动态束源和电磁参数下高压电子枪聚焦特性

以国产ZD-VEBW系列高压电子枪为研究对象,通过理论分析电子枪轴上电位与束腰和束斑直径之间的映射关系以及带电粒子经过聚焦线圈时的运动轨迹,借助于CST仿真平台,构建了电子枪仿真模型。仿真得到了电子束束斑直径在不同静电聚焦结构参数下的变化规律,依据此规律设计了不同孔径的偏压杯、阳极,构建了电子束焊接试验平台;动态调整阴阳极距离和束源参数,进行了电子束焊接的单参数以及正交试验的研究。结果表明:阴阳极距离的增加会导致束斑直径增加,偏压杯孔径的增加会导致束斑直径的减小,阳极孔径对束斑直径的影响存在最优参数,聚焦电流的增加会导致束斑直径的减小;阴阳极距离取28.40 mm、偏压杯孔径取6.00 mm、阳极孔径取10.00 mm时,能够显著提高试验型号设备同功率下电子束焊缝的深宽比,有效提高国产化ZD-VEBW系列高压电子枪的焊接性能,验证了理论和仿真分析的正确性。

椭球反射罩聚焦特性实验研究

曲面障板反射是水声工程中汇聚声波能量、提高传播距离的有效方法之一,而椭球反射罩的聚能效果最为明显。文章分析了椭球反射罩的聚焦原理,建立了基于水下等离子体声源和椭球反射罩的聚焦声场产生和实验系统;开展了椭球反射罩聚焦声场实验研究,从声轴和焦平面2个方向研究了声脉冲波形、峰值压力与声场位置之间的关系,得出了椭球反射罩聚焦声场的分布特性,量化评价了椭球反射罩的聚焦特性。实验结果表明,椭球反射罩聚焦增益大于20 dB,第2焦点处的峰值压力约23 MPa,声压级达267 dB。

线电流源激励下正多边形双负介质柱的聚焦特性

利用时域有限差分法分别分析了线电流源激励下,正三角形、正四边形和正六边形双负介质柱的近场分布。发现对于介电常数和磁导率都很小且无耗的双负介质柱,当激励位于正多边形顶角角平分线的外延长线上时,在双负介质柱内部不会出现焦点。将该电磁模型同Arslanagic等人介绍的方法进行了比较,证明了电磁模型的有效性。

高斯光束经复合光学系统的聚焦特性

讨论了高斯光束经由凹透镜 ,子系统和凸透镜构成的复合光学系统的聚焦特性 ,利用矩阵光学方法 ,推导出了高斯光束经复合光学系统聚焦后束腰宽度和像距的计算公式。计算例表明 ,选择适当参数的复合光学系统 ,既可以获得较小的束腰宽度 ,又可以获得较长的像距。

克尔效应对高斯光束聚焦特性的影响

利用菲涅尔—基尔霍夫衍射积分公式，研究薄片近似情况下的Kerr效应带来的波前畸变对高斯光束聚焦特性的影响．在相位延迟为-2～2rad的范围内进行的模拟计算表明：正Kerr效应能提高高斯光束的聚焦强度、增大相对焦移量、提高聚焦光束的焦平面桶中功率和降低几何焦平面的峰值光强；而负Kerr效应，则会降低聚焦强度、增大相对焦移量、降低聚焦光束的焦平面桶中功率和几何焦平面的峰值光强，可以通过增大光束菲涅尔数来抑制Kerr效应对聚焦特性的影响。

平顶多高斯光束通过球差透镜的聚焦特性

利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式,研究了平顶多高斯光束通过球差透镜的聚焦特性。推导出轴上光强分布的表达式,并对轴上光强进行大量的数值计算及分析。研究结果表明,当平顶多高斯光束的阶数N一定时,透镜的球差将在很大程度上影响光束的聚焦特性;当透镜的球差一定时,N值的改变将影响轴上最佳聚焦点的位置;当无球差时,轴上最佳聚焦点并不在几何焦点处,轴上最佳聚焦点位置随着N值增加向几何焦点靠近,例如当阶数N由0增大为1时,则归一化最佳聚焦点由0.91增大到0.98。

