非圆柱形发散梯度折射率棒透镜光线传播轨迹的解析解族

本文研究光线在具有非圆柱形等折射率面的发散型梯度折射率棒透镜中的传播规律,提出在轴向弱非匀条件(即dg~(-1)(z)/dz<<1下近轴子午光线轨迹的一种解析表达式.从该解析式的解析解,棒透镜梯度参数g(z)所满足的条件出发,导出棒透镜的折射率分布族.文中给出了两个线性无关的光线传播轨迹的解析解族,并以一种发散型棒透镜为例讨论了近轴成像特性.     

梯度折射率棒透镜的色差估计

对梯度折射率(GRIN)棒透镜色差的影响因素进行了研究,在玻璃光学性质计算模型的基础上建立了梯度折射率棒透镜色差估计函数与基础玻璃性能、交换离子对性质和参与交换的离子数量之间的关系。对Na+/Li+,K+/Cs+和K+/Tl+交换制备的梯度折射率棒透镜的色差进行了计算,结果表明,GRIN棒透镜的色差评价函数主要取决于基础玻璃和交换离子的性质,而与参与交换的离子数量无关。     

熔盐对Li+/Na+离子交换及折射率分布的影响

研究发现利用Li⁺/Na⁺离子交换制取径向梯度折射率(GRIN)棒透镜时,在NaNO₃熔盐中,添加NaCl,会影响Li⁺/Na⁺离子交换反应平衡,最终改变径向GRIN棒透镜的折射率分布、折射率差值及像差.并着重分析和讨论了在本实验中NaNO₃+NaCl混合熔盐对径向GRIN棒透镜中折射率分布、数值孔径及像差的影响机理.     

低色差GRIN棒透镜制备工艺的研究

熔制了含Li+硅酸盐玻璃,玻璃的棒料在NaNO3熔盐中进行离子交换后得到了梯度折射率(GRIN)棒。采用干涉法测得了GRIN棒的折射率分布曲线。实验结果表明:通过所述的工艺,可以获得直径达5mm的GRIN棒,其折射率分布曲线与双曲正割曲线接近。分析表明GRIN棒的轴向色差评价函数值约为0 6～0 7%。     

理想自聚焦棒透镜和Maxwell鱼眼微球透镜对有限远物点成像及球差

本文用变折射率介质中的光线理论研究了具有双曲正割折射率分布的理想自聚焦棒透镜对有限远物点成像的像距及其纵、横向球差的计算公式。并将它与Ｍａｘｗｅｌｌ鱼眼微球透镜对有限远物点的成像作对比。严格的数值计算结果表明：两类透镜的纵、横向球差都随折射率梯度的增强而减小。弱梯度时棒透镜比球镜的球差小；但强梯度短物距时球透镜可达到比棒透镜的球差小一、两个数量级。     

弥补激光棒热透镜的最佳端面研磨半径理论计算

从激光晶体的热效应理论出发，把棒状激光晶体等效为梯度折射率棒．利用梯度折射率光学理论，由梯度折射率棒的光焦度公式，推导了更为精确的激光棒端面研磨半径公式．并把它与通常使用的端面研磨半径公式进行了比较．结果发现，它们的曲线在激光棒耗散功率比较大时，吻合的比较好（≥450w）；在小耗散功率时，两曲线差别很大（〈450W）；并且在耗散功率为某一定值时（420W左右），有一个无穷点．最后理论分析了它们差异的原因．     

离子交换法制备自聚焦透镜的理论基础

本文主要阐述离子交换法制备自聚焦透镜的几个理论问题,即为什么会产生折射率的梯度分布,确定交换离子的根据,选择母棒玻璃组成的原则,以及抛物线性梯度折射率的数学推导。     

含Li+的径向梯度折射率棒透镜的研究

研究发现在硼硅酸盐系统玻璃中,利用Li⁺/Na⁺离子交换来制取径向梯度折射率(GRIN)棒透镜时,基质玻璃中重要的成分Li₂O含量对径向GRIN棒透镜的象差和数值孔径值有着明显的影响,并着重分析和讨论了实验中Li₂O含量对径向GRIN棒透镜中折射率分布、数值孔径及象差影响机制.进一步指出实验中Li₂O含量存在一个最佳值,既能够满足径向GRIN棒透镜获得较大的数值孔径又满足其具有较小的象差.     

梯度折射率棒透镜的色差模型

本文提出一个梯度折射率棒透镜(GRIN－RodLens)的色差模型,并运用本模型合理地解释了在色差测量过程发现的各类色差现象.     

高斯光束经抛物形发散梯度折射率棒透镜的变换公式

用变分法以及 ABCD 定律,导出高斯光束经过抛物形发散梯度折射率棒透镜的变换公式。     

离子交换引起的GRIN棒透镜大折射率差值分析

利用两次离子交换法制作了GRIN棒透镜样品，并采用雅明干涉法对样品的折射率分布进行了测试.结果表明，样品获得了较大的折射率差值.讨论了两次离子交换增大折射率差的原因.研究结果在制作生产梯度折射率材料方面有一定的参考价值和指导意义.     

