计算机模拟光波的干涉

采用时域有限差分方法模拟了光的干涉这一物理现象.在物理实验的教学过程中光学实验以其高精度、高复杂度使得在实验教学过程中产生了一些负面影响.学生往往花费了较大精力去调节仪器,最终却得不到满意的实验数据,甚至得不到正确的实验结果.针对这一问题,可以采用数值模拟的方法得到很好的解决.文中不但模拟了实验现象,还验证了实验的理论公式,使得学生在观察现象的同时,对理论公式也能产生深刻的认识,最终起到了良好的课堂效果.     

杨氏双干涉的光强分布计算

数值计算了杨氏双孔干涉的光强分布,与傍轴近假条件下的结果作了比较,并以图形的方式显示了干涉条纹的形状。     

各向异性圆锥体的平面光波散射特性

基于通用的矢量电位和标量电位与介电常数张量无关的原理,由激发的电偶极子与位函数的关系得到了任意各向异性目标散射场的表达式。得到了通用的介电常数张量的变换关系,具体地给出了介电常数张量在球坐标系中的表达式,将目标的内外电场展为级数,得到了各向异性晶体圆锥体一级散射场的解析表达式。理论结果与文献一致,验证了算法的正确性。在光波波长与粒子尺寸相近的情况下,对所得结果进行了仿真,表明各向异性圆锥体的散射具有偶极辐射的特点。所得结果简单、通用,为研究形状更为复杂的各向异性目标、纳米粒子等的光散射研究提供了理论基础。     

平面涡旋光干涉的分析

光学涡旋具有独特的相位奇点和螺旋相位结构, 多个涡旋光场之间的干涉呈现出新颖的强度和相位分布特征.通过在平面波背景中嵌入涡旋相位产生平面涡旋光场, 采用数值模拟方法研究了多个平面涡旋光场之间的干涉, 并分析了两个平面涡旋光场的中心间距及拓扑荷值对涡旋产生和湮灭的影响.进一步数值研究了对称分布的多个点涡旋光之间的干涉, 结果表明通过改变涡旋光束数目或者拓扑荷值, 可获得不同分布的对称涡旋阵列光场.利用计算全息并通过空间光调制器, 实验上实现了具有不同拓扑荷值的多个对称点涡旋光场的干涉, 其干涉图样与模拟结果吻合.实验结果不仅证实了数值模拟结果, 也为实验研究复杂涡旋光场的干涉提供了一种有效方法.     

杨氏双孔干涉的光强分布计算

数值计算了杨氏双孔干涉的光强分布,与傍轴近似条件下的结果作了比较,并以图形的方式显示了干涉条纹的形状.     

双缝部分相干干涉光强分布观测与分析

利用高灵敏光电传感器和旋转运动传感器的组合，真实记录了不同缝距双缝干涉条纹光强分布规律，并对部分相干现象作出理论对比解释。     

光阑对平面光波傍轴性的影响

 根据单色光傍轴度的定义,分别研究了圆形光阑和方形光阑对平面光波傍轴性的影响。推导出平面光波经圆形光阑和方形光阑衍射后其傍轴度的解析表达式。平面光波经圆形光阑或方形光阑衍射后,其傍轴性下降,傍轴度小于1,傍轴度下降量取决于光阑尺寸与入射平面光波波长的比值。数值计算结果表明：随光阑尺寸与入射平面光波波长的比值从零开始增大,平面衍射光波的傍轴度从零开始快速增大而后趋于一饱和值,但光阑的形状不影响平面衍射光波的傍轴性。     

光阑对平面光波傍轴性的影响

根据单色光傍轴度的定义,分别研究了圆形光阑和方形光阑对平面光波傍轴性的影响。推导出平面光波经圆形光阑和方形光阑衍射后其傍轴度的解析表达式。平面光波经圆形光阑或方形光阑衍射后,其傍轴性下降,傍轴度小于1,傍轴度下降量取决于光阑尺寸与入射平面光波波长的比值。数值计算结果表明：随光阑尺寸与入射平面光波波长的比值从零开始增大,平面衍射光波的傍轴度从零开始快速增大而后趋于一饱和值,但光阑的形状不影响平面衍射光波的傍轴性。     

偏振光的干涉场分布特征数值模拟及实验研究

从偏振光的产生出发,对不同偏振态的偏振光的干涉场分布进行了数值模拟,得出了不同偏振态干涉场的特征分布,并对不同情况进行了实验,分析讨论了实验结果,为偏振光实验的教学和实验结果的分析提供了依据.     

