基于液晶器件的同轴复合涡旋光束的产生及调控

传统的多涡旋光束多为离轴光束,需要更精密的镜头、光路复杂且成像质量差,限制了其应用。本文设计并制备了一种基于液晶器件的复合q-plate,其透射效率大于95%,同时可生成同轴复合涡旋光束。通过理论和实验证明了该器件生成的复合涡旋光束的传播特性,该光束具有自旋和长距离衍射后自愈等新颖的衍射现象,生成的同轴复合涡旋光束避免了传统多涡旋光束离轴的缺点。此研究为粒子捕获和操控、光信息处理、光学加密和光学测量等领域的应用提供了全新的手段。

基于单层光学超表面产生复合涡旋光束的方法研究

光学超表面超薄的特性和前所未有的灵活光操纵能力为产生特殊空间光模式提供了一个有效的平台.本文提出并通过实验验证了一个基于光学超表面的方法用于产生和调控具有多个相位奇点的复合涡旋光束(Composite vortex beam,CVB).由于其独特的光学特性,CVB应用前景广阔,可用于多光子阱、量子信息等.此前CVB可使用空间光调制器产生,然而其体积大、成本高、分辨率有限.这里设计的平台具有小型化的特征,更具实用性,为CVB的应用开辟了一条新途径.

间隔轨道角动量的复合涡旋光束编/解码

为提高传输系统的信道容量、编码效率以及解码的可靠性,本文提出了一种基于轨道角动量(OAM)模态和径向模态的复合涡旋光束编码方法。使用5位二进制序列对两束光[一束是具有固定径向模态和OAM模态的拉盖尔-高斯(LG)涡旋光束,另一束是具有4种径向模态(p=0,1,2,3)和8种相同间隔OAM模态(l=±3,±5,±7,±9)的LG涡旋光束]叠加产生的32组不同类型的复合涡旋光束光强分布图进行编码。将32组复合涡旋光束依据本文提出的映射关系转换成32组单束LG涡旋光束,依次照射在提出的x、y轴方向周期渐变光栅上,通过光栅的远场衍射光斑可成功检测出发射单束LG涡旋光束的参数p和l,且不受OAM模态和径向模态增加的影响,最终可实现正确解码。

一种新型的共轴叠加复合涡旋光束

利用束腰半径不同、拓扑电荷数不相等的两束拉盖尔高斯涡旋光束共轴叠加,产生了一种新型的复合涡旋光束。研究了束腰半径大小对光束分布的影响以及复合涡旋光束的空间传播特性。结果表明,通过改变其中一束拉盖尔高斯涡旋光束的束腰半径可以控制复合涡旋光束的明暗花瓣与光束中心间距离;复合涡旋光束在空间传播过程中表现出衍射展宽和古伊旋转等特性。基于反射式空间光调制器(SLM)的光电实验验证了上述结果。本文研究对深入理解复合涡旋光束的形成、分布特征以及其空间传播特性等提供了一定的理论和实验依据。

倍频过程中复合涡旋拓扑荷数的倍频效应

利用非线性频率转换过程获得高阶涡旋光场的方法得到了研究人员的广泛关注,目前关于该领域的研究大都集中在拉盖尔-高斯光束方面,而针对复合涡旋的非线性频率转换过程的研究不多。从理论方面分析了复合涡旋的倍频过程,得出了其倍频光场的涡旋分布,证明了复合涡旋倍频过程中拓扑荷数守恒。在实验方面,基于非线性光学晶体磷酸钛氧钾,验证了拉盖尔-高斯涡旋光倍频过程中的拓扑荷数守恒。基于马赫-曾德尔干涉仪产生复合涡旋光,并研究了其倍频过程。实验结果表明,复合涡旋光在倍频过程中的拓扑荷数仍然守恒。

复合涡旋光束拓扑荷数测量的仿真研究

针对复合涡旋光束拓扑荷信息测量的问题,提出了一种利用其光强分布特征及经遮挡部分方位角的椭圆形光阑的衍射图样检测各子光束携带拓扑荷信息的方法。仿真结果表明:复合光束光强分布图中亮条纹数目和拖尾方向分别表征子光束拓扑荷差的绝对值和较高阶拓扑荷的符号;衍射图样中暗条纹数目和条纹分布特点分别反映低阶拓扑荷的大小和符号。该方法可用于复合涡旋光束拓扑荷信息的检测。

涡旋式压缩-膨胀复合机的能量转换效率

涡旋型线的齿端修正对涡旋机械的性能有着重要影响。本文采用两段圆弧修正的方法对涡旋式压缩-膨胀复合机的涡盘进行齿端型线修正。用能量转换效率作为评价指标,研究了不同负载和不同进气压力条件下复合机膨胀过程的性能。试验结果表明,型线修正后能有效增加复合机中心腔的吸气容积,提高复合机的主轴轴功率及能量转换效率,为进一步的结构优化设计提供了依据。

部分相干环形涡旋的特性研究

根据部分相干光的传输理论,介绍了部分相干涡旋在光源平面上光强的分布情况,并以环形涡旋光束为例,做了详细的分析,得出相对宽度s/w0和拓扑荷数m的变化,对z=0截面上的光强I分布的影响。还给出了两束平行、离轴的部分相干环形涡旋光束叠加合成的相干涡旋,分析了在叠加场中光强I随离轴相对距离d/w0和相干参数α变化的情况,并且在相干极限α→∞时,复合相干光涡旋就转化成复合光涡旋。

高阶径向拉盖尔-高斯光束叠加态的实验研究

利用径向指数相同、拓扑电荷数互为相反数的两束高阶径向拉盖尔-高斯光束共轴叠加,产生了一种新型的复合涡旋光束,从理论上研究了这种复合涡旋光束的光强分布特性以及空间传播特性,并进行了实验验证。结果表明:由高阶径向拉盖尔-高斯光束叠加而成的复合涡旋光束呈多层亮"花瓣"状;当束腰半径相同时,随传播距离的增加,其光强分布呈展宽趋势但不旋转;当束腰半径不同时,其光强分布发生旋转,并出现"旋转拖尾"现象,旋转方向和"拖尾"方向取决于拓扑电荷数正负及束腰半径大小。研究结果对深入理解复合涡旋光束的产生并进一步拓展其应用范围提供了实验依据。

空气工质外燃机的设计方案

发明空气工质外燃机(申请号200610048550.6),主要由空气过滤器、复合涡旋式气体压缩机和膨胀机、燃烧室、换热器、控制器等构成,利用复合涡旋机高效的气体压缩、膨胀作用,使过滤后的空气先被压入换热器得热升温,再膨胀做功到燃烧室内压强,然后进入燃烧室与燃料汇合燃烧向换热器内的空气逆流放热到较低温度,控制器检测换热器内空气的终温升、降,控制燃料供应适量、适时的减、增,因而燃料的化学能得以高效利用,热力效率超过一般的内燃机,并且可燃用各种固、液、气燃料,不需水等其他工质参与循环,是一种燃料广泛、工质与氧化剂合一、结构简洁、体积小、启动迅速、运行平稳、噪音低,特别是节水,大、中、小、微型机均可高效运转的新型、先进的热动机。