非周期高透射亚波长会聚光栅的研究

亚波长光栅作为一种新颖的光学器件可以实现光束的偏转、功分、会聚、偏振分束等功能.针对空间光的耦合以及微型激光器输出光的束型需求,本文提出了一种具有透射光束会聚效果的一维亚波长光栅,通过对亚波长光栅的结构设计,控制亚波长光栅的波前相位使得亚波长光栅具有高的透射率,以实现透射光束的会聚效果.利用有限元分析法(FEM)对设计的一维非周期亚波长会聚光栅数值进行仿真,结果表明:仿真焦距在10μm处的光束会聚的透射光栅,仿真得到的实际焦距fx为7.715μm,透射率为81.8%.因此,利用有限元法设计的非周期光栅对发散光束具有优异的会聚效果,有望在光通信器件的集成以及空间光耦合领域得到重要应用.     

一种输出无衍射光束的金属环状波导激光器的光场特性

介绍一种输出无衍射光束的金属环状波导激光器,以横向电(TE)模为例详细分析了金属环状波导谐振腔内的电磁场分布,耦合损耗,输出光束近、远场特性.通过几何光学分析了产生无衍射光的原理,计算了无衍射光的相关参数.由衍射积分理论分析和模拟了输出光束的光强分布特性,所得分析结果与几何光学分析是一致的.结果表明,该器件能够输出无衍射光束.     

160 Gbps光通信系统中光纤准直器的基准插入损耗与功率代价研究

在几何光学和高斯光束传输理论的基础上,运用矩阵光学原理与高斯光束耦合理论,分析了基于自聚焦透镜光纤准直器引入高速光通信系统的基本插入损耗、回波损耗等特性,并采用光纤衰减基准测试方法对理论计算进行了实验验证.在160 Gbps光通信系统中分析了该器件对系统传输性能的影响,对误码率曲线进行了测试对比,讨论了光纤准直器增大系统功率代价的原因.     

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     

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％。     

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.     

基于全息存储的激光光束质量研究

介绍了光束质量评价体系中光束质量因子,相关度及标准偏差等评价指标,研究了全息存储过程中半导体激光器的光束质量,比较光束经过平面镜以及分光镜之后,光束相关度及标准偏差变化情况,发现光束经过光学器件之后,相关度均下降,标准变差增大。实时采集了激光光束经过扩束、准直、聚焦之后,光斑强度变化对比图,焦点前光束光斑强度属于高斯型分布,进行存储再现图像信息更清晰、亮度也较大。同时存储介质置于焦点前的存储系统设计也有利于全息存储系统的小型化发展。     

矢量光束和空间偏振转化器件的矩阵分析

琼斯矢量和琼斯矩阵是分析光束偏振态和光学元件时广泛使用的一种数学工具．本文将琼斯矢量和琼斯矩阵的矩阵元素从常量扩展为与方位角相关的变量,用以描述矢量光束和空间偏振转化器件．探讨了组合半波片和组合偏振片对基模高斯光束和螺旋光束的变换作用,提出了生成矢量光束的新方法和检测螺旋光束轨道角动量的新方法．     

高斯光束传输中的衍射损耗

由于光学元件的通光孔径(横向尺寸)总是有限大的,因此,高斯光束在通过这些光学元件时会有衍射损耗.并引起光束横向场分布、结构(模式)的变化.另一方面,在光学系统设计时,也需要选择适当几何尺寸配置的光学元件,例如不同孔径大小和形状的光阑、空间滤波器等,利用不同阶光模通过它们时有不同衍射损耗来改变光场的横向分布,提高光束质量,进行光束整形或滤波等.在文[1、2]的基础上,我们以厄米-高斯光束为例对衍射损耗作了详细的数值计算和物理分析,所得结果对激光束传输过程中衍射损耗计算和模式结构分析有参考意义.     

拉普拉斯方程在变换光学中的应用

介绍一种基于变换光学理论和拉普拉斯方程的光学器件设计方法,可以设计具有不同光学特性的光学器件,提出了一种设计隐身斗篷、物体缩放器、光学幻觉、以及电磁波局域器件的通用变换,并给出了设计实例,数值模拟结果验证了这些器件的光学特性.      