环状光束通过透镜的聚焦特性研究

给出了环状光束在柱坐标系下的一种描述模型,并利用广义衍射积分理论,推导出环状光束经过近轴ABCD光学系统的传输公式·在此基础上,通过数值模拟方法定量分析了环状光束的聚焦光强分布以及焦面处的桶中功率·研究结果表明,环状光束的聚焦特性与光束阶数以及系统菲涅耳数有关;环状光束在实际焦面和几何焦面上的桶中功率均随着遮拦比的增大而降低,而随着系统菲涅耳数的增大而增大·在实际工作中,通过合理地选取系统菲涅耳数和光束遮拦比可以有效地控制环状光束聚焦后的光束质量·

ICF系统中全息透镜聚焦特性及衍射效率分析

根据全息透镜的工作原理,利用光线追迹法对其聚焦特性进行了理论分析。使用标量衍射法分析了全息透镜的衍射效率,讨论了不同的光栅槽型对其衍射效率的影响。对分析过程中所涉及到的有关近似处理方法的使用和影响进行了说明,讨论了全息透镜用作取样光栅的优点。

采用光栅角色散的宽带二倍频及聚焦特性分析

针对带宽为20nm左右、中心波长为1053nm的线性啁啾宽带激光,分析了采用光栅角色散方式宽带二倍频的原理,讨论了光栅角色散性能及光栅加工误差引入的基频光位相扰动对二倍频光转换效率及聚焦特性的影响.研究结果表明:采用光栅角色散方式的宽带二倍频光的转换效率、脉冲宽度和带宽均明显增大;在0～22nm基频光带宽范围内,二倍频光均可保持80%左右的转换效率;对于入射基频光带宽为22nm的情况,光栅角色散率在30～80μrad/nm范围内变化时,宽带二倍频转换效率均可保持在70%以上;基频光有位相扰动时,二倍频光带宽对二倍频聚焦光斑的主瓣影响不大,但对旁瓣有一定的匀滑作用,采用光栅角色散方式宽带二倍频的聚焦光斑旁瓣的匀滑效果更为明显.

具有波纹调制激光光束的准聚焦特性

采用光波的衍射积分理论 ,对具有波纹调制激光束的准聚焦特性进行了理论分析。针对中频率段畸变激光束的准聚焦特性 ,数值模拟研究了准聚焦光斑能量集中度、焦斑光强分布与光束波前调制周期和离焦距离的关系 ,并得出适当离焦距离有利于控制焦斑大小 ,增大激光束波前的调制周期 ,可增加准聚焦光斑能量集中度 。

拉盖尔－高斯光束的聚焦特性

使用Ｃｏｌｌｉｎｓ衍射积分公式，推导出无光阑限制情况下，聚焦拉盖尔－高斯光束的相对光强增量和焦移。对有光阑限制的拉盖尔－高斯光束作了详细的数值计算以说明其聚焦特性。

选区激光熔化中激光束的传输变换及聚焦特性

为了获得光束质量较好、光斑尺寸较小、功率密度较高的、适合于在选区激光熔化快速成型技术中应用的激光束,对应用于选区激光熔化快速成型技术中的高斯光束进行传输与变换。对其传输变换及聚焦特性进行了理论分析与实验验证,实验结果与理论分析的结果相符。取得了功率密度达106W/cm2以上的、光斑尺寸较小的、满足于在选取激光熔化技术中应用的光斑。将其应用于镍基合金(N i25)和铜磷合金粉末的三维选区激光熔化快速成型。结果表明,这种传输变换及聚焦特性是可行有效的,得到了满足要求的光斑尺寸和功率密度。

高斯光束通过球差透镜的聚焦特性

基于广义惠更斯 菲涅耳衍射积分公式 ,在较为普遍情况下 ,对高斯光束通过球差透镜的聚焦特性作了研究 ,给出了数值计算例。分析表明 ,当入射光束束腰宽度较小时 ,结果与文献[1]和文献 [2

