草状氧化铝微结构渐变折射率的计算及实验研究

针对草状氧化铝的微纳结构对折射率的影响,采用台体计算法与柱体计算法计算氧化铝的体积,使用Clausius-Mossotti方程式与MATLAB软件拟合计算微纳结构的折射率变化,使用TFC软件进行拟合,最终计算出草状氧化铝的渐变折射率,研究其微结构的形貌特征及渐变折射率的分布,计算其可见光减反射性能。采用电子束沉积氧化铝薄膜,通过对沉积温度、水煮工艺等参数的优化,获得了不同结构的草状氧化铝纳米薄膜,制备了可见光波段420~680 nm的减反射薄膜。

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。

宽频大角度新型龙勃透镜设计与快速制造

传统龙勃透镜是一种具有梯度介电常数的球状介质天线，其功能是实现电磁波的球面会聚与定向发射，可广泛用于移动卫星通信。然而由于梯度介电常数分布、球面汇聚等特征，使得其制造尤为困难，且不易于集成。根据一种新型底面扁平龙勃透镜天线的设计方案，提出采用混合液体介质与3D打印技术相结合的制造方法，采用3D打印技术实现二维、三维透镜框架的快速制造，制备出介电常数大范围可调的混合液体介质（2．2～40．0）填充于框架中，所制备液固耦合的龙勃透镜天线在12．4～18．0GHz范围内具有宽频特性，并能实现全场扫描（-90°～90°）。所提出的方法为梯度介电常数透镜天线创新设计提供了一个新的实现手段，并将会进一步推动高性能透镜天线的实际应用。

双曲正弦高斯光束在梯度折射介质中的传输

为了研究双曲正弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性,利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法推导了光束强度分布解析表达式,据此结合空间二阶矩定义得到了束腰宽度和位置的解析表达式,并对光束强度分布、光斑尺寸、束腰宽度及其位置进行了数值计算和分析。结果表明,轴向光强分布呈周期性变化,横向光场分布受梯度折射系数和光束参量影响,通过对这些参量的适当调整,可以改变光斑尺寸和束腰位置。

高斯光束通过非线性梯度折射率透镜的传输特性

基于无像差自聚焦理论 ,使用ABCD定律导出了高斯光束在非线性梯度折射率介质中的解析传输公式。采用矩阵光学方法研究了高斯光束通过非线性梯度折射率透镜的传输特性。结果表明 ,介质的非线性性和非均匀性、激光功率及入射光束参数影响其传输特性。

梯度折射率对半透明介质温度场的影响

对梯度折射率半透明介质内辐射热平衡温度场进行了计算 ,考察了黑壁面及镜反射半透明界面时 ,线性和正弦两种不同折射率分布对温度分布的影响 .当介质层边界为黑壁面 ,辐射能从光密介质向光疏介质传递时发生全反射导致某个热源在换热中的作用增大 .当介质层具有镜反射半透明边界 ,除上述作用外 。

洛伦兹-高斯光束在梯度折射率介质中的传输

导出了洛伦兹-高斯光束在梯度折射率介质中传输的光场分布,给出了二阶矩定义下的光束半宽度及其变化率的解析表达式,重点分析了梯度折射率系数对洛伦兹-高斯光束传输性能的影响。结果表明,梯度折射率介质中的归一化光强分布和光束半宽度等呈周期性变化,周期为梯度折射率系数的"倍,轴上最大光强出现在半周期处。梯度折射率系数除影响周期性外,对归一化光强分布和光束半宽度无明显影响,但影响光束半宽度变化率。

梯度折射率介质中离轴椭圆厄米高斯光束的传输

利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法,对离轴椭圆厄米高斯光束在梯度折射率介质中传输做了研究,得到了一般的解析传输公式,并利用此解析式进行数值计算和分析,讨论了梯度折射率介质对离轴椭圆厄米高斯光束传输特性的影响。结果表明:介质梯度折射率对离轴椭圆厄米高斯光束传输性质有影响。