贝塞尔光束对微米级生物粒子的光俘获特性分析

文章论述了利用类贝塞尔光束产生光俘获的特点,即在最大准直范围(Zmax)内能实现多个粒子同时俘获。并将叠加后的两贝塞尔光束对不同半径的粒子进行微操作,同时采用基于麦克斯韦方程和极化理论的电磁学模型对该过程进行模拟。     

干涉型光纤温度传感器及其自动检测

本文介绍了一种利用马赫—曾德尔干涉原理,用两条单模保偏光纤构成的温度传感器,并设计了由一对光纤束和TP801单板机组成的干涉条纹光电自动检测系统。     

径向偏振无衍射光束的产生及其传输特性研究

从理论和实验两方面对径向振无衍射束进行了研究.理论上数值模拟了径向振无衍射束传输特性.模拟结果表明,径向振无衍射光束既具有径向振特性又具有无衍射特性.实验上我们利用高斯束经过径向振转换器后由轴棱锥聚焦获了径向振无衍射束,并使其经过不同角度振后到同振方向上强分,实验结果与理论结果一致.这种既具有径向振特性又具有无衍射特性束具有阔应用前景.     

产生长距离Mathieu光束的方法

设计一套提高Mathieu光束无衍射距离的光学系统,并进行数值模拟.根据传统的方法,利用轴棱锥聚焦椭圆高斯振幅调制的平面波产生Mathieu光束;同时,基于凹透镜对光束的发散特性,将其放置在轴棱锥的前方,使Mathieu光束的无衍射距离得到提高.使用Mathcad软件进行模拟,并将新系统与传统方法对比.结果表明:利用凹透镜系统,可以得到无衍射距离大、质量较高的Mathieu光束.     

横隔梁对异型连续箱梁整体受力影响

针对宽跨比较大的异型连续箱梁的横隔梁设置问题,运用梁格法原理对雾凇异型连续箱梁建模,拟定了三种横隔梁设置方案.在不同荷载工况作用下,运用有限元分析软件MIDAS Civil对三种不同方案的内力加以分析.结果表明:对于该结构的连续箱梁,除端部和中墩墩顶处设置横隔梁外,各跨跨中以不设横隔梁为佳.文中对异型连续箱梁的设计内力取值.可为其他类似结构设计提供参考.     

非柯尔莫哥洛夫湍流大气信道中的高斯脉冲型量子光束偏振度

利用湍流系综平均量子偏振度模型,研究了斜程非柯尔莫哥洛夫信道中传播的高斯脉冲量子光束的量子偏振度起伏,并且得到了线性偏振量子光束偏振度的解析方程。由数值研究得出,地面湍流强度越弱和单脉冲光子数越高,传输量子场的偏振度受大气湍流的扰动就越小;脉冲持续时间较长的高斯脉冲光束的偏振度的空间均匀性较小,且受湍流干扰较大;非柯尔莫哥洛夫谱幂律参数越大,量子场偏振度受干扰越小。     

利用形函数性质产生直梁单元形函数的方法

利用形函数性质产生直梁单元形函数: 首先利用直梁单元形函数在其余节点上的性质构造在第j 个节点上包含待定常数的形函数表达式, 然后利用该形函数在第j 个节点上的性质, 求得在该节点上的所有形函数, 最后重复上述步骤可得到梁单元其余节点上的形函数. 以3 节点6 自由度直梁单元为例, 阐述了该方法产生形函数的应用, 同时也给出了2 节点6 自由度和2 节点8 自由度直梁单元的形函数. 与传统的方法相比, 该方法求解形函数的工作量显著减少.     

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.     

基于壳梁组合单元预应力混凝土梁非线性响应

基于壳梁组合(SBC)单元,建立了预应力混凝土T梁非线性分析模型,并对其进行了破坏全过程研究,对梁体刚度折减、预应力筋应力重分布规律等进行了分析.基于分层壳单元和梁单元计算模式,对预应力筋采用SBC单元模拟,有效地模拟了预应力筋的空间预应力作用,对普通钢筋和混凝土采用分层壳单元模拟.采用Owen准则等描述了预应力混凝土T梁的屈服等材料非线性效应,并研制了相应的非线性计算程序.研究结果表明,该方法的计算结果与试验梁的试验结果吻合良好,非线性SBC单元方法用于预应力混凝土T梁分析是合适的,为此类工程薄壁结构的评定分析提供了一种较为有效的计算方法.     

NIM5喷泉钟冷却光注入系统的设计和调校

针对NIM5喷泉钟(111)物理布局对冷却光的斜入射角度要求,提出了一体化冷却光注入设计,将偏振、功率和光束特性控制功能集成到冷却光注入系统.根据系统要求,提出相应指标的调校方法.在保证光功率稳定性优于97%的条件下,实现了光利用率大于86%,垂直度小于0.3',光斑均匀性波动小于4%,准直性(光束直径离散)小于3%.较好地满足了NIM5喷泉钟要求.