高斯光束通过双焦透镜的聚焦特性

从 Collins公式出发 ,研究了高斯光束通过双焦透镜后的聚焦特性。在无光阑的情况下 ,给出了轴上光强和 x,y方向两束腰及其位置的解析公式。详细的数值计算表明 ,轴上光强最大点位于其中一个束腰位置附近或者相重合 ,但始终不能超过透镜较大的焦点。并且 。

椭圆平顶高斯光束的聚焦特性

利用级数分解法把椭圆平顶高斯光束 ( EFGB)分解成多个椭圆厄密 -高斯模的叠加形式 ,利用椭圆厄密 -高斯模的传输公式导出了 EFGB通过非轴对称光学系统的传输公式 ,该公式和直接用矢量积分得出的结果是等效的 .利用导出的公式 ,我们计算分析了 EFGB通过轴对称透镜和非轴对称透镜的聚焦特性 .结果表明 ,EFGB聚焦后 ,近场光强分布变化很快 ,特别是焦点前后 ,光强分布会快速旋转 .另外 。

圆锥透镜对球面波环形聚焦特性的仿真和实验研究

通过几何光学理论分析,将圆锥透镜对于不同曲率半径球面波的衍射模式分为球面波通过锥镜后光束完全会聚和部分会聚两种情况.使用半径为15 mm,底角为1°的圆锥透镜进行实验,在这两种情况下,按一定规律分别改变球面波的曲率半径,得到衍射图样和中心光斑直径、焦深等参数.通过对实验结果进行定量分析,并利用几何光学理论推导球面波在圆锥透镜后的环形聚焦特性,将实验结果与理论分析和计算机仿真结果相比较,说明光束部分会聚时,在理论上焦深可以达到无穷远.与相同条件下平面波入射的相应特性比较,对于要求长焦深的应用场合,球面波比平面波更加适合.

Kerr效应对超高斯光束聚焦特性的影响

利用菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式,对一维超高斯光束通过克尔介质的聚焦特性进行了研究。在相位延迟为-2 rad^2 rad的范围内进行了计算。模拟结果表明,正Kerr效应将提高聚焦强度、增大相对焦移量和降低几何焦平面的峰值光强;而负Kerr效应,则会降低聚焦强度、增大相对焦移量和降低几何焦平面的峰值光强。可以将这两种的情况联合起来进行讨论,并可以通过增大光束的菲涅耳数来降低Kerr效应对其聚焦特性的影响。

光波辐射下正多边形异向介质柱聚焦特性分析

基于时域有限差分方法,建立了光波辐射下正三角形、正四边形和正六边形无耗异向介质柱的二维电磁模型.分析了其近场特性,并对模型的有效性进行了验证.仿真结果表明:即便对于εr和μr都很小且无耗的正多边形异向介质柱,当平面光波沿正多边形顶角角平分线方向传播时,在异向介质柱内不会发生电磁聚焦.

受光阑限制厄米-高斯光束的聚焦特性

该文从Collins公式出发,对受光阑限制厄米-高斯光束的聚焦特性进行了研究.利用厄米函数的性质,推导出了受光阑限制的厄米-高斯光束轴上聚焦光强分布的解析公式.受光阑限制的厄米-高斯光束的轴上光强分布不仅与菲涅耳数有关,而且还与截断参数和光束模式有关.解析公式有利于研究厄米-高斯光束的轴上光强分布与菲涅耳数、截断参数和光束模式等之间的关系.

高级次轴对称偏振光束的聚焦特性及应用综述

高级次轴对称偏振光束具有更为复杂的偏振分布,在高数值孔径聚焦情况下可获得多个超小聚焦光斑,这样的聚焦特性使其在显微成像、材料加工、粒子捕获等领域体现出一定的应用价值,引起了广泛关注。综述了近年来关于高级次轴对称偏振光束的聚焦特性及主要应用的研究成果。介绍了高级次轴对称偏振光束的基本概念,并基于矢量衍射理论给出了聚焦场的数学表达式,最后介绍了该类型光束在粒子捕获与操控、并行光学显微成像方面的典型应用。