涡旋光束在水下湍流中传输的闪烁因子的实验研究

为了研究涡旋光束和高斯光束在水下湍流中的闪烁特性,搭建了一套含有水下湍流的实验系统,利用循环泵控制水槽内湍流的强弱,使用闪烁仪测量光束的闪烁因子.利用这套实验系统,详细研究了涡旋光束和高斯光束在水下传输时的闪烁因子.研究结果表明,涡旋光束和高斯光束的闪烁因子随着传输距离的增大而增大,并且随着水下湍流强度增大,涡旋光束和高斯光束对应的闪烁因子也越大.在12.6 m的传播距离内,拓扑电荷m=2的涡旋光束的闪烁因子远大于高斯光束的闪烁因子.另外,在不同强度的水下湍流中,拓扑荷数m=6的涡旋光束传播到5.4 m时,其径向闪烁因子都先减小然后再增大.此外,拓扑荷数m=6的涡旋光束经过一定距离的传播后,其闪烁因子低于拓扑荷数m=4的涡旋光束的闪烁因子.本文研究结果对探索涡旋光束在海洋湍流中的应用具有重要价值.

涡旋光束在不同盐度的水下湍流中的传输特性的实验研究

研究光束在海洋湍流中的传输特性尤为重要。为了更贴近实际情况,人工搭建了能控制水下湍流强度和盐度的装置来研究涡旋光束和高斯光束在水下湍流中的传输特性。结果表明:相比于未添加海盐的水下湍流,光束在增添海盐的水下湍流中传输光斑会更加弥散,光强会更弱。无论是强湍流还是弱湍流,m=2的涡旋光束在盐度为4.35‰的水下湍流中的闪烁因子都大于其在盐度为2.42‰的水下湍流中所对应的闪烁因子。另外,m=2的涡旋光束传输到相同的距离时,其闪烁因子随着水下湍流的盐度和强度的增大而增大。不同盐度条件下,m=2的涡旋光束的径向闪烁因子随径向距离的增大呈先减小后增大的变化趋势。另外,搭建了传输距离更长的实验装置,在20米的传输距离内,拓扑电荷m=2的涡旋光束的闪烁因子远高于高斯光束所对应的闪烁因子,且m=2的涡旋光束和高斯光束的闪烁因子都随着传输距离的增大而增大。

随机电磁高阶Bessel-Gaussian光束在海洋湍流中的传输特性

利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式得到了随机电磁高阶Bessel-Gaussian光束在海洋湍流中传输的交叉谱密度矩阵的一般表达式,通过数值计算主要研究了随机电磁高阶Bessel-Gaussian光束在海洋湍流中传输时其在远场输出面的统计特性的变化,包括归一化光谱强度、光谱偏振度、两点的光谱相干度等.数值模拟结果显示海洋湍流能够对随机电磁高阶Bessel-Gaussian光束的归一化光谱强度分布产生影响,随着传输距离的增加,零阶Bessel-Gaussian光束中心出现凹陷,高阶Bessel-Gaussian光束中心会变平坦继而又凹陷下去,不管零阶还是高阶,当传输距离增加到足够远,光强分布都会演变成最终的类高斯分布.x轴上各点的偏振度改变与相干长度δ_(xx),δ_(yy)以及海洋湍流参数有关.x轴上任意一点和原点这两点的光谱相干度也随x的增加而呈振荡变化,并且海洋的均方温度耗散率χT对光谱相干度有影响.

离轴径向偏振光束及其传输特性

基于Wolf近轴传输理论,导出离轴径向偏振光束光强的解析表达式,并研究离轴量对离轴径向偏振光束传输中光强分布的影响,同时根据一阶矩质心位置的定义推导出离轴径向偏振光束的质心坐标,研究其质心位置的变化规律.结果表明,与径向偏振光束不同,离轴径向偏振光束在近场处传输时光强分布不均匀,随着传输距离的增加,光强分布均匀性逐渐得到改善,而径向偏振光束在传输中始终保持空心对称光斑.离轴量较小时,近场处光强分布呈非对称空心面包圈形,随着传输距离增达到一定程度,光强分布演化为对称空心面包圈形,离轴量越小,演变距离越短;离轴量较大时,随着光束的传输离轴径向偏振光束的空心部分消失,逐渐由空心面包圈形向高斯型演变,径向偏振光束特性消失.另一方面,离轴径向偏振光束的质心不随传输距离的改变而改变.质心纵坐标恒为零,质心横坐标与光斑尺寸及离轴量相关.随着光斑尺寸增大,质心横坐标成线性增长.当离轴量较小时,质心横坐标随离轴量的增大呈非线性增长,增长量不明显;离轴量较大时,质心横坐标随离轴量的增大呈线性增长,且变化明显.

