具有离轴相位奇点的线偏振高斯光束特性研究

通常所研究的相位奇点光束均为相位奇点位于光束光轴上的涡旋光束,也即涡旋轴与光轴重合,但在实际生成相位奇点光束和具体应用中,往往很难保证光束的涡旋轴与光轴完全重合.基于应用实际,研究了离轴的相位奇点对光束光强的影响以及具有离轴相位奇点光束的聚焦特性和应用价值.离轴的相位奇点将以其中心所在位置为旋转对称中心对整个光场的光强分布产生相干叠加的影响,同时,离轴相位光束的研究也为非均匀光强分布的生成提供了更多的选择.     

高斯涡旋光束在ABCD光学系统中的传输

 为了研究高斯涡旋光束在ABCD 光学系统的传输演化规律,基于广义惠更斯菲涅耳积分公式,推导了拓扑荷为+1 的高斯涡旋光束经ABCD 傍轴光学系统传输的解析表达式,并数值模拟和分析高斯涡旋光束在自由空间传输中4 个观察平面上的光强分布和相位分布的特点.结果表明:随着传输距离的增加,高斯涡旋光束的光斑尺度明显增大,但光强也随之减小;同时从相位奇异点发出的等相位线由射线变成弧线,最终形成螺旋线结构.     

基于格林函数法研究分数阶Bessel-Gaussian光束近场传输

为揭示FBG(fractional-order Bessel-Gaussian)光束在近场传输时的光强和相位演化情况，基于光传播的独立性和叠加性原理，通过引入虚光源点，并结合格林函数法，严格推导了FBG光束的非傍轴积分表达式，并进一步利用非傍轴下的各阶修正解，精确计算了FBG光束轴上的光强分布.计算结果表明：对于分数阶Bessel-Gaussian光束的远场传输，利用经典的傍轴近似理论可以得到准确的计算结果，但在近场传输时，傍轴近似理论的计算结果误差很大，只有利用非傍轴修正解才能精确研究FBG光束的近场光学传输.研究结果为将FBG光束更好地应用于近场光学奠定必要的理论基础.     

光阑对暗中空涡旋光束轨道角动量的影响

基于推广的复高斯函数展开法,分析了具有轨道角动量的拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian,LG)光束通过含光阑光学系统传输的解析公式,理论推导了空心LG光束在柱坐标系下光子轨道角动量密度函数及其态矢.对1阶LG涡旋光束通过光阑后的光场分布情况进行了数值分析,在两种典型含光阑系统物理模型下分析了遮拦比对不同波长LG光束传输特性的影响,研究了LG光束通过光学系统后的相位分布及轨道角动量密度变化.结果表明,光阑系统遮拦比对LG涡旋光束通过光阑后的传输特性的影响因光束波长不同而异,遮拦比对光束轨道角动量密度影响较大,对光束束径及光轨道角动量影响不明显.研究结果可为在空间光通信中利用涡旋光束光子轨道角动量编码信息提供理论依据.     

一新型矢量光束产生的理论及实验研究

在抛物线坐标系中,基于求解矢量波动方程,得到新型矢量光束及其通过聚焦后的电场解析表达式.相应数值计算和实验探究表明:该光束的光强分布类似第一类零阶贝塞尔光束,聚焦后出现空心现象.所得结果对于矢量光束在光通信和光捕获方面有一定的参考价值.     

拉盖尔-高斯涡旋光束的传输特性研究

从菲涅耳衍射理论出发,以自由空间为例,利用柯林斯公式推导出了任意阶拉盖尔-高斯涡旋光束的传播形式,证明了高阶拉盖尔-高斯涡旋光束在自由空间的传播能够保持其自身表达形式的不变性。此研究方法可以拓展到满足傍轴条件的任意光学系统。对不同阶数的拉盖尔-高斯涡旋光束经过传输后的相位和强度分布分别进行了数值模拟,在传输的过程中,光束的等相位线发生了弯曲并且光束发生了扩散,依据传播表达式对其相位和强度的变化规律进行了分析。     

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.     

一类分数阶混沌系统的耦合同步

基于稳定性理论,选取合适的初值,以三维分数阶Rssler系统和三维分数阶Lü混沌系统为例,实现了分数阶混沌系统的耦合同步,将整数阶同步理论扩展到分数阶混沌系统,利用整数阶同步条件结合仿真方法确定耦合系数,为分数阶混沌系统的应用奠定了基础.     

部分相干环形涡旋的特性研究

根据部分相干光的传输理论,介绍了部分相干涡旋在光源平面上光强的分布情况,并以环形涡旋光束为例,做了详细的分析,得出相对宽度s/w0和拓扑荷数m的变化,对z=0截面上的光强I分布的影响。还给出了两束平行、离轴的部分相干环形涡旋光束叠加合成的相干涡旋,分析了在叠加场中光强I随离轴相对距离d/w0和相干参数α变化的情况,并且在相干极限α→∞时,复合相干光涡旋就转化成复合光涡旋。     

单轴晶体中杂化偏振矢量涡旋光场的传输特性

为了实现光场的偏振态调控,对拥有复杂偏振态分布的杂化偏振矢量涡旋光场在单轴晶体中垂直于光轴的传输特性展开研究.基于光束在各向异性单轴晶体中的傍轴矢量传输理论,推导出杂化偏振矢量涡旋光场在单轴晶体中传输的具体表达式.通过数值模拟,得出了不同参数下杂化偏振矢量涡旋光场在单轴晶体中传输的演变规律.结果表明,光束半径、传输距离以及单轴晶体的e光和o光折射率比值对杂化偏振矢量涡旋光场在单轴晶体中的强度分布、偏振态分布、自旋角动量分布以及涡旋相位分布有调节作用.光束半径越小,传输距离越大,单轴晶体的各向异性强度越大,则对杂化偏振矢量涡旋光场的传输特性影响越大.     

