基于COMSOL和MATLAB的近轴光学隐形的研究

基于矩阵光学原理实现透镜组近轴光出现隐形区域,探究了不同参数的透镜对光学隐形区域的影响;采取正交实验设计,分别使用MATLAB和COMSOL对隐形区域进行了数值模拟,对比得出了隐形区域的影响因素,并进行了可视化呈现。结果表明,透镜的焦距和半径影响隐形区域,当透镜的直径不变时,若透镜的焦距为f,此时隐形区域t_(1)和隐形区域t_(2)的体积之和最小,当透镜的焦距小于f时,透镜的焦距与隐形范围呈负相关;当透镜的焦距大于f时,透镜的焦距与隐形范围呈正相关;当透镜的焦距不变时,透镜的直径与隐形范围呈正相关。各个透镜参数对隐形区域的体积的影响因素排序为:焦距f_(2)>直径h_(1)>直径h_(2)>焦距f_(1)。研究结果对于深入理解光学隐形区域的形成及其受透镜参数调节的影响具有重要的意义。

利用透镜组实现近轴光学隐身

采用了利用双凸透镜构建透镜组实现近轴光学隐身的方法,通过改变双凸透镜的数目、焦距、口径等参量,讨论了透镜组要实现近轴光学隐身所应满足的条件.建立了四薄透镜光学隐身系统、三薄透镜光学隐身系统、双厚透镜光学隐身系统3种理论模型,并将实验探究与理论研究相结合,验证了理论模型的正确性.

利用简单透镜组实现近轴光学隐身

利用简单透镜组实现近轴光学隐身的原理和方法,以4枚凸透镜完成了近轴光学隐身实验,并用计算机模拟了实验的光路图.讨论了选择不同焦距透镜组的优劣及透镜口径对实验的影响.该实验装置简单,可与透镜几何参量的测量实验相结合作为基础物理实验开设为面上教学实验.

关于四透镜近轴光学隐身区域的探讨

完美控制光的传播行为一直是研究人员的不懈追求目标,其中光学隐身格外引人关注。光学隐身包括红外波段隐身、可见波段隐身和紫外波段隐身,对工作在光学波段的各种侦察手段形成严峻考验,对未来的光电对抗及变革将产生深远影响。本文基于简单四透镜搭建的近轴光学隐身装置进行讨论,并对隐身区域进行了测量和研究,发现四透镜轴光隐身装置可以实现较好的光学隐身效果。

曲面GRIN光学元件近轴光学参数的通用算法

本文利用矩阵和常数ＫＧ方法推导了曲面梯度折射率（ＧＲＩＮ）光学元件的近轴参数，如焦距，象方截距，焦截距，线放大率与主点位置，角放大率与节点位置的表达式，并讨论了抛物面形径向对称曲面ＧＲＩＮ光学元件的成象特性，当厚度为半周期的整数倍时，发现了其有趣的现象，得出了一些有益的结论。这种方法推导简洁，概念清楚，通用性强，可适用于所有的轴向梯度，具有二次抛物面（线）或近轴情况下可近似为二次抛物面（线）的径向和层状ＧＲＩＮ光学元件的分析计算，还可用于ＧＲＩＮ与普通均匀折射率光学元件组合系统的计算。

通过有光阑近轴ABCD光学系统激光束的近似解析传输公式

用傅立叶级数展开法研究光束通过有光阑限制的近轴ABCD光学系统的传输特性,导出了光阑透射率函数不同时的传输公式。硬边光阑的情况可作为其它光阑的特例得到,其它光阑也可视作硬边光阑来处理。数值计算表明了该方法快速的优点,并得到与用Collins公式直接积分一致结果。

复合电磁同心球系统的成像电子光学. A章:近轴光学（英文）

通过复合电磁同心球系统的理想模型,对成像电子光学近轴方程的轨迹求解进行探讨。首次推导了该系统的近轴电子轨迹的转角及近轴方程的两个特解的解析表达式,探讨了近轴成像性质,并将结果推广到两电极静电同心球系统、均匀平行复合电磁系统和静电近贴系统中。

厄米-高斯光束通过硬边光阑光学系统变换的近解析传输公式

将硬边光阑门数函展开成复高斯函数,利用高斯光阑的ABCD矩阵形式,应用于厄米-高斯(H-G)光束,推导出了H-G光束通过内含硬边光阑的近轴ABCD光学系统的场分布的近解析传输公式,并与Collins公式计算结果比较,说明所得的解析结果的应用和优点.