梯度型聚合物光纤中折射率分布模型的修正

利用实验数据对梯度型聚合物光纤(棒)中的折射率分布模型进行理论与实验验证,发现该模型对分子体积比大于1的掺杂体系模拟误差较大.通过计算,修正模型中分子体积比的指数参数为1. 1后,模拟误差显著减小,从不大于65% 变为小于20%.这说明分子体积比对界面凝胶聚合形成的梯度型折射率分布影响较大.     

梯度型聚合物光纤中折射率分布模型

首次利用洛仑兹函数对梯度型聚合物光纤(棒)中折射率分布曲线进行了模拟,推导出折射率分布的洛仑兹函数模型,并利用资料实验数据进行了验证该模型只包括掺杂单体的初始浓度、分子体积和聚合温度三个基本参量,方程简单,便于计算,具有一定的实用价值与理论意义.     

塑料梯度折射率透镜棒的色差

本文从光线理论出发,讨论了塑料梯度折射率透镜棒的色差,得到了M₁—M₂共聚体的一组色差方程式。并在五种特殊情况下讨论了色差方程式的解。     

平顶高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性

 利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法,推导出平顶高斯光束在梯度折射率介质中传输时的解析表达式,对平顶高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性进行了分析,讨论了介质梯度折射率系数和光束阶数对传输特性的影响。研究表明,平顶高斯光束在梯度折射率介质中传输时轴上光强分布呈现周期性变化,其周期决定于介质梯度折射率系数,而与光束的阶数无关;轴上峰值处的横向光强分布受梯度折射率系数和光束阶数的影响较大,横向光强的最大值随着梯度折射率系数的增大而增大。     

结合计算层析与光学相干层析测量折射率分布

通过将计算层析技术与光学相干层析技术相结合,测量散射介质非均匀折射率分布。该方法测量散射样品折射率分布时,通过光学相干层析技术测量散射样品折射率分布在多个方向上的投影,采用计算层析技术实现对样品折射率分布的层析重建,克服了传统折射率光学测量方法如单纯的基于光学相干层析原理的焦点追迹法和光程匹配法,不能测量散射介质非均匀折射率分布的缺点。采用该方法在实验中对梯度折射率棒的径向相对折射率分布进行层析重建,取得了较好的实验结果。     

梯度折射率球透镜的制备及其光线轨迹测试

自麦克斯韦鱼眼透镜理论模型提出后,长期以来学术界一直以为它只是一种绝对光学仪器,在实践中并没有应用的可能。但通过对麦克斯韦鱼眼微球透镜的理论研究表明,在一定条件下,它具有良好的成像性能和耦合效率。根据菲克定律推导出梯度折射率球透镜的折射率分布函数。并且熔制了含Li+硅酸盐玻璃和采用槽沉法以及Na+/Li+离子交换法制备直径为0.3—3.0mm的梯度折射率球透镜。通过干涉法测得了梯度折射率球透镜的折射率分布曲线,并研究了光线通过梯度折射率球透镜的轨迹。研究结果表明:在590℃,离子扩散系数为3.07×10-6mm2/s;所制备的梯度折射率球透镜的折射率分布是抛物线分布,并且和理论分析相吻合;梯度折射率球透镜的光线轨迹满足椭圆方程。     

非线性锥形梯度折射率棒透镜的成像特性

根据变分法和ABCD定律,导出了非线性锥形梯度折射率棒透镜中高斯光束的成像公式.结果表明,这种透镜的成像特性与光线轨迹依赖于光功率.当n_2=0(n_2:非线性系数)以及几何光学近似下,成像公式就简化为已知的结果.     

聚合物梯度折射率微球透镜的研制

选取高分子单体组合,用悬浮扩散共聚法研制具有球对称梯度折射率(Gradient Refractive Index,GRIN)的微型聚合物球透镜.用剪切干涉法测定微透镜试样的折射率剖面,根据分布曲线的特征调整、优化制备工艺条件,成功获得直径0.3～1.4 mm、透明、在半径的全程范围具有球对称折射率梯度,折射率差ΔN为0.006～0.014的微型聚合物球透镜.     

梯度型聚合物通信光纤制备的理论分析

对直接挤出法制备梯度型聚合物光纤的工艺流程进行了分析,根据双组分混合物折射率计算理论和梯度型聚合物光纤径向折射率分布函数,计算了梯度型聚合物光纤单位长度中所含掺杂剂的质量;将非稳态扩散理论和有限差分法结合起来,对梯度型聚合物光纤折射率分布的形成进行了理论研究,建立了数学物理模型,得到描述梯度型聚合物光纤径向折射率形成的普遍性近似方法.