基于分数阶微积分的模糊分数阶控制器研究

在分析分数阶微积分的基础上,提出了一种新型模糊分数阶比例积分微分控制器.分数阶微积分将传统控制器中的积分和微分的阶数扩展到任意实数,为控制器的设计提供了比传统整数阶更好的性能扩展.结合分数阶比例积分微分控制器和模糊控制逻辑,用分数阶比例积分微分单元代替传统的模糊比例积分微分控制器中的比例积分微分单元,构建了模糊分数阶比例积分微分控制器的结构,采用模糊逻辑推理和Tus-tin离散方法实现了模糊分数阶比例积分微分控制器的计算.最后,用数字仿真方法和不同条件下的对比分析验证了新型模糊分数阶比例积分微分控制器的优良控制特性.研究结果表明,设计的新型模糊分数阶比例积分微分控制器对非线性和参数不确定性具有较强的鲁棒性.     

涡旋光束的轨道角动量双缝干涉实验研究

利用计算机全息振幅二元光栅对基模高斯光束进行衍射,实验产生不同阶次拉盖尔-高斯（Laguerre-Gaussian,LG）涡旋光束,用得到的不同阶的LG光束进行双缝干涉实验,根据采集到的干涉条纹扭曲方向及条纹扭曲程度实现涡旋光束轨道角动量的测量,通过调整实验光学系统,分析了LG光束轨道角动量的测量精度.结果表明,基模高斯光束束宽与全息光栅尺寸的合理选择会影响到生成的涡旋光束质量.在确定基模高斯光束束宽的情况下,双缝间距与光束束宽的比例为1：1.5时,双缝对生成的LG光束干涉条纹扭曲效果明显,LG光束轨道角动量测量误差最小.     

感生电场中的电势和电势差

一般情况下在感生(涡旋)电场中是不能引入电势和电势差的概念的,但当有导体参与时,自由电子在涡旋电场的作用下重新分布,出现了电荷的堆积,因而建立了静电场,从而可以比较电势的高低.接入常用的磁电型电压表对该电势差进行测量和计算,会发现不同的连接方式,测量和计算的结果不同;甚至会发现同时接入多个电压表时,各块表的测量和计算结果也不相同.     

涡旋的提取和跟踪算法研究

文中提出了基于特征流场[1]概念的平面时变流场多涡结构中涡旋的自动提取及跟踪算法研究。该算法是通过提取流场中的涡旋区域从而确定涡核范围,对涡核采用流线积分的方法来跟踪,精密跟踪三维特征流场内涡核以及在被积流线上记录其具体的演化路径,从而为流场中不同时段的演变过程能更直观的去观察奠定了基础。     

基于有理Haar小波求解分数阶第2类Fredholm积分方程

利用有理Haar小波函数数值求解分数阶第2类Fredholm积分方程,用有理Haar小波定义及性质与配置法给出有理Haar小波积分算子矩阵,将积分方程转化为代数方程组进行求解.最后通过误差分析和数值算例将分数阶积分方程的精确解和用Haar小波所得数值解进行比较,表明了该算法具有较高的精确度.     

氟掺杂氧化锡薄膜电活性缺陷密度的太赫兹谱探测

从理论上分析了电场应力前后氟掺杂氧化锡(FTO)薄膜的能带结构和传导机理,提取了应力前后FTO薄膜的太赫兹电导率.采用Drude模型对应力前的FTO薄膜太赫兹(THz)电导进行了仿真;采用了Hopping模型对应力后的THz电导进行了仿真,实验与仿真结果一致.结果表明,应力后FTO的电导率提高了3个数量级,源于电场作用...     

基于高阶叠层矩量法分析理想导体缝隙的散射特性

利用等效原理和Bab inet原理得到无限大理想导体缝隙的磁场积分方程.根据高阶矩量法的基本原理,对缝隙表面进行离散,利用高斯积分求得缝隙的等效磁流和散射特性.文中定义了相对尺寸s(s=h/λ),通过分析,当s不变时,缝隙的等效磁流不变,其RCS(雷达散射截面)也只是改变了振幅,变化的趋势都相同.且当s变大时,缝隙的等效磁流幅值变小,RCS的变化更频繁.     

分数阶常微分方程初值问题的高阶近似

对于整数阶常微分方程的数值解法,如欧拉法、线性多步法等都已有较完善的理论.而对于分数阶微分方程数值方法和误差估计的理论研究相对较少.在这篇文章中,我们考虑最简单的分数阶常微分方程,引进了分数阶的线性多步法,导出了分数阶常微分方程初值问题的高阶近似,证明了其方法的相容性和收敛性,并且给出了稳定性分析.最后给出了一些数值例子,证实了这个分数阶线性多步法是解分数阶常微分方程的一个有效方法.