H-G光束经内含光阑光学系统传输的递推算法

推导出了厄米 高斯 (H G)光束通过内含硬边光阑的近轴ABCD光学系统传输递推公式 ,由此可得出任意阶次的H G光束场分布的解析表达式 ,并可解析地研究光阑对传输的影响。

轴外物点理想成像的条件

用费马原理证明了轴外物点理想成像的条件

厄米-双曲余弦-高斯光束在有光阑光学系统中的传输

从Collins公式出发,对厄米-双曲余弦-高斯(HChG)光束通过有硬边光阑限制的近轴ABCD光学系统的传输进行了研究.采用将矩形函数展开为有限个复高斯函数之和的方法,推导出了光场分布的解析表达式.给出了数值计算结果,并与直接对Collins公式作数值积分的结果进行了比较,充分显示此解析方法不仅便于物理分析,而且可节约大量机时.

论矩阵光学中的ABCD矩阵及其应用

本文论述矩阵 ABCD 的行列式的值为1,用矩阵 ABCD 推出了近轴光学中的传递矩阵、折射矩阵、光学系统矩阵及其应用.

光学ABCD定理的普适性、物理意义和它的应用

本文推广了几何光学近轴光线传输的ABCD定理,使之适用于远离光轴的空间光线的传输,无论光学系统是旋转对称的还是非旋转对称的。又注意到经典力学中的粒子运动也存在类似的ABCD定理.进一步研究发现在这宏观的定理背后的物理含义,即允许存在另一个更为普遍的规律“测不准关系”的可能性。此外应用推广的ABCD定理,可导出推广的含ABCD的衍射积分定理,用角程函的导数来表示。以此进行含初级(赛德耳)象差的衍射积分计算是方便的。文中给出含球差与含慧差的解析结果,及仅含球差时的数值计算.

近解析研究厄米-高斯光束的焦移和焦开关

用一种近解析的方法研究厄米-高斯光束通过内含硬边光阑的近轴ABCD光学系统后的聚焦特性:焦移和焦开关.数值计算表明使用这种近解析法所得结果与对Collins公式直接作数值积分的结果符合甚好,且计算速度大大提高.

几何光学矩阵方法新设想

本文从几何光学的基本公式出发,把近轴几何光学的物象关系改造成矩阵方程,使之更加简洁、工整,既容易记忆,又便于应用。

两电极静电同心球系统的近轴电子光学及其空间-时间像差

将从近轴解出发研究两电极静电同心球系统的空-时轨迹及其像差.由近轴轨迹方程和近轴运动方程出发,先求解两电极静电同心球系统中自光阴极逸出的运动电子的近轴空间-时间轨迹,然后讨论此系统的静动态电子光学及其空间-时间像差,揭示近轴光学系统成像的一般规律.文中定义和推导了各级近轴空间像差和近轴时间像差,得到了与关于近轴空间-时间像差同样的结论,表明完全可以直接由近轴轨迹方程和近轴运动方程出发来研究理想成像及其空间-时间像差.

复合电磁同心球系统的成像电子光学. B章:近轴像差（英文）

由复合电磁同心球系统的近轴方程两个特解出发,通过展开理想成像位置处图像转角表达式的途径,探讨了复合电磁同心球系统的近轴纵向像差和近轴横向像差。主要贡献是求得了近轴方程的两个特解在理想像面位置处的解析表达式,由此证明决定极限空间分辨率的二级近轴色球差能以Recknagel-Artimovich公式描述。导出了近轴横向像差的表达式,该像差由近轴色球差、近轴放大率色差和近轴各向异性色差等组成。

复合电磁同心球系统的成像电子光学. C章:近轴方程近似解（英文）

通过复合电磁同心球系统的理想模型,探讨了近轴方程特解的近似表示及其近轴横向像差的求解。导出了复合电磁同心球系统近轴方程两个特解的近似表达式,在此基础上导出了一些特殊类型的近轴横向像差的表达式,如近轴色球差、近轴放大率色差和近轴各向异性色差。结果表明,由两个特解的近似解推导得到的近轴横向像差与使用精确解的结果完全一致,由此证明近似解求解近轴横向像差的方法是可行的。

余弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性

为了研究光束在梯度折射率介质中的传输规律,利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法,推导出余弦高斯光束在梯度折射率介质中传输的解析表达式,对余弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性进行了分析,并进一步讨论了介质梯度折射率系数和调制参数对传输特性的影响。结果表明,余弦高斯光束在梯度折射率介质中传输时,轴上光强分布呈现周期性变化,横向光强分布受梯度折射率系数和调制参数影响较大。余弦高斯光束传输时具有不稳定性,通过适当调节参数,可在空间某位置实现余弦高斯光束的整形。