基于Mathematica的平行光斜入射光栅衍射的模拟和可视化研究

光栅衍射作为大学物理的重要教学内容和教学难点,由于其理论推导和数学表达形式复杂,学生难以形成清晰的物理图像,导致课堂教学效果不理想。教材中仅对光垂直入射光栅时的衍射特性进行了讨论,但平行光斜入射光栅时的衍射特性却未被充分探讨,且这一领域的研究仍然有限。本文首先应用光的衍射理论推导出了平行光斜入射条件下单缝衍射和光栅衍射的光强分布表达形式,将单缝衍射和光栅衍射的研究由垂直入射推广到斜入射的情况。然后,应用Mathematica软件中的强大的交互式界面Manipulate,结合Initialization和Limit命令,对平行光斜入射情况下的单缝衍射和光栅衍射的光强分布进行了系统的模拟和仿真,分别绘制出单缝衍射的相对光强分布、多缝干涉的相对光强分布、光栅衍射的相对光强分布和衍射条纹分布情况。通过可视化过程,使学生深刻地理解光栅衍射的光强分布是单缝衍射和多缝干涉共同作用的结果,单缝衍射提供了光强分布的包络,而多缝干涉则决定了衍射条纹的具体亮暗变化,将抽象的光的衍射现象形象直观地动态演示出来,这有助于学生建立清晰的物理图像,深刻地理解单缝衍射和光栅衍射,极大地提高教学效果。

大面积平行光幕弹着点测试系统

研究了基于平行激光幕大面积弹着点坐标测试方法。以半导体激光线发生器为光源,用长焦距消球差的柱面菲涅耳透镜形成平行激光幕单元,通过多个平行激光幕单元的无缝拼接可形成大面积靶面。由于平行激光幕单元内沿宽度方向通量密度呈高斯分布,一定直径的弹丸通过光幕的不同横向位置时探测器获取信号不同,因此可根据信号的幅值来细分平行激光幕单元宽度范围内弹着点的位置。通过口径为7.62mm的实弹射击试验验证了细分方法的可行性。结果表明了该系统有足够的灵敏度能获取小目标的过靶信号;在10m长靶面的试验系统中测量坐标值与弹孔测量坐标值差值的标准差为5.16mm。

激光平行光幕的爆炸成型弹丸形貌测试技术

针对目前爆炸成型弹丸形貌测试普遍使用的脉冲X光摄影法成本昂贵、结构复杂、测试困难的缺点,提出了激光平行光幕形貌测试系统。该系统中,由启动网靶、停止网靶和计时仪组成的区截测速装置测试EFP的速度,激光平行光幕和示波器测试EFP弹丸通过光幕时直径随时间的变化过程。然后将上述测试结果用Matlab软件进行仿真,得出EFP弹丸的形貌。测试与仿真表明:激光平行光幕形貌测试系统可以测试EFP弹丸的速度与形貌,而且成本低廉、可靠性高,可以在大威力战斗部试验中使用。

一种新型非平行光消光法在碳烟测试中的应用

为解决高压火焰测试时平行光消光法在碳烟测试过程中会发生波束偏移,严重影响测试精度的问题,设计并搭建了一套非平行光二维测试系统.在常压下获取了乙烯层流扩散火焰的碳烟浓度透射率图片,通过与相同条件下基于平行光消光法测试得到的结果进行对比,发现非平行光消光法具有更好的削弱波束偏移影响的能力.结合使用Abel层析反演算法对视场累计数据进行解析,非平行光消光法能够更精确获取乙烯扩散火焰中的径向碳烟浓度分布,同时在低碳烟浓度区域噪声更低,证明了该方法是一种高灵敏度测量方法.

