基于舍选抽样BRDF离散数值的散射光线追迹方法

提出了一种基于表面双向反射分布函数(BRDF)离散测量值直接追迹散射光线的方法,以各向同性表面为例,先对随散射角离散变化的表面BRDF离散测量数据组做空间坐标转换,由散射角半球空间转换到方向余弦空间;再通过等间距赋值插等值方式得到方向余弦空间内分布的BRDF数据;然后,利用舍选抽样法不受限于累积分布函数(CDF)求解过程的优点,设计新的散射概率模型,以方向余弦空间内BRDF数值比表示离散光线的概率分布,设定检验条件筛选出散射光线的空间坐标,实现散射光线追迹。为验证本文方法的准确性与适用性,设置相同的入射角、追迹光线数量等仿真参数,编制了本文光线追迹方法的仿真程序,对不同光机元器件建模仿真,对比商用LightTools软件的仿真结果,计算二者的通用质量指数UQI作为比对评价指标。结果表明,基于舍选抽样BRDF离散数值的散射光线追迹方法,运算结果数据准确,与商用LightTools软件的仿真结果相比,UQI值均在0.998以上,且波动范围小,本方法具有良好地适用性。

一种LD侧面抽运固体激光棒光线追迹的数值计算

介绍了一种LD侧面抽运固体激光棒光线追迹的数值计算方法,并根据光线追迹公式编制了程序,画出了激光棒内光强的相对分布图。从光强的分布图可以看出,激光棒内光强的分布均匀。该程序使用方便、可行。

二极管侧面抽运薄片激光器耦合系统研究

设计了二极管侧面抽运 Nd:YAG 薄片激光器,耦合系统由消像差透镜组和空心光波导组成,对二极管快轴和慢轴方向的抽运光进行压缩和均匀化。采用光线追迹法,同时考虑二极管在快轴和慢轴方向的发散特性及薄片侧面的散射特性,模拟并分析了光线在耦合系统内的传输和薄片内抽运光分布的规律。模拟结果表明耦合系统具有98.1%的耦合效率,同时薄片内具有理想的抽运光分布。

二极管角部抽运Nd:YAG基模激光器

为了分析角部抽运方式在中小功率激光器设计中的可行性,基于光线追迹法,计算了不同的激光介质几何结构参量和不同的二极管温度条件下角部抽运复合板条激光器的抽运效率和抽运均匀性。从模拟计算结果可知,只要选择合理的激光介质结构参量,角抽运方式能得到高的抽运效率和较好的抽运均匀性。设计了一种角部抽运Nd:YAG复合板条激光器,在45W的抽运功率下获得了12W的激光输出,光光转换效率约为26.7%,在40W抽运时光束质量M_x^2=1.47,M_x^2=1.36。理论分析和实验设计表明,角抽运方式在小功率激光器设计中是可行的。

掺杂浓度和初始温度对热容激光器应力分布的影响

建立了闪光灯抽运热容型钕玻璃棒状激光器的模型,计算并分析了棒内的温度和应力分布·结果表明,棒的掺杂浓度和初始温度对热容激光器的应力分布有影响·所得结果对热容激光器的设计、安全运行和运行成本的降低有实际应用意义·

基于光阻法颗粒计数器的气泡识别方法

针对在检测油液中的固体污染颗粒时,油液中产生的气泡会对其检测造成影响的问题,文中基于光阻法颗粒计数器,设计了改进的放大电路,通过该电路的放大作用,研究了一种不用消除气泡,通过输出电压来区分气泡与污染颗粒的改进的光阻法颗粒计数算法。通过Zemax软件分析光线穿过气泡后的模拟信号,以及不同工况下的光线追迹,验证了该算法的可行性。

塔式太阳能热管接收器表面热流密度分布及光学性能研究

该文设计一种用于小型塔式太阳能电站的热管接收器。基于蒙特卡洛光线追迹(MCRT)算法和混合编程方法,开发光学仿真程序。详细研究单根热管表面热流密度时空分布规律和热管接收器表面能量动态分布规律,并分析接收器瞬时光学性能。研究结果表明单根热管表面热流密度具有强烈非均匀性。夏至日正午,吸热面中心单根热管吸收能量约为6.9 kW。春分日和夏至日时,接收器最大光学效率约为75%;冬至日最大光学效率约为61%。研究结果有助于进一步研究热管接收器的光热耦合机理。