部分相干径向偏振光束传输中相干性研究

根据广义惠更斯理论及相干偏振统一理论,研究部分相干径向偏振光束在自由空间中传输时,不同参考点处复相干度随传输距离的变化规律.研究表明,部分相干径向偏振光束在自由空间中传输,不同参考点处,复相干度模值随距离的变化规律有所差别.当参考点位于原点时,随着传输距离增大,μxx模值及μxy模值分布形式不变,分布范围增大;当参考点位于x轴上时,μxx模值由单峰值向三峰两谷对称形式演化,μxy模值由单侧两峰向四峰四谷对称形式演化,完成演化所需传输距离与参考点距离x轴中心的远近有关,参考点距离x轴中心越近,完成演化所需的传输距离越短;当参考点位于y轴时,随着距离增大,μxx模值分布形式不变,分布范围增大,μxy模值由上侧两峰向四峰四谷对称形式演化,演化所需传输距离与参考点距y轴中心远近有关,参考点距y轴中心越近,完成演化所需的传输距离越短;当参考点位于其他位置时(非特殊位置),μxx模值及μxy模值分布规律,遵从各自参考点在x轴,y轴上的分布规律的结合即参考点位于其他位置时,μxx模值及μxy模值分别随距离变化逐渐演化成三峰结构、四峰结构.

LED产生局域空心光束的数值分析与实验

首次使用了离散傅里叶方法数值分析局域空心光束。用离散傅里叶方法描述单色平面波产生局域空心光束(bottle beam)的光强分布,引入色散公式使得一定频谱宽度的LED光源同样适用。讨论抽样要求并对变量进行离散化,导出LED产生bottle beam的离散化傅里叶公式。最后代入相关参数并用MATLAB进行数值模拟,得到了在不同距离处光束的强度分布。设计实验进行验证,实验结果表明:使用LED也能够产生高质量的bottle beam。数值模拟与实验结果基本吻合,证明了采用傅里叶方法可以精确地分析非相干光源产生bottle beam,并且相较于传统的标量衍射理论,它更加简洁、快速,是研究bottle beam的一种全新又可靠的方法。

部分相干无衍射光束经环形孔径的传输特性

理论上利用高斯谢尔模型和交叉谱密度的传播公式得到部分相干Bessel光束经过环形孔径的光强表达式.通过Mathcad软件数值模拟光强表达式,得到在不同传播距离的截面光斑图,结果表明部分相干Bessel光束在经过环形孔径后会产生空心光束.实验中以绿光LED为光源,经轴棱锥聚焦得到部分相干Bessel光束,在其无衍射距离内放置环形孔径.使用体视显微镜照相系统拍摄部分相干Bessel光束经过环形孔径的衍射光斑图,得到的结果与模拟结果吻合.

基于激基复合物型双母体磷光有机电致发光器件研制

利用电子给体材料mTPA-PPI和电子受体材料PO-T2T,实现了一种具有显著热活化延迟荧光特性的激基复合物,通过时间分辨谱技术,探明了mTPA-PPI∶PO-T2T间激子的反系间窜越、瞬时荧光、延迟荧光等激子动力学过程;研制了基于mTPA-PPI∶PO-T2T双母体的高性能磷光OLED器件,通过高效的反系间窜越过程,提升了三线态激子的利用率,有效提高了器件效率,缓解了高电流密度下的效率滚降。基于激基复合物双母体红光磷光器件的最大电流效率、功率效率、外部量子效率分别为20.3 cd/A,18.6 lm/W和11.54%,分别是单母体器件的1.4,1.2,1.5倍,此外,双母体器件的最高亮度高达25 410 cd/m^(2),是单母体器件最高亮度的3.9倍。