准平行光远距离动态重合度的自准直测量方法研究

针对野外、远距离、动态的重合度测量要求,提出了一种准平行光自准直测量方法,即发光和接收由一台仪器完成,发出光束为准平行光,反光器件为角锥棱镜,PSD或CCD将反回光转换成电信号,并最终以角度表达重合偏差。通过静态试验验证,证明此方法原理正确,方案可行,测量距离可达公里级,测量结果具有较高的准确度。该方法为实现角度的精确跟踪及专用跟踪仪的研制奠定了基础。

菲涅耳透镜对平行光的成像特性分析

利用光线追迹与实验的方法 ,对菲涅耳透镜在平行光照明时的成像特性进行了分析。给出了在各种角度入射情况下的最佳像点位置及像点弥散斑大小 ,通过对结果进行分析 ,得出了最佳像面曲线及其特征与参数。并讨论了它们与菲涅耳透镜参数的关系。

用平行光测薄透镜焦距的一种新方法

基于薄透镜焦平面和副光轴的性质,提供了一种用平行光测量透镜焦距的新方法.该方法中的入射光平行于待测透镜的副光轴而非主光轴.该方法的利用可以加深对薄透镜主光轴、副光轴、焦平面等光学概念的理解和应用,进一步理解近轴成像的含义.

平行光斜入射光栅时的衍射特性研究

讨论了平行光斜入射光栅时的衍射现象和光谱特性,得到了平行光斜入射时的光栅方程、主极大级次的变化规律和对光栅的分辨本领和角分辨率的影响,并计算了斜入射角对光栅测波长实验结果的影响,对所得的结论进行了实验验证,其结果和分析结论完全符合。本文的结论对光学测量和光谱分析有一定的实际意义。

使平行光严格聚焦于一点的凸透镜

通常凸透镜的曲面是球面。只有在近轴光线条件下，平行光通过凸透镜才可近似聚焦于一点。本文给出两种能使平行光严格聚焦于一点的凸透镜。

相位调制平行光延迟器的微波高精度测量

提出了一种新的相位调制平行光延迟器，使用双电极马赫一曾德尔调制器进行高精度测量微波信号到达角及等效到达时间差，建立了一个理论模型来分析系统的测量精度监控。空间时延测量转换成两个微波信号之间的相移，精度监测的结果显示，对从5°～165°相移的测量误差小于3．1°，具有重要的应用价值。

平行光的菲涅耳圆孔衍射的实验研究

通过实验观察到衍射图样的中心可亮可暗，并用“菲涅耳半周期带”原理加以分析、解释，通过分析总结出圆孔衍射图样的中心光强的变化规律，完善圆孔衍射的实验研究．

一种自制线形平行光

光源在生活中起着至关重要的作用,而且随着光电技术的发展,光源已经不仅仅应用于人们的日常照明,更多的应用于测试测量技术中,而在光学测量中,光源的好坏直接影响测量结果的精确度。同时随着CCD技术的不断完善,线阵CCD在测试测量中也得到了飞速发展,线形平行光也得到了广泛的应用,而市面上线形平行光产品比较少见而且昂贵,本文提出了一种自制线形平行光的设计方案。

耦合全息光栅转换平行光的研究及其应用

从理论和实验上研究了用一对全息光学(HOE)获得输出光束相同于输入平行光束的可行性。讨论了这种耦合HOE的应用性。

平行光下物高与影长问题的解法

补全影长、分物高、同时分物高和影长这三种方法是解决有关平行光下物高与影长的问题有效的辅助线做法.

平行光斜入射光栅(矩孔)的衍射光场

在"衍射光栅光栅常量的测定"实验中用矩孔代替光栅,利用菲涅尔-基尔霍夫积分公式,计算出平行光以任意倾斜角度入射后的光场分布公式,当平行光斜入射且接收屏与矩孔平面平行时,光斑分布图形为双曲线,并结合实验图像和计算机模拟,很好地验证了公式的正确性,解释了实验中观察到的现象.