多模光纤偏心激励的横截面场分布

计算并测量了阶跃多模光纤偏心激励的横截面场分布。用光线追迹法计算了不同的激励源偏心距离和光纤长度时,光纤出射端横截面的场分布。用CMOS光探测器阵列测量了大芯径、大数值孔径多模聚合物光纤在不同的激励源偏心距离和光纤长度时,光纤出射端横截面的场分布。数值计算和实验测量的结果一致表明,随着激励源偏心距的增加,高阶模被激励的比例增加;随着传输长度的增加,场分布的圆周方向均匀性趋于一致。

飞秒激光放大系统中色散补偿的光线追迹精确算法

对用于计算CPA系统色散的光线追迹法数值算法中出现的误差进行了分析。提出了变步长算法,即在研究CPA系统中高阶色散的补偿问题时,通过选择合理的步长,以减小计算高阶色散的数据振荡,这样明显提高了系统总体色散补偿的计算精度,使计算结果的相对误差从11.8%减小到1.3%,从而使系统色散能够得到更好的补偿,使算法更加完善。通过解析求导结果的检验,证明最佳步长范围为4～8h。

ICF驱动器光束定位误差估计

利用加权和法 ,将 ICF物理实验对靶点的定位需求分配到各个组件对靶点的需求。运用等概率和不等概率方法 ,将组件对靶点的需求分配到各元件对靶点的需求。通过光学元件运动量与靶点光束定位之间的关系 ,确定各个元件定位误差估计值 ,并将其值作为光学元件定位误差变化范围 ,在此范围内进行上千条光线追迹法 ,根据正态分布区间估计法进行检验与修正 。

高功率LD侧面单向泵浦激光模块的理论研究

构建了一种激光二极管(LD)侧面单向泵浦激光模块的理论模型。综合光线追迹和有限元仿真方法,推导了该模型下泵浦效率及晶体内光场分布均匀性的计算公式,数值分析了LD切向位移量、径向角度偏离度及晶体吸收系数等因素对泵浦效率和光场分布均匀性的影响。研究结果表明:随着吸收系数的增加,光场分布的均匀性呈现逐渐下降趋势;通过优化LD切向位移量和径向角度偏离量,仿真获得了高达93%的泵浦效率。研究成果对高功率LD侧面单向泵浦激光模块的优化设计和实验研究具有一定的参考价值。

光栅对刻线失配对啁啾脉冲时间波形的影响

为了研究啁啾脉冲在光参量啁啾脉冲放大系统中传输时脉冲变化的情况,采用光线追迹法和4阶龙格-库塔法,得到了压缩器光栅对刻线失配对输出脉冲宽度和时间波形的影响的模拟结果。结果表明,当光栅对刻线失配且夹角约在±4°范围内时,若只考虑2阶色散的影响,初始啁啾导致脉冲宽度略小于无初始啁啾脉冲的宽度。当考虑到3阶、4阶及更高阶色散时,脉冲宽度大于种子脉冲的初始宽度。当入射脉冲具有正啁啾时,出射脉宽随夹角α的增大不断增加,但当具有负啁啾时,脉宽随α的增大先减小后再增大。光栅 G_2顺时针旋转时的脉宽变化与 G_2逆时针旋转时脉宽变化相同。另外,初始啁啾对出射脉冲出现的预脉冲、尾脉冲有一定的削弱作用,负啁啾对脉冲展宽和失真的影响明显小于相应的正啁啾。

1×7锥形混合棒塑料光纤耦合器

利用光线追迹法进行数值仿真得到了锥形混合棒塑料光纤耦合器的分光比与其长度的关系 .数值仿真表明 :这种耦合器的分光比随锥形光波导长度增加 ,在 0 .14 3(即均分处 )上下呈振荡型变化 .选择一均分且分光比变化平缓的区域作为制作光波导的长度 ,通过拉伸粗的光波导棒成锥形且达到所需的长度 ,并采用精密的机械连接 ,制作出了 1× 7塑料光纤耦合器 .测试数据表明 :这种塑料光纤耦合器具有很高的均匀性 .

