基于涡旋高斯光束的自成像效应数值实验

涡旋光束的传输动力学行为是光学领域研究的热点之一。该文采用理论分析与数值模拟相结合的方法,研究了经典光学涡旋、非对称幂指数光学涡旋和对称幂指数光学涡旋三类不同涡旋高斯光束的传输行为。结果表明,在自由空间中三类光学涡旋高斯光束均可产生整数、分数自成像效应,其自成像距离与无光学涡旋高斯光束产生的自成像现象的复现距离一致。自成像平面上光场结构由一系列周期性阵列光束构成,其光强分布与涡旋相位的拓扑荷数和幂指数阶数密切相关。对于所施加的三类光学涡旋,阵列波束表现出了圆环、螺旋及花瓣型三类不同的光场分布,但是其相位分布基本保持不变。该研究为系统认识周期性涡旋光束的演化动力学行为,以及获得新颖的结构光束提供了新的思路和方法。

光纤激光器自成像腔相干组束研究

探讨了3种不同自成像腔,即Talbot腔、自傅里叶变换腔(SF)和傅里叶变换自成像腔实现相干组束的机理和技术难点。介绍了利用光纤激光器,采用傅里叶变换自成像方法,实现1维2路和2维4路激光相干组束的实验情况,功率分别达到122 W以及26 W。

对Talbot自成像和几何成像关系的分析

针对Talbot自成像与几何光学成像毫无关系的传统观点,本文提出了一种用于几何光学成像原理和物理光学成像原理对光栅成像进行对比分析的方法,发现在某一特殊的Talbot成像距离处,光栅自成像和几何成像有相同的成像规律,当光源为单色光照射时可以认为光栅的几何成像实际上是某一个特殊位置的Talbot像.

细光栅自成像光电轴角编码器

根据光栅自成像原理,由波长为690nm的半导体激光器、准直透镜、光电接收元件和光栅等组成细光栅自成像光学系统,得到高质量的莫尔条纹信号。以此信号为基础的细光栅光电轴角编码器具有精度高、频响高、易于实现小型化等优点。该技术是提高光电轴角编码器测角精度和环境适应性的一种新的实用的解决途径。

采用光栅自成像技术的小型绝对式矩阵编码器

采用光栅自成像技术 ,可获得高质量的莫尔条纹信号 ,本文介绍了一种采用光栅自成像技术的小型绝对式矩阵编码器。

基于自成像多模干涉光子晶体波导的耦合特性

模拟计算了二维三角形光子晶体波导自成像多模干涉的耦合特性。提出两种不同结构的二维光子晶体分束器,基于自成像多模干涉效应,用有限时域差分法数值计算和分析了这两种分束器的特性。研究发现其中一种分束器的反射率低于10-4,透射率可高达0.9999,而另外一种分束器的反射率为1,透射率为0。分析发现,造成这种现象的物理原因是多模干涉区的自成像效应,这种多模干涉在光子晶体光学集成电路中具有重大的潜在应用价值。

变形高阶贝塞尔光束的传播和自成像效应

从产生高阶贝塞尔光束的典型光路着手,通过将高阶贝塞尔光束分解为高阶贝塞尔余弦光束和高阶贝塞尔正弦光束,利用柱坐标下的Collins公式,分析了变形高阶贝塞尔光束的解析表达式和在自聚焦透镜中的传播。得到了变形高阶贝塞尔光束的一般解析表达式,自由空间的自成像过程,和在自聚焦透镜中传播的特点以及它们在高阶贝塞尔余弦光束和高阶贝塞尔正弦光束波数横向分量差异为0.005 K时的数值模拟。结果证实了变形高阶贝塞尔光束具有无衍射特性及自成像效应。

基于自成像多模干涉的光子晶体波导1×2分束器

通过模拟计算研究了二维三角形光子晶体波导自成像多模干涉的耦合特性,提出了一种二维光子晶体1×2分束器。基于自成像多模干涉效应,用有限时域差分法对这种分束器的特性进行了数值计算和分析。研究发现,这种分束器的透射率可高达96%,造成这种现象的物理原因是多模干涉区的自成像效应,这种多模干涉在光子晶体光学集成电路中具有重大的潜在应用价值。

空-频域中自成像分析和解释

基于魏格纳变换和魏格纳分布函数,分析讨论一维物体在空域-频域空间的自成像及其形成过程。从成像过程中各衍射频谱分量的光程差出发,给出Talbot效应和Montgomery效应的统一解释。对于周期物的Talbot效应,得到了用杨氏双缝干涉解释自成像现象的理论依据。周期物的自成像是物平面上间距为2倍周期,光程差为波长的整数平方倍的各衍射频谱分量同相相干迭加的结果。Montgomery效应是物平面上间距为抛物线关系,光程差为波长整数倍的各衍射频谱分量同相相干迭加的结果。

基于自成像效应七平行光子晶体单模波导分束器

在完整的二维光子晶体中引入线缺陷,就形成了光子晶体波导。将七光子晶体单模波导的相互耦合看成一个多模干涉系统。在多模干涉系统中,本征模的色散曲线相交并出现简并模,简并模之间存在强烈耦合并导致模式的分布方式重新发生变化。本文基于自成像效应的波导多模偶合,提出了一种二维光子晶体波导四端口分束器。采用时域有限差分法和平面波法作为研究工具,TE模为研究对象,从理论上分析了这种器件的特性。结果表明,通过调节介质柱半径R,来改变耦合区电磁场的相位分布,从而控制四个输出端口的能量分布。

