无衍射光束簇

波动方程在笛卡尔坐标系、圆柱坐标系、椭圆柱坐标系及抛物线坐标系下可求得无衍射解,分别是余弦(Cos)光束、贝塞尔(Bessel)光束、马蒂厄(Mathieu)光束和抛物线(Parabolic)光束,它们组成了无衍射光束家族(又称亥姆霍兹光束).介绍这4种光束的具体表达式及光强分布图和自重建过程.最后,对4种无衍射光束进行比较,总结了无衍射光束的应用热点,并展望未来.     

扰动对三倍频光束质量的影响

使用分步傅里叶变换和四阶龙格库塔法,对高强度激光三次谐波转换的光束质量进行了研究,考虑了谐波转换过程中的二阶非线性、三阶非线性、衍射、离散等效应,并着重研究了入射基频光波的扰动对三倍频光束质量M2因子的影响.研究表明,入射基频光的振幅调制和位相畸变均会降低三次谐波转换光波的光束质量,相对而言较大的位相畸变对谐波光束质量的影响更大于振幅调制的影响,而较小的位相畸变对谐波光束质量没有明显的影响.     

激光高斯光束表达式的一种导出方法

给出了从波动方程导出高斯光束表达式的一种方法,推导结果与谐振腔衍射积分理论的结果一致,同时也证明了高斯光束和均匀平面波、球面波一样,也是波动方程的一个解.推导过程丰富了教学内容,开阔了学生思路,加深了对高斯光束的理解,产生良好的教学效果.     

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.     

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.     

贝塞尔光束的无衍射距离

得到了一个计算最大无衍射距离的经验公式,发现Bessel光束的最大无衍射距离与光乔量横向分量系数kr成反比,而与光阑半径R成正比,并利用数值计算了Bassel光束的无衍射距离与参量之间的关系。     

无衍射J_0光束最大准直距离的研究

本文主要从惠更斯-菲涅尔衍射积分出发推导了无衍射光束的轴上光强和最大准直距离的计算公式,测量了平行光通过轴棱锥后产生的不同传输距离的无衍射光束的光强情况,讨论了不同的棱角的轴棱锥、不同的光阑半径对最大准直距离的影响情况。实验结果显示,当激光光束经过轴棱锥转换后在最大准直距离范围内光强分布近似为贝塞尔分布,符合无衍射光束的特性,由衍射积分理论的数值模拟和几何光学近似得到的无衍射光束的最大准直距离以及棱角与光阑半径对最大准直距离的影响和实验结果基本吻合。     

高阶贝塞尔光束的Z扫描理论

以菲涅耳-基尔霍夫衍射理论为基础,研究高阶贝塞尔光束穿过非线性光学介质的衍射效应,从而解释高阶贝塞尔光束的Z扫描现象.通过对使用高斯光束、零阶贝塞尔光束、一阶贝塞尔光束、二阶贝塞尔光束和三阶贝塞尔光束的归一化Z扫描曲线对比,表明使用高阶贝塞尔光束较使用零阶贝塞尔光束的Z扫描具有更高的灵敏度.高阶贝塞尔光束的Z扫描为测量介质非线性光学系数提供了一种更为精确的测量方法.     

论无衍射发散光束

从傅里叶光学的概念出发,指出傅里叶光学的本征模和具有一定特征的一些本征模的组合就是无衍射发散光束,这为寻求和判断无衍射发散光束提供了一个简单的方法．同时也指明对无衍射发散光束的任何有限孔径的截取,所得的都不再是无衍射发散光束,即无衍射发散光速充满全部空间．     

高斯光束通过球差透镜后光强随入射光束光腰半径的变化

根据广义惠更斯－菲涅尔衍射积分公式,利用数值计算,研究了高斯光束通过球差透镜后光强分布随入射光束光腰半径的变化规律。相同球差情况下,随着入射乐束光腰半径ｗ０的增加,球差对衍射光场分布的影响增大。ｗ０越大,衍射光强越大,焦移也越大。本文所得结果对实际应用有一定参考意义。     

基于嵌入式变换光学的光束偏折器

用嵌入式光学变换法设计了一种光束偏折器,可使光束的传播方向发生90°的偏转,当对介质中与TE波和TM波相关的光学参数分别设置时,这种器件可以实现偏振分离的功能,采用数值计算的方法对器件的光学特性进行了分析,计算结果表明这种器件的设计是可行的.     

