无衍射贝塞尔光束相干的理论与实验

分别使用两种不同底角的轴棱锥产生无衍射贝塞尔光束。理论分析了单束贝塞尔光及两束贝塞尔光相干叠加后光场的光强分布,分析了产生的局域空心光束在一个完整周期内的特性。数值模拟了光沿纵向传播时光场的横向光强分布,并给出了相关的实验。对单束贝塞尔光及两束贝塞尔光干涉后的中心光斑的大小进行了测量,测量结果与理论计算结果吻合。

透镜轴棱锥光学系统设计

利用轴棱锥(Axicon)产生无衍射贝塞尔(Bessel)光具有结构简单、转换效率高、光损伤阈值高等优点,但是由于它是锥体结构,存在加工难度大、成本高等缺点。利用球面透镜的球差设计出具有类似Axicon功能的双透镜系统,即透镜轴棱锥(Lens axicon),它是由两个普通的球面透镜胶合而成的。通过对出射光线的控制,利用光学设计软件的自动优化功能,优化出满足条件的球面曲率半径。利用光线追迹法对所设计的Lens axicon进行追迹模拟,所得的无衍射Bessel光的最大无衍射距离为109 mm,并对不同传输位置的Bessel光横向光强分布进行了分析。实验采用准直扩束后的激光高斯光束垂直入射Lens axicon来获得无衍射Bessel光,利用体视显微镜(可连续放大,最大放大倍数为50倍)和CCD照相机组成的系统对不同位置的截面光斑进行拍摄,实验结果与理论分析及光学仿真结果吻合。由于球面透镜的加工技术成熟、制造成本低,为无衍射Bessel光在实际领域中的应用创造了有利条件。

无衍射光束自重建的两种方法

利用透镜聚焦法与障碍物重建法实现无衍射光束的自重建,对无衍射光束自重建的传播特性及其光强分布变化进行数值模拟.结果表明,利用聚焦透镜与障碍物都可以使无衍射光重建,但重建后的无衍射光束的中心光斑的光强都较重建前弱,且光斑半径较大,亮环也较稀疏.利用聚焦透镜实现重建,只要加另一透镜进行矫正,便可得到光束质量非常好的无衍射光,且无衍射距离较重建前更长.利用Bessel光经障碍物重建,无需借助额外的实验装置,便可方便地对粒子进行捕获,而且重建后的无衍射光经过障碍物可再重建.

带圆锥透镜的非稳贝塞尔光学谐振腔

研究了由圆锥透镜和凸面镜组成的非稳贝塞尔光学谐振腔.利用几何光学原理,讨论了非稳贝塞尔谐振腔中光线传输的ABCD矩阵和腔内光线实现自再现的条件.从波动光学角度出发,利用惠更斯-菲涅尔衍射积分方程导出了谐振腔两镜面处光场的迭代方程,并通过数值模拟得到了凸面镜曲率半径不同时零阶贝塞尔光束在输出镜面上的光强分布.

教学质谱仪的设计、构造及其在实验教学中的应用

介绍了教学质谱仪的设计理念及仪器基本构造。教学质谱仪按模块化设计,由进样系统、离子源、质量分析器、检测器、真空系统、控制系统,以及计算机系统等部分组成,适合学生自主搭建与调试。以“教学质谱仪的搭建、调试与应用”实验为例,介绍教学质谱仪在实验教学中的应用。通过自主搭建和调试质谱仪器,不仅可以深化学生对质谱仪器原理和构造、质谱分析方法的认识,提升实践能力和知识综合应用能力,更重要的是打破了学生对科学仪器的神秘感,激发了学生的学习兴趣与好奇心,对培养学生的实践能力和创新意识具有重要影响。

无衍射光束最大准直距离的几何光学模拟与实验

利用几何光学方法对轴棱锥产生近似无衍射光进行分析,给出最大无衍射距离的几何表达式.利用光学设计软件ZEMAX对产生近似无衍射光的光路进行追迹,并模拟横向光强分布.通过几何分析、软件模拟及实验验证,讨论光束半径和轴棱锥底角对最大无衍射距离的影响.研究结果表明,最大无衍射距离随入射光束半径的增大而增大,且近似成正比;而最大无衍射距离随轴棱锥底角增大而减小,且近似成反比.

被动方式产生近似无衍射贝塞尔光技术

介绍了以被动方式产生近似无衍射贝塞尔光的基本原理。给出了双透镜轴棱锥法、不透明障碍物法和可调流体轴棱锥法等3种被动式产生近似无衍射贝塞尔光束的最新技术,分析了这3种方法的优缺点。双透镜轴棱锥法主要基于透镜球面像差的运用,与衍射轴棱锥、折射轴棱锥和早期的非球面轴棱锥相比,具有加工简单、便宜,易于制作大尺寸的特点;不透明障碍物法得到的贝塞尔光束具有很长的无衍射距离,其直径可通过选择不同焦距的准直透镜来得到调节;可调流体轴棱锥是一种产生贝塞尔光束的新型器件,它可以很容易地通过改变注入器件的液体的折射率来得到不同参量的贝塞尔光束。文章最后提出无衍射贝塞尔光的研究将向着光束质量好,距离远,可调谐性好,制作工艺简单的方向发展。