LD面阵侧面泵浦Nd:YAG晶体吸收光场研究

为了研究LD面阵侧面泵浦Nd∶YAG晶体吸收光场的均匀性,本文提出了一种新的求解泵浦光路径的计算方法。首先建立了适用于不同泵浦结构的激光二极管多侧面泵浦全固态激光器的晶体吸收光场分布模型;然后模拟并分析了单向面阵泵浦结构各参量:bar条个数、bar条间隔、bar面倾斜程度对面阵泵浦晶体吸收光场均匀性及泵浦效率的影响。本文研究为LD侧面泵浦全固态激光器的设计和研究提供理论基础。

多角度偏振成像仪杂散光仿真分析

杂散光仿真分析是保证多角度偏振成像仪获取高精度偏振辐射数据的关键手段之一。根据仪器光学系统的自身特点,分析了杂散光的主要来源。针对采用点源透过率法难以适用于大视场光学系统杂散光分析的问题,介绍了基于黑斑法原理进行杂散光仿真分析的方法。借助杂散光分析软件LightTools,建立仪器的三维几何模型及光学属性,采用选定视场点反向光线追迹的方法仿真分析得到光机系统的视场外和视场内杂散光系数。分析结果表明,杂散光主要来源于成像视场范围内,且中心视场受到的杂散光影响最大,杂散光系数为3.27%,达到了设计指标要求。此外,采用近轴光线和实际光线正向追迹,模拟得到局部杂光和全局杂光的能量分布,为后期的图像杂散光校正研究提供了理论依据与指导.

聚合物光纤端面处理与连接损耗的研究

本文用光线追迹法研究了聚合物光纤 (POF)端面形状与连接损耗的关系。计算了光纤端面为平面、凸球面和凹球面时由于横向偏移和端面间隙所产生的连接损耗。计算结果表明 ,当光纤单向工作且端面间隙不大时 ,出射端为凸球面、接收端为凹球面的连接方式比光纤出射端和接收端都是平面的连接方式的损耗要小。

毛细管X光平行束透镜坪区特性的研究

玻璃对X射线的折射率接近1,无法使用传统的光学透镜对其进行会聚或平行调控.将大量毛细管按照一定方式排列组合,在符合全反射原理的情况下,对点X光源发射的X射线进行调控;着重于研究整体毛细管X光平行束透镜,利用光线追迹法进行数值模拟,设计仿真模拟程序,模拟出X射线在整体毛细管X光平行束透镜中的传播路径;通过改变毛细管的子管参数和排列方式,使毛细管X光平行束透镜的出射光束出现光束坪区,并设计出出光均匀性80%以上的毛细管X光平行束透镜;通过试验分别使用等径和变径毛细管X光平行束透镜对X点光源进行成像,验证了变径优化对出射光束均匀性的改善作用,其中变径X光平行束透镜的出射光束的发散角低至11.7 mrad.

光学系统及设计

TH703 96042130光学设计的发展现状=Developing status of opticaldesign[刊,中]/马俊(北京光学仪器厂)∥北光通讯.—1995,(4).—14—19综述了光学设计的发展和现状,并介绍了国内光学设计领域常用的GOLD软件和CODEV软件。图3参6(严寒)

光学元件测试及设备

TH703 96031975平面微透镜折射率分布的无损测量=Nondestructivemeasurement of refractivity distributionof plane micro-lenses[会,中]/李如松,李雨南,熊剑,崔芳,秦秉坤(北京理工大学光电工程系.北京(100081))//第八届全国集成光学、第五届全国纤维光学、第三届全国光孤子通信与非线性导波、全国光纤传感学术交流会.—江苏.连云港,95.9采用计算机辅助光线追迹与干涉条纹分析相结合的方法,并进行零级近似。

LD侧泵激光器抽运光和温度分布数值研究

基于光线追迹法和有限差分法,计算了不同参数下光LD侧面抽运激光棒时吸收的功率和温度分布。模拟计算结果表明不同的抽运头结构对抽运光功率和温度分布有重要影响。随着抽运方向的增多,抽运光功率和温度分布越来越对称。介绍了一些提高抽运光和温度分布均匀性的方法。研究了激光棒横截面内的温度与热传导系数的关系,该温度随热传导系数的增大非线性减小,在一定的抽运功率条件下,热传导系数存在着一个最佳值。