曲面复眼中对数型锥透镜成像特性研究

提出利用对数型锥透镜的焦线特性解决球面复眼系统成像过程中球透镜离焦问题.设计锥透镜焦深范围满足复眼系统各个子眼通道成像.通过仿真分析,研究了对数型锥透镜的轴上与离轴成像特性;利用金刚石切削技术和翻模技术实现该锥透镜的批量制造.实验检测结果表明,锥透镜焦线范围内轴上成像光斑直径保持一致;离轴成像时产生的十字光斑,可以通过提取交叉点,确定复眼系统子眼通道离轴成像光斑中心位置.该设计方案可用于消除球透镜固有离焦发散现象,提高复眼中各子眼对其视场内各方向光线成像光斑中心的定位精度,有效改善复眼成像质量.     

轴棱锥非圆对称加工误差对贝塞耳光束质量的影响

在惠更斯-菲涅耳衍射积分理论和稳相法的基础上,分析了轴棱锥非圆对称加工误差对其所产生的零阶贝塞耳光束(J0光束)质量的影响,对CCD拍摄的贝塞耳光斑图样进行了数值模拟。计算结果指出,当轴棱锥的截面为圆对称的理想加工时,轴棱锥产生的光场分布为近似理想的零阶贝塞耳光。当存在非圆对称加工误差,且截面为椭圆形时,衍射光斑将偏离J0光.随着椭圆半长短轴之差的增大,偏离程度增大。实验结果和理论模拟吻合得很好。     

纳秒Bessel光束截面光强的分布

由衍射积分理论给出平行光通过轴棱锥后的光场分布表达式,模拟得到Bessel光束截面光强分布图.利用轴棱锥法,以平-抗共振环(ARR)介稳腔Nd:YAG调Q激光器为光源,获得高稳定的纳秒Bessel光脉冲.通过胶片扫描法和激光光斑能量分布的三维可视化方法,获得纳秒Bessel光截面光强的二维及三维能量分布图.实验结果与理论模拟基本吻合.实验结果表明,通过上述方法得到的分布图达到了比DataRay公司的Taper-CamD-UCM-20-15型光束分析仪要高的图像分辨率,是一种记录ps、甚至fs超短光脉冲空间能量分布的有效方法.     

无衍射光束在激光三角测量系统中的应用研究

无衍射贝塞耳光束是近年来国内外极为重视的一个新兴研究领域.这种光束同时具有焦深长,中心光斑小的特点.利用这一特点,作者首次提出将其作为入射光束应用于激光三角测量系统,以解决传统激光三角测量系统无法满足大量程与高分辨率测量要求的问题.文中给出了无衍射光束的理论及实现方法.在三角测量物 象位置关系的基础上,设计了无衍射激光三角测量系统及其参数并给出了实验结果.理论分析与实验结果表明,这种新型系统明显优于传统的三角测量系统.     

无衍射光束及二元旋转棱镜器件的设计

由旋转棱镜（ａｘｉｃｏｎ）器件生成的无衍射光束（ｄｉｆｆｒａｃｔｏｎ－ｆｒｅｅｂｅａｍｓ）横截面上的光强分布具有传播不变性，因而具有相当广泛的应用前景。介绍了无衍射光束及其特性，提出二元ａｘｉｃｏｎ的设计方法，并给出了计算机模拟的设计结果。     

准单色光照射轴锥镜的衍射特性

为了研究准单色光照射轴锥镜的衍射特性,在讨论单色平面波照射轴锥镜衍射理论的基础上,利用准单色光可以分解为不同频率单色光线性组合的特性,得到了准单色光照射轴锥镜的衍射光斑的强度分布形式。并根据仿真和实验结果比较了准单色光和单色光产生的衍射光斑强度分布的差异。结果表明,准单色光照射轴锥镜产生的衍射光斑的强度为不同频率单色光照射轴锥镜产生的强度之和,衍射条纹数比单色光的少,离轴方向的光强比单色光的衰减快。     

基于轻薄硬质超表面的空气声波反射场操控

对反射声波的复杂操控是声学研究的基础问题之一,并广泛应用于房间声学设计及噪声能量消除等重要场合。近年来出现的声学超表面为声学功能器件的小型化提供了新的启示,因此如何进一步缩减其尺寸和重量具有重要的物理意义与应用价值。展示了一种轻薄超表面结构对低频空气声波所产生反射声场的高效、精准操控。通过理论计算证明了利用简单的扁平中空结构,可在不显著牺牲能量反射率及结构强度的前提下,通过调控单个结构参数产生0~2π范围内的反射相位,同时避免了制备难度高和增加器件重量的复杂内部结构,因此具有尺寸超薄(λ₀/20)、重量轻盈、反射率高及制备简单等优势。通过实现任意角度的异常反射、基于超薄平面透镜的可调声聚焦、构建平面棱锥镜产生类贝塞尔声束3个典型例子展示了该器件对反射声波的丰富操控性能。实现基于轻薄超表面对反射声场的操控,有助于新型平面声学器件的研究与应用,并有望在建筑声学、噪声控制、扬声器设计等领域中产生重要价值。     

GSM光束经过角棱锥之后光束质量的改变

本文从Wigner分布函数出发，计算GSM（GaussianSchell－Model）光束经过角棱锥之后光束质量因子（M2因子）的变化。结果表明，经过角棱锥之后，光束质量因子的增量依赖于输入的光束半径、角棱锥材料的折射率和角棱锥角度。     

离轴障碍物Bessel光束的重建

利用Hankel理论,对障碍物离轴时Bessel光束的重建过程进行了分析.实验中,用体视显微镜及CCD系统记录了Bessel光束经离轴障碍物遮挡后的光强变化.针对Bessel光束被障碍物阻碍后的重建现象,对轴上障碍物及离轴障碍物两种情况进行了比较.结果表明,两种情况的遮挡均能使Bessel光束重建,不同的是对相同尺寸的障碍物离轴障碍物完全重建比轴上障碍物完全重建需要更长的距离.     

用轴棱锥设计贝塞尔-高斯谐振腔

本文从较直观的角度出发,把贝塞尔光理解为一对趋向于传播轴线和离开轴线的锥形波的叠加,将腔两端的镜面理解为用于改变光场位相的器件,讨沦用轴棱锥设计谐振腔以产生贝塞尔光,我们发现在所设计的腔中振荡的光是受钟形函数调制的锥形波,其模式与贝塞尔一高斯光相似.并且我们所得到的结论与福克斯一厉数值迭代法验证的结果是一致的.