梯度折射率介质对复变量sinh-Gaussian光束传输的影响

为了研究梯度折射率介质对复变量双曲正弦高斯光束的传输影响,利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法推导出了复变量双曲正弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输场,运用空间二阶矩的定义解出了光斑尺寸及其变化率的表达式,并进行了数值模拟分析。结果表明,光斑尺寸及其变化率随传输距离的增加呈周期性变化,周期由折射率系数决定;随光束参量的改变,光斑位置不变,周期性不变,但是光斑尺寸的振荡幅度要发生改变;通过调整这些参量,可以改变光斑尺寸及其位置。此项研究对大功率半导体激光器等方面的开发应用有帮助。

基于高斯光束的绝缘体上硅平面光波导的耦合效率研究

利用梯度折射率(GRIN)介质对高斯光束在出射端面聚焦的特性,研究了对称GRIN介质中单模SOI平面波导的耦合效率特性。对于同一入射波长而言,TM波的耦合效率较大;对于1 550 nm的通信波长而言,使TE和TM偏振光的耦合效率恰好相同的最佳耦合条件为α=0.25μm-1,Δx=0,θ=0°,且耦合效率均为84.1%。

基于梯度推进决策树的日维度交通指数预测模型

城市交通运行监测和预测是掌握交通运行变化特点,制定缓解交通拥堵策略的重要工作,其结果能为公众提供有效的路况信息,亦为政策措施的制定和效果评估提供重要支撑.有别于传统的短时交通预测,本文提出的预测模型不是针对相邻时段的运行状态预测,而是更长跨度上,针对日级别高峰时段交通运行状态的预测.构建了包含时间周期、特殊天气、节假日、限行、大型活动等因素的多维度影响因素集;以长期历史交通指数构建数据训练集,提出了基于梯度推进决策树的日维度路网状况预测模型.应用最优模型进行验证,结果表明,模型预测精度可达90%以上,与其他4种回归模型的对比分析也显示,本文所提出的模型在各项评分中均表现最优,说明其更适合于大样本、多因素的回归分析.本文所提出的日维度预测模型对提升城市路网运行质量、缓解交通拥堵具有重要的应用价值.

AGRIN混合光学系统设计

轴向梯度折射率(AGRIN)透镜是一种有望用来替代非球面,并在成像时优于非球面的一种方法。综述了AGRIN材料的发展历史,现状及其在镜头设计中的应用,简述AGRIN材料在光学设计中的应用和它与非球面相比的优点,探讨AGRIN材料的制造问题。发现使用AGRIN材料,不仅会使光学系统成像质量有所提高,而且在制造和测试上都有很大的优势。最后以设计一个焦距125 mm、F/4、视场25°,适用于DALSA全帧28M像素大幅面CCD的航测数字相机镜头为例,把原来的11片全球面镜头,利用2片AGRIN透镜,在保持像质不变的情况下减少到8片,而且像质均匀性和镜头结构更加合理。

梯度折射率介质对复变量双曲余弦高斯光束传输的影响

为了研究梯度折射率介质对复变量双曲余弦高斯光束传输的影响,推导出光束在介质中的传输场,运用空间二阶矩的定义解出了光斑尺寸及其变化率的表达式,并利用此表达式分别对光斑尺寸及其变化率作了数字模拟分析。研究表明:介质的折射率梯度变化不改变光束的形状,但是对光强的峰值和光斑尺寸有影响,并且发现随传输距离的增加光斑尺寸及其变化率出现周期性的振荡,而振荡幅度由光束参数决定。

异常空心光束在梯度折射率介质中的传输特性

基于柯林斯积分公式导出了异常空心光束在梯度折射率介质中的传输公式,给出了二阶矩定义下的光束宽度解析表达式.通过数值计算研究了异常空心光束在梯度折射率介质中及穿过介质后传输的强度分布和束宽变化的特性.结果表明,梯度折射率介质中的轴上光强分布、归一化的光强分布、光束剖面形状和光束宽度随着传输距离和梯度折射率系数变化呈周期性的变化,且梯度折射率系数越大,其变化速率越快.