透镜轴棱锥产生近似无衍射贝塞尔光束

利用两个带球差的球面透镜进行胶合,通过对其像差的控制与优化,设计出一个类似轴棱锥的双透镜系统即透镜轴棱锥,它可以产生具有贝塞尔光主要特性的光束。与轴棱锥相比,它具有加工容易、制造成本低和孔径大等优点。利用光学设计软件模拟了平行光经过透镜轴棱锥产生贝塞尔光的演变过程,并从实验上对光沿光轴传播时在不同距离z处的贝塞尔光的光斑进行了拍摄,理论分析与实验吻合。

环形障碍物-轴棱锥产生局域空心光束

提出一种产生局域空心光束(bottle beam)的新方法,它是在传统的轴棱锥底面上放置一个环形障碍物.平面波入射到带有环形障碍物的轴棱锥底面时,将在轴棱锥产生的最大无衍射距离内形成bottle beam,而在bottle beam的前后仍然保持无衍射贝塞尔光.通过变化障碍物大小及轴棱锥底角实现bottle beam尺寸的控制.利用衍射理论描述了平面波经带有环形障碍物的轴棱锥产生bottle beam的原理,分析和模拟了传输过程中不同位置的截面光强分布及整个过程的三维光强分布,并给出相关的实验结果.研究结果对bottlebeam的实际应用具有积极的意义.

轴棱锥透镜系统产生局域空心光束的几何光学解释

利用几何光学的光线追迹法形象地描述了轴棱锥透镜系统产生局域空心光束过程。分析了局域空心光束传输过程中的光强分布;同时利用光线追迹法分析了透镜焦距对局域空心光束尺寸大小的影响。结果表明,局域空心光束的尺寸随着透镜焦距的增大而增大。实验中利用轴棱锥透镜系统产生局域空心光束,并对不同位置的光斑进行了拍摄,分析了局域空心光束的演变过程及其横向光强分布。实验与理论模拟的结果相吻合。因而容易选择不同尺寸的局域空心光束对不同微粒进行囚禁。

贝塞耳光束相干产生局域空心光束的实验研究

利用轴棱锥产生的两束贝塞耳光相干实现局域空心光束。基于"相干贝塞耳光产生具有塔尔博特效应的局域空心光束"的理论,数值模拟了两束贝塞耳光干涉后光场沿传输距离变化的光强分布及一个周期内光强的演变和局域空心光束的形成过程。实验中通过两个不同底角的轴棱锥产生两束具有不同径向波矢的贝塞耳光进行相干形成局域空心光束,实验结果与理论分析及数值模拟相吻合。

轴棱锥——透镜系统的光束传输与变换

对平面波经过轴棱锥——透镜系统的整个演绎过程进行详细的理论分析,数值模拟和实验验证。平面波经过轴棱锥产生横向光场不变的近似无衍射光,在最大无衍射距离内加入合适透镜将产生局域空心光束(Bottlebeam),而空心光束的尺寸可通过改变透镜焦距进行控制。当光束继续传播,贝塞尔(Bessel)光发生自重建(Self-reconstruction),但重建的Bessel光将会发散,光强随着传播距离增大而迅速下降,且中心亮斑尺寸也迅速增大。通过引入另一聚焦透镜对光束进行修正,恢复了Bessel光束的无衍射的特性。利用显微镜-CCD光束分析系统获得不同传播距离的截面光强分布,实验结果和理论分析及数值模拟相吻合。

环形光束产生局域空心光的几何光学分析与实验

提出一种用环形光束产生局域空心光的新方法,即用环形光束垂直入射锥透镜底面,沿光轴方向就会产生局域空心光。用几何光学分析模拟了环形光束产生的局域空心光的过程和传输方向上不同位置的截面光强分布,推导了局域空心光暗域的横向和径向大小的计算式,分析了影响局域空心光暗域的大小的因素,并给出相关的实验结果,实验与理论基本吻合。与双锥透镜、锥透镜-透镜产生局域空心光相比,这种方法结构简单,元件容易加工,具有重要的应用价值。

梯度轴棱锥产生周期性局域空心光束的几何光学分析

利用几何光学的光学追迹法,对梯度轴棱锥系统产生周期性局域空心光束(bottle beam)的演变过程进行描述。利用光学仿真软件的光照度分析功能,对光束传播中不同传播距离的截面光强分布进行了模拟。结果表明,通过改变两个轴棱锥底角大小,可以对周期性局域空心区域的长度进行控制。这种梯度轴棱锥系统可以很容易地产生尺寸非常小的周期性局域空心光束,这对于局域空心域光束在光镊、激光导管和光学扳手上的应用有着极其重要的意义。

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。

低眩光高光效AR型LED射灯光学设计与模拟

射灯在营造光氛围有独特功能效果,是广受欢迎的照明产品之一,主要用于装饰、商业照明以及建筑照明等,种类繁多,其中AR型射灯便是广泛应用的射灯之一。传统的AR型射灯存在眩光、出光效率低等问题。本文提出一种AR型LED射灯,通过二次光学设计在横条下方设置表面真空镀膜的圆锥面,将光源上方光线反射出来,最大限度地提高光能利用率。同时,在光源上方采用表面磨砂透镜,降低眩光,获得更加舒适、节能的光输出。