任意波阵面光波照射下的平面光栅自成像现象

该文研究发现在任意波阵面单色光波照射下的平面光栅还存在自成像。自成像面为与波阵面函数的二阶偏导数有关的空间曲面,且随着自成像与光栅之间距离的增大,像面弯曲加剧。自成像面上条纹密度与波阵面函数的一阶偏导数有关。利用对自成像特性的研究结果,本文还研究了Moire偏折法的基本测试原理和局限性。

高密度光栅自成像中的偏振效应

利用时域有限差分方法分析了不同偏振态下,不同周期高密度光栅1/2泰伯距离处的自成像,数值结果显示当光栅周期在2λ～3λ时,不同偏振态下,光栅的自成像差别最大。采用扫描近场显微镜技术,在实验上验证了这一现象。同时,利用严格耦合波方法分析了光栅的傅里叶谱,即远场分布,发现同近场分布存在着一定的对应关系。

基于自成像效应波导耦合的光子晶体分束器

文章采用时域有限差分法和平面波法作为研究工具,在耦合长度L=7a的条件下研究了光在输出端口的透射率和反射率。结果表明,通过引入额外的介质柱改变耦合区电磁场的相位分布,可使3个输出端口的强度达到均分;并且这种结构的分束器具有很高的输出效率,最高可达到99.5%,这些特性使这种器件在波分复用等方面具有很大的潜在运用价值。

平面物自成像及阵列成像

首先用傅里叶光学关于角谱传播的概念重新认识和讨论了Ｍｉｏｎｔｇｏｍｅｒｙ的自成像理论，然后又重新计算了Ｋａｌｅｓｔｙｎｓｋｉ无透镜阵列成像的全过程，发现和纠正了现行有关理论存在的若干问题；首次获得了阵列像的解析表达式和正确的成像条件．所得结果在几何光学近似下的合理解释以及阵列像的存在条件自动地符合Ｍｏｎｔｇｏｍｅｒｙ理论，这些事实支持了本文的结论．

自成像魏格纳函数分析

在空域-频域空间,基于魏格纳变换和魏格纳分布函数,分析讨论了一维物体的自成像及其形成过程.从成像过程中各衍射频谱分量的光程差,给出了Talbot效应和Montgomery效应的统一解释.对于周期物的Talbot效应,得到了用杨氏双缝干涉解释自成像现象的理论依据.周期物的自成像是物平面上间距为两倍周期、光程差为波长的整数平方倍的各衍射频谱分量同相相干迭加的结果.Montgomery效应是物平面上间距为抛物线关系、光程差为波长整数倍的各衍射频谱分量同相相干迭加的结果.

自成像共焦腔相干合成空间滤波器设计

理论分析了利用自成像共焦腔实现激光列阵相干合成的物理模型,对自成像共焦腔的一维相干合成和二维相干合成进行了模拟仿真计算,得到腔内场的强度分布图样.在此基础上,研究了空间滤波器在相干合成中实现模式选择的机理,并讨论滤波器的设计对相干合成及模式选择的影响,分别对一维相干合成和二维相干合成的情况,仿真计算了输出功率与滤波器位置和宽度的关系,为实验提供了理论依据.

应用光栅自成像的编码器莫尔条纹信号提取

为解决高密度圆光栅的工程应用难题,应用光栅自成像原理,用较大的光栅副间隙获得了高质量的莫尔条纹信号。文中用傅里叶光学理论分析了单色平面波照明下的双光栅菲涅耳衍射场,建立了双光栅菲涅耳衍射场光强分布的数学模型,并用MATLAB软件对光栅菲涅耳衍射像光强分布和莫尔条纹信号进行了数值仿真,分析了各种参数对莫尔条纹信号的影响,最后通过信号提取实验对理论分析进行了验证。

自成像共焦腔一维光纤激光阵列相干合成的实验研究

利用自成像共焦腔,开展了一维光纤激光阵列相干合成的实验研究,实现了掺Yb^(3+)双包层光纤激光阵列的相位锁定,得到了基于一维光纤激光阵列自成像共焦腔的远场强度分布图样。根据其数学模型及理论计算,合理选择了空间滤波器宽度,验证了空间滤波器在合成激光不同位置对不同相干成分模式所引入的损耗抑制作用,从实验上证实了空间滤波器在相干合成中实现模式选择的机理。

弱位相光栅的自成像研究

本文从理论上对球面波照明弱位相光栅时的自成像现象进行了研究，发现当相对位相分布（x）＜＜1弧度时，位相光栅也存在自成像现象。

基于Unity3D的光栅自成像虚拟仿真实验

光栅的自成像研究需要对实验仪器进行精准的控制和调整,光栅常量过大或过小都不方便进行实验.而虚拟仿真实验能够弥补实际测量条件不易满足、仪器精度不够高而出现的问题,同时也能够准确体验操作过程,获得更为理想的实验效果.基于Unity3D搭建虚拟仿真实验平台,由菲涅耳衍射理论计算得到光栅后光场分布,通过可视化模型展示实验现象以便学生定量研究自成像效应.