锥形透镜光纤与平面光波光路芯片的耦合实验

对锥形透镜光纤（TLF）与半导体多量子阱（MQW）平面光波光路（PLC）芯片的耦合特性进行了实验研究.数值模拟了TLF、普通单模光纤（SMF）分别和PLC芯片脊波导的耦合情形，发现TLF-PLC耦合损耗比SMF-PLC耦合损耗小3.01 dB.测得了TLF的出射光场光斑，分析了出射光场发散范围.建立光纤-PLC芯片耦合实验系统，用放大自发辐射（ASE）宽带光源在1550 nm波长处对比分析了PLC芯片与不同光纤的耦合连接损耗，从而确证最佳方案为TLF-PLC-SMF：即TLF作为入纤，SMF作为出纤时，耦合对准容易实现，损耗为10.798 dB，比TLF-PLC-TLF耦合损耗小4.458 dB.     

光源线度对双缝干涉光强分布的影响

利用菲涅耳原理讨论了光源线度对双缝干涉光强分布的影响，并得了一般性的结论。     

无限长平面电流的磁场分布及计算机模拟

推导出了无限长平面电流磁场分布的一般公式,并利用计算机数学软件MATLAB画出了二维的等磁感应强度曲线和三维的磁感应强度分布曲面。     

波前延拓剪切干涉的数学原理与数值模拟

从数值方法的角度分析了常规剪切干涉存在的缺陷,通过数学原理和数值分析方法提出波前延拓剪切干涉,并证明了它的可行性及其对常规剪切干涉缺陷的克服。最后用数值方法模拟了波前恢复过程。     

部分相干光的杨氏干涉光强分布特点研究

基于部分相干光(GSM)互强度传播规律研究了部分相干光杨氏双缝干涉光强分布特点。采用数值分析方法研究了干涉条纹光强随狭缝的几何尺寸、观察距离和光束光学参数变化的规律。     

球面参考光波数字全息的一些特点分析及实验

对以球面波作为参考光记录数字全息图的采样和再现分离条件进行了详细的分析。推导出了同时满足采样和再现分离条件时,CCD及物体的横向尺寸、物体及参考光源至CCD的距离之间需要满足的关系式,证明了完全散射物体上复振幅在记录面上的叠加可以等效为一个点光源在记录面上产生的效果,进行了相应的实验研究。结果表明：数字全息术中采用球面参考光波可以比采用平面参考光波更容易满足采样和分离条件,并可以记录到更多的物体信息;在物体至CCD的距离固定的情况下,无透镜傅里叶变换全息术是优化的记录光路结构;散射物体比衍射物体的数字全息图更容易满足采样和分离条件。     

基于MATLAB的等厚干涉数值模拟

运用MATLAB软件平台设计了等厚干涉图样模拟的程序。使用者可通过命令窗口输入相关参数的值,运行程序得到等厚干涉图样。本文通过改变相关参数的值,分析薄膜夹角、介质折射率、入射光波长、入射角度对等厚干涉条纹间距的影响。此外,还研究了非单色光对等厚干涉条纹可见度的影响。     

光的干涉和衍射的Matlab数值模拟

利用Matlab数值模拟杨氏双缝干涉、单缝衍射和光栅衍射的图案和光强分布曲线,并讨论了光的非单色性对干涉条纹的影响.     

渐变折射率传感气室中干涉噪声的数值模拟与分析

在直接红外吸收式光纤气体传感器中,由渐变折射率（Graduated Refractive Index,GRIN）棒透镜构成的微型传感气室有着广泛的应用。分析了GRIN气室中的干涉噪声信号和甲烷信号,并利用MATLAB对干涉噪声信号的幅值与分布反馈式半导体激光器（DFBLD）的频率调制幅度之间的关系以及干涉噪声对气体检测灵敏度的影响进行了数值模拟与分析。当前谐波检测技术是气体检测的一种非常重要的技术,这种技术需要检测气体吸收信号的一次、二次或更高次谐波。而GRIN气室的二次干涉噪声对浓度信号有很大的影响,研究发现当频率调制幅度达到某些特定频率值时,二次干涉噪声信号的幅值变为零,通过调整气室参数和DFBLD的调制频率可以削减干涉噪声的影响从而提高谐波检测技术的检测灵敏度。