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.     

港珠澳大桥非通航孔85m组合连续箱梁体系转换线形监测与分析

港珠澳大桥CB05标浅水区非通航孔桥采用85 m组合连续箱梁结构,全长5 440 m,共11联,128片组合梁,国内外如此大规模的组合梁桥建设尚属罕见。如何通过线形监测准确而高效地反应组合梁实际线形,对工程本身显得尤为重要。介绍了组合梁安装阶段的主要施工流程,重点阐述了组合梁体系转换步骤;运用Midas/Civil 2012建立了有限元理论模型;结合实际情况布置组合梁顶、底板线形监测点;选取本桥首件工程第八联组合梁为对象,将采集到的线形实测值与理论值进行了对比分析,统计偏差范围,分析偏差出现的原因,为后期改进施工措施、国内组合梁成桥高程验收标准制定以及今后类似工程建设提供了参考和经验。     

MIDAS在叠合梁分析中的应用

应用MIDAS软件,通过梁模型和板梁模型的建立,对某拱桥叠合梁进行了分析,可为类似叠合梁有限元分析提供借鉴。     

带钢筋的四节点板单元刚度矩阵初探

充分考虑了钢筋混凝土板中钢筋实际发挥的抗弯作用,将钢筋混凝土中的钢筋作为平面梁单元,既考虑了钢筋的轴向作用,也考虑了钢筋的横向作用、抗弯作用,推导得到了钢筋钢筋混凝土板中钢筋对板单元的贡献矩阵,得到了钢筋混凝土四节点板单元的刚度矩阵。     

调制激光束的温度效应

研究聚焦的调制激光束照射团体材料表面时所引起的温升分布。根据固体对光的吸 收和材料的热传导过程建立了数学模型。在柱坐标系下用Ｈａｎｋｅｌ积分变换方法求解一般 形式的热传导方程得出了直流温升和交变温升空间分布的积分表达式。通过计算机模拟 得到了不同材料的温升分布与激光束参数之间的关系。     

基于空间斜梁单元斜梁桥结构计算的有限单元法

斜梁桥结构计算中,由于斜交角而使其更加复杂。吸取梁段单元的思想,将斜交箱梁沿纵向划分为若干斜梁段,在位移分析的基础上,通过正、斜交坐标转换关系,直接建立在斜交坐标系内描述单元空间位移的方法,用势能驻值原理推导斜梁单元刚度矩阵并建立其有限单元列式,利用编制的有限元程序进行斜交结构的分析。结果表明:本文计算简单精度较高。     

轨道车车架强度及刚度的研究

对某型号轨道车车架所受外力进行了分析,建立了该车架离散为板梁组合结构的有限元模型。应用GTSTRUDL大型通用结构分析程序计算出车架的应力和位移场分布,从强度和刚度观点对车架的性能进行了分析讨论,为进一步改进设计提供了理论依据。     

结构分析中的曲梁单元

综述了曲梁单元的发展.指出曲梁单元的非线性分析方面尚处于混乱阶段,而且有些学者认为直梁单元不能用于曲梁的非线性分析.通过三个实例表明了不同的曲梁理论对不同的结构、不同的受力条件,都有不同的适用性.最后通过编制的直梁单元的几何非线性程序,证明了直梁单元完全可以用于曲梁的非线性分析.     

板型吊梁应力场的有限元数值解

由于板型吊梁形状不规则,传统方法不能求出其令人信服的应力值.本文用有限元数值解法得出其应力场,从而为吊梁的强度验算提供了前提.