矩形谱宽带激光中带宽诱导的焦开关现象

为了研究频带宽度对激光光束传输和激光应用产生的影响,采用衍射积分推导了矩形谱宽带激光通过双焦色散透镜后的传输公式,利用数值计算研究了矩形谱宽带激光带宽诱导的焦开关现象,分析得到带宽对光强分布和焦开关的影响。结果表明,带宽是影响光强分布和焦开关形成的重要因素;带宽变化会导致光强分布中光强主极大从一个位置跃变到另一个位置,从而形成焦开关现象。该研究结果有助于进一步推动宽频带激光的应用。     

部分相干环形光束经透镜聚焦的焦移和焦开关

为了从理论上对部分相干环形光束被透镜聚焦后轴上点的光强分布以及焦移和焦开关现象进行研究,采用惠更斯-菲涅耳衍射积分方法进行了理论分析,取得了轴上点光强分布及焦移、焦开关现象的相关数据。结果表明,焦移量不仅依赖于环形光束外半径的菲涅耳数,还依赖于入射部分相干光的空间相干度和中心拦截比。菲涅耳数越大,焦移量越小;部分相干光的空间相干度越高,焦移量越小。菲涅耳数一定时,环形光束的中心拦截比越大,焦移越大。对于某一固定的空间相干度,随着菲涅耳数的降低会出现焦开关现象。这些结果对研究部分相干环形光束的聚焦性质是有帮助的。     

Design of Diffractive Optical Elements Used for Beam Shaping in the Fresnel Domain

In the Fresnel transform domain,an effective improvement to the conventional interative algorthm for designing the diffractive optical elements (DOEs)used for spatial beam shaping has been proposed.The algorithm can successfully achieve to design DOEs for beam shaping.Compared with conventinal algorithm,this algorithm can provide faster convergence,more powerful ability to overcome local minimum problem and better shaping quality.By computer simulation,the result has shown that the DOEs designed by this algorithm has snch advantages as high uniformity at the main lobe,low profile error and steep edge.     

子波叠加算法实现方孔菲涅耳衍射的仿真

运用数值计算方法对方孔的菲涅耳衍射进行分析和仿真,基于菲涅耳衍射积分和子波的相干叠加法,设计了一种针对方孔菲涅耳衍射的数值算法,并给出了相应的MATLAB程序以及仿真结果．从数值分析结果可以直观而明确地看到,菲涅耳衍射场的光强分布完全由菲涅耳数决定．并对菲涅耳衍射过渡到夫琅禾费衍射时的菲涅耳数的取值进行了讨论．     

聚焦光束的傅里叶数值算法研究

由于取样定理的限制 ,常规的基于快速傅里叶变换 (FFT)光束传输模拟算法不能进行任意焦距聚焦光束的传输过程的模拟。为此提出了一种新算法 :将球面波因子提出 ,将会聚光束的传输过程转化为非会聚光束的传输 ,从而间接地求得了聚焦光束的光场分布。利用Fresnel数对两种传输过程的关系和聚焦光束的传输特性作了分析     

光子筛的色散特性和多波长聚焦功能仿真

设计了具有多波段聚焦功能的光子筛,并对其进行了仿真分析.利用菲涅耳-基尔霍夫标量衍射理论的极坐标形式对远场下的基于菲涅耳渡带片的光子筛进行聚焦分析,仿真结果表明:光子筛具有超瑞利衍射极限的聚焦特性,并且能抑制菲涅耳波带片聚焦时的高阶衍射和旁瓣效应.对光子筛进行光谱扫描分析后得到:光子筛具有很好的波长选择特性.基于光子筛的此性质,设计了可以对多个波长的入射光在指定位置进行同时聚焦的光学器件.具有多波长聚焦功能的光子筛在多焦点成像、仿生学等领域具有广泛的应用.     

各向异性介质中的菲涅耳公式及应用

本文给出了在空气与各向异性介质分界面上反射光、折射光与入射光振幅间的关系及其在测定各向异性介质主折射率中的一个应用。     

余弦平方-高斯光束通过像散透镜的焦开关

为了研究余弦平方.高斯光束通过像散透镜后的焦开关现象,应用Collins公式推导出了聚焦余弦平方-高斯光束轴上光强分布的表达式,通过数值运算得到了像散参量对轴上光强分布的影响.结果表明,在给定光束参量和光束菲涅耳数的条件下,光束入射面位置不同时,余弦平方-高斯光束通过像散透镜后的相对焦移随像散参量变化而变化,确定了在此...     

聚光光伏系统菲涅耳聚光器性能分析与仿真

对太阳能聚光光伏发电技术中的聚光系统进行了研究,分析了菲涅耳透镜应用于太阳能聚光器的优点、聚光特性以及光学效率,推导并获得了平面向外、菲涅耳面向太阳电池的点聚焦菲涅耳透镜的设计公式。在ZEMAX软件的非序列模式中实现了基于非成像光学理论的光线追迹仿真,对某一尺寸的菲涅耳透镜的焦平面上光斑能量分布情况进行了分析与模拟。研究结果表明,利用通常的菲涅尔透镜实现聚光作用的聚焦光斑的光能量主要集中在太阳电池的中心部位,呈现为从中心往外围能量越来越弱的同心圆环。要使太阳电池接收到的光能量尽可能均匀,则需要增加二次聚光元件。     