火焰参数对辐射图像法不同测温模型的影响

对火焰温度分布的实时测量能够了解燃烧过程、验证燃烧机理、预防工业事故、优化燃烧设备。图像法测温在工业现场的火焰三维温度测量上有明显的优势,但通常均考虑火焰为均匀折射率介质,给测温结果带来了不可避免的误差。本文建立了梯度折射率介质下火焰的辐射成像模型和图像法测温模型,验证了方法的正确性,分析了火焰尺寸对成像的影响及炭黑颗粒浓度对温度场重建的影响。得出随着火焰尺寸的增大,图像强度随火焰尺寸出现先增大后减小的趋势,梯度介质模型与均匀介质模型的差异逐渐增大,随着炭黑颗粒浓度的增加,两种模型的重建精度逐渐下降。

基于柱对称梯度折射率体系的可调控光束传输

采用磁性电磁超构材料,设计了具有柱对称梯度折射率分布的二维体系,根据梯度的不同可以实现光束的不同调制功能.通过等效介质理论,可以计算磁性电磁超构材料的等效电磁参数,从而获得等效折射率.而且,随着磁性柱半径的变化,可以实现等效折射率的灵活调制.尤为特别的是,通过改变外加偏置磁场的空间分布,可以实现不同的折射率梯度,这也是磁性电磁超构材料相对于普通介质体系的优越性.基于多重散射理论,对光束在二维体系中的传输行为进行了模拟计算,研究结果表明通过调制外加偏置磁场可以实现光束的囚禁、光束的内偏折和外偏折、以及分束等功能.而且,通过改变外加磁场可以实现不同功能间的切换,这种灵活的调制能力为光束传输提供了新的自由度.

阵列艾里光束通过梯度折射率介质的光强演变特性

利用光学传递矩阵和广义惠更斯-菲涅耳积分衍射公式,研究了阵列艾里光束在梯度折射率介质中的演化规律。首先,导出了傍轴近似下,空间域内艾里和阵列艾里光束通过光学系统的传输方程。然后,分析了入射阵列艾里光束的二维光强随指数截断因子和光波束腰半径的变化规律。在此基础上,讨论了阵列艾里光束在梯度折射率介质部分横截面上的光强特征和光波传输的周期性特点,并与单艾里光束的传输规律进行了对比。因为大气的随机抖动和渐变折射率光纤都可以抽象为梯度折射率模型,所以相关结论对阵列光束的传输与通信有一定的理论意义。

Study and Design of Hybrid Triplet Lens

This study presents a new method for designing algorithm for a triplet lens with one or two elements that are made of a gradient index medium (GRIN). This method is based upon considering a well-known designed triplet lens (Cooke triplet lens) as a target lens for designing of the Hybrid Triplet Lens (HTL). Our design was based upon keeping the total optical path length for the axial ray fixed for each case of design. The results showed that several designs for the HTL have the same total powers of the target lens. These designs depend on the variation of the GRIN element parameter values and the order of the GRIN element position in the system. These HTL designs have been evaluated by considering several optical merit functions, i.e., the root mean square (RMS) spot radius, wave front error and the spherical aberration. To achieve the optimal design, these functions are compared for the target lens and the HTL designs through a wide range of field angles.

复杂蜃景的定量分析与模拟

复杂蜃景通常表现为在竖直方向上同时呈现3个以上的正立或倒立、拉伸压缩交替、扭曲的像.本文首先通过物理实验复现了这种复杂的光学现象,探究了蜃景随观测距离的变化;然后通过数值模拟定量分析了蜃景的变化规律.结果表明:蜃景的个数、位置和形状会随着观察者与介质的距离、介质折射率梯度以及介质厚度的改变而改变,其中倒立蜃景的压缩程度和出现的初始距离分别与介质梯度呈正相关和负相关,而正、倒立蜃景的间距与介质厚度呈负相关.

空心高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性

利用柯林斯公式推导出空心高斯光束在梯度折射率介质中的传输公式,并利用此解析式进行数值计算和分析,讨论了梯度折射率介质对空心高斯光束传输特性的影响。结果表明,介质梯度折射率对空心高斯光束的传输性质有较大影响。