) in conventional DGPS often become problematic in practice due to the increased operational cost and complexity. Recently a concept of Global Differential GPS (GDGPS) has attracted increasing interests among the GPS communities. GDGPS has the same user's implementation as SPP,but its accuracy is augmented by the globally or regionally distributed precise GPS data currently including precise satellite orbit and clock corrections. The major advantage of GDGPS lies in two aspects: system simplicity at the user's end, and globally consistent positioning accuracy. This paper presents GDGPS positioning results using the precise GPS data generated by the Natural Resources Canada (NRCan). NRCan's precise data can be retrieved real-time from Internet base on Virtual Private Network (VPN) and Multicast technology. The packet delay and Packet Loss Rate (PLR) of multicasting over Intemet will first be investigated.The total latency of precise GPS data as well as the position accuracyof GDGPS will then be analyzed. The numerical results have shown that a meter to half-meter level accuracy is obtainable based on epoch-by-epoch data processing. With phase-smoothed code observations, the positioning accuracy can be further improved.     

翼剖面二相流压力分布计算

在船用螺旋桨桨叶表面充气以形成气膜是改善其空泡特性的有效方法之一．应用薄边界层理论和源汇分布面元法实现了水气二相流在叶剖面上的流动匹配计算,确定了水动力压力分布和空泡斗,揭示了空泡性能变化的机理．通过同NACA4412非对称叶剖面和NACA0012对称叶剖面压力分布试验结果的比较表明,数值模拟计算结果是可信的,从而为半潜桨和表面切入桨设计的水动力性能计算提供了有效的数值方法．