色散对液晶菲涅耳透镜衍射效率的影响研究

首先研究了液晶菲涅耳透镜和传统菲涅耳透镜的区别,并给出液晶菲涅耳透镜衍射效率的计算公式。接着,研究了液晶材料的色散和入射波长偏离量化波长对衍射效率的影响。经过计算分析并通过相应的实验发现,当量化波长为470nm时,在400nm和700nm处衍射效率分别下降了9.0%和27.5%,说明波长偏离对液晶菲涅耳透镜的衍射效率影响较大;当量化波长为510nm时,波长偏离在400nm和700nm处产生的衍射效率下降大致相当,约为20.0%;当在400nm和700nm处液晶的折射率变化量Δn基本相等时,液晶色散造成的衍射效率降低都约为8.0%。结果表明,和波长偏离相比,液晶色散对衍射效率的影响相对较小,且液晶菲涅耳透镜的量化波长应在470～510nm区间选取。实验测量了色散对液晶菲聂耳透镜衍射效率的影响,测量结果和理论计算结果非常接近,说明分析结论有效。     

余弦高斯光束被无光阑透镜聚焦后的焦开关

研究了余弦高斯光束通过无光阑透镜后的焦开关现象.推导出了轴上最大光强位置满足的一元三次方程和相对跃迁量公式,并做了大量的数值计算.研究表明,当光束参数β>1时,聚焦余弦高斯光束会有焦开关现象出现.     

色散透镜系统中宽带厄米-高斯光束的焦移

为了了解带宽对厄米-高斯光束的聚焦特性和焦移的影响，采用衍射积分推导了TEM₁₁模和TEM₂₂模厄米-高斯光束通过受光阑限制色散透镜的传输公式，并利用数值计算对聚焦光强分布进行了研究，分析了带宽对两种模式焦移的影响。结果表明，TEM₁₁模和TEM₂₂模厄米-高斯光束的焦移量都会随带宽增大而增大，但两者的大小依赖相对带宽；当相对带宽小于0.25时，TEM₂₂模焦移量大于TEM₁₁模焦移量，然而相对带宽大于0.25时，后者会稍大于前者；带宽变化使TEM₂₂模轴上光强主极大和次极大发生消长，从而引起轴上光强极大位置发生跃变。该研究结果对宽带厄米-高斯光束的应用具有一定的参考价值。     

Focal shift and focal switch of flattened Gaussian beams in passage through an aperture bifocal lens

A detailed study of the focal shift and accompanying focal switch of flattened Gaussian beams (FGBs) passing through an aperture bifocal lens is presented. It is shown that by suitably choosing the parameters of the optical system and beam, there exists two axial irradiance maxima for focused FGBs, which vary with the Fresnel number of the aperture. The focal switch can take place when the Fresnel number decreases gradually. The focal switch of Gaussian beams is treated as a special case of FGBs. From the axial irradiance distribution of focused FGBs, a physical explanation of the focal switch is given. A comparison with previous work is also made.     

四焦距聚焦型光场计算成像系统的设计

光场相机是一种在图像传感器前增加微透镜阵列的新型相机结构,除了记录不同位置下光的强度及颜色外,也记录不同位置下光线的方向信息,从而能够计算目标场景的深度图和高阶相位图。该技术由于景深和分辨率相互制约,获得大景深时分辨率会降低。分析了其结构特点并推导了景深和分辨率的关系,并就选定的设计参数绘制了变化曲线。在此基础上,提出了一种新型光场相机的设计方法,该结构基于具有四类焦距的微透镜阵列,可获得超大景深,同时将分辨率的下降程度控制在可接受范围。仿真结果表明:相对于三类焦距微透镜阵列,所设计的四类焦距微透镜阵列景深可提高三倍,而分辨率达到普通相机的18.9%。     

高斯光束通过光阑——透镜分离系统的焦移

本文根据Ｃｏｌｌｉｎｓ衍射积分公式分析了高斯光束通过光阑－－透镜分离系统后的焦移情况，得到在不同的分离状况下，其焦移可能反向或被消除，对它的两种极限情况也做了分析。     

余弦平方-高斯光束的双焦开关和焦平面

为了研究余弦平方-高斯光束通过无光阑透镜后的聚焦特性,采用Collins公式推导了聚焦余弦平方-高斯光束轴上光强分布公式,并利用空间2阶矩法求得光束束腰宽度的解析表达式。通过数值方法研究了轴上光强的双焦开关现象和由束腰所在焦平面的焦移现象,得到了这两种现象随光束参量b、相对入射距离s'及菲涅耳数NF的变化关系。结果表明,只有b1时才出现双焦开关现象,而实际焦平面在s'≠1时存在焦移。     

色散对半球型固体浸没透镜系统透射场的影响

在考虑了半球型固体浸没透镜(h-SIL)内部的反射,应用矢量衍射理论分析了色散对h-SIL的透射场特性的影响.对应不同波长的照明光,h-S1L的材料色散作用将对其透射场特性产生影响.h-SIL的分辨率、焦深和聚焦强度对照明光的波长变化非常敏感,都随着波长的变化成周期性的振荡.     

基于色散的ATM自由空间光交换结构

根据波导型光交换的一些弱点，提出了一类克服以上缺点的基于色散异步转移模式（ＡＴＭ）的自由空间光交换结构，并对该结构进行了一些讨论。