准平行光干涉的激光干扰方案与实验研究

提出一种利用准平行光干涉进行激光干扰的方案。在干涉理论分析的基础上,利用He-Ne激光实验得到2路、3路、4路的多光束准平行光干涉图像与干涉强度极大值,并仿真得出准平行光干涉图像和干涉光强分布。实验和仿真表明:准平行光干涉的图样的形状取决于光束的方向角。在某些方向角时,干涉视场的中央可出现干涉亮纹或亮斑。干涉条纹或干涉光斑之间的间距由两两光束之间的夹角所确定。在不大于0.5 mrad范围内,两两光束间夹角的实验数据与仿真数据近似一致,并且干涉亮纹或亮斑的强度极大值接近理论最大值,即2束、3束、4束准平行光的干涉强度最大值分别是单束光强的4倍、8倍、15倍。给出干扰方案的效果评估以及干扰有效性的验证。

掩膜立体成型中平行光边缘衍射问题分析

利用Matlab对菲涅尔平行光直边衍射问题作了定量的分析,计算了幕上直边挡板边缘处的相对光强及衍射光能到达阴影处的极限坐标;详细分析了屏上的相对光强分布以及光强的走势及复色光的边缘衍射问题;利用Matlab对菲涅尔积分的处理推广了科纽卷线的应用,而对复色光边缘衍射问题的研究则实现了衍射光在边缘处的光强的大致平均分布。

平行光注入多横模1550nm垂直腔面发射激光器的非线性动力学实验研究

实验研究了平行光注入下多横模1 550nm垂直腔面发射激光器(1 550nm-VCSEL)输出的非线性动力学特性.对于一个在自由运行时腔内同时存在基横模和一阶横模(高阶模)的1 550nmVCSEL,其两横模的主激射模均为Y偏振模式(Y-LP),当受到偏振方向沿自由运行时主激射模式偏振方向的外部光注入(即平行注入)时,实验研究结果表明:当平行注入光的频率ν_(inj)更临近基横模YLP频率ν_(fy)时(此时频率失谐Δν_f定义为Δν_f=ν_(inj)-ν_(fy)),在注入光强度P_(inj)增加的过程中,基横模Y-LP呈现多种动力学状态,而高阶模Y-LP出现的动力学状态相对较少,且能量逐渐减小.当P_(inj)增加到一定值时,高阶模Y-LP完全被抑制,此时1 550nm-VCSEL处于单模工作状态,即实现了基横模YLP的模式选择.随Δν_f的逐渐增加,实现基横模Y-LP模式选择所需的最小注入光强度P_(inj,min)先减小,达到一个最小值后再逐渐增加;在给定的Δν_f条件下,P_(inj,min)随偏置电流I增加而增大.当平行注入光的频率ν_(inj)更靠近高阶模Y-LP的频率ν_(hy)时(此时频率失谐Δν_h定义为Δν_h=ν_(inj)-ν_(hy)),在P_(inj)增加的过程中,高阶模Y-LP和基横模Y-LP均呈现出多种非线性动力学状态,但实验过程中未观察到基横模Y-LP完全被抑制的现象,即未实现高阶模Y-LP的模式选择.

基于平行光枪弹几何全尺寸非接触检测

针对目前枪弹弹丸几何参数机械检测精度低,对弹壳有磨损,测量参数非定量等不足,提出了基于上位机PC与二维高速尺寸测量仪通过串口通信的非接触测量方法,实现了对弹丸外形参数以及弹壳和弹头装配同轴度等尺寸非接触测量。该方法通过平行光照射被测物体,Labview编程软件平台对于数据进行处理,可以完成对弹丸几何全参数高速率高精度的测量,根据所测实际参数判断弹丸是否合格,并积累大量数据以待后续处理实现对弹丸的甄别。

准平行光干涉的滤波型多抖动相控方法研究

提出了一种准平行光干涉的滤波型多抖动相控方案,对该方案的相干光强进行了理论分析,在此基础上提出了滤波型多抖动法的相控原理,进行了滤波型多抖动法的相控数值分析和模拟实验.结果表明：该方法可识别出各路光波的相位差,反馈与相位差信号成比例的直流电压去控制相位调制器,可实现相位差的校正,相位控制电压输出范围为0.03—4.45 V,控制带宽为2.5 kHz.