椭圆涡旋光束在海洋湍流中的传输特性

本文采用分步相位屏方法来仿真椭圆涡旋光束在海洋中的实际传输情况,并对椭圆涡旋光束在海洋湍流中的传输光强和闪烁因子进行了仿真。研究发现,椭圆涡旋光束在海洋传输过程中,光斑会发生明显的旋转,同时光斑会产生暗核且暗核个数与光束的拓扑荷数相等。一个拓扑荷数为m的相位奇点会分裂成m个拓扑荷数为1的相位奇点,并且海洋湍流越强,光斑受到的干扰越严重。研究还发现,在较弱的海洋湍流中,随着传输距离的增加,椭圆涡旋光束的闪烁因子会低于高斯光束和涡旋光束的闪烁因子,而且在远距离处拓扑荷数越大闪烁因子降低越明显,同时也发现,传播一段距离后涡旋光束的闪烁因子会低于高斯光束的闪烁因子。在较强湍流中,椭圆涡旋光束的闪烁因子会交叠在一起。对于不同强度的海洋湍流,随着均方温度耗散率的增大,椭圆涡旋光束的轴上点闪烁因子也增大。在同一传输距离处,束腰宽度越小的椭圆涡旋光束闪烁因子越小。

激光经过湍流大气以及散射介质的传输

介绍了激光光束经过湍流大气以及散射介质的传输特性。当激光在湍流大气中传输时,湍流大气的扰动会影响光束的传输特性。此时,激光光束仍然保持光束的特性,因此可以应用扩展的Huygens-Fresnel衍射积分研究激光在湍流大气中的传输特性。研究表明,当光束在湍流大气中传输时,光束的光斑大小、偏振态、空间相干度、闪烁因子等参数发生了变化。这些参数的变化除了与大气湍流性质有关外,还与光束的特性有关。因此选择合适的入射光束可以减低湍流大气对光束传输的影响。当相干激光经过散射介质后,会呈现散斑。通过调控入射激光的波前,可以使得激光经过散射介质后聚焦。介绍了实现激光经过散射介质聚焦的技术,包括基于迭代反馈的波前整形技术、传输矩阵,以及数字相位共轭技术等。最后,展望这些技术应用于激光在实际大气中的传输,实现激光穿云透雾的目标。

径向偏振螺旋贝塞尔光束的传输特性及其自重建

基于广义惠更斯-菲涅尔衍射理论,导出径向偏振螺旋贝塞尔光束的光场表达式,研究了该光束的传输特性和传输过程中光束偏振态的变化,及其通过扇形障碍物后的自重建特性.理论分析和数值计算发现:径向偏振螺旋贝塞尔光束在自由空间传输时,在一定传输区域内,光束以空心光束的形态绕光轴做离轴螺旋传输,光束的发散角为零并一直保持着径向偏振的特性;在光束的自重建过程中,始终保持离轴螺旋传输特性,随着传输距离的增加,原本在遮挡区域消失的能量,被逐渐衍射至障碍物遮挡区域的相反位置.

高斯型非均匀部分相干光的大气湍流传输特性

基于广义惠更斯-菲涅耳原理和交叉谱密度函数,对高斯型非均匀关联的部分相干光束在大气湍流中的传输特性进行了研究.结果表明,部分相干光的相干度的变化和源平面的高斯调制半宽、传输距离等有着密切关系.在传输过程中,初始平面相干度分布存在突变,在传输过程中消失;光束中两点的相干度随着传输距离的增加先增大后减小,并且相干度的分布由非均匀分布变成均匀分布.这种非均匀关联的部分相干光束在激光通信领域具有广阔的应用前景.

径向偏振高阶贝塞尔-高斯涡旋光束的传输及其偏振特性

理论和实验研究了径向偏振高阶贝塞尔-高斯涡旋光束在自由空间传输的光强分布和偏振特性.数值计算表明,在无衍射区域,随着传输距离的增加,光强分布基本保持不变;对于零阶光束,其偏振态一直保持径向偏振不变;对于高阶光束,其偏振态发生变化,由初始的径向偏振逐渐变为椭圆偏振和线偏振的杂化状态.实验上,利用径向偏振转换器、螺旋相位板和轴棱锥元件产生了径向偏振高阶贝塞尔-高斯涡旋光束,探测了其通过不同偏振片后的光强分布.实验结果与理论结果基本相符合.该研究也提供了一种产生杂化偏振矢量光束的方法.

像散Bessel光束自重建特性的理论和实验研究

基于菲涅耳衍射积分理论和巴比涅原理,推导出像散Bessel光束经圆形障碍物后的光强分布一般表达式.数值模拟了像散Bessel光束经圆形障碍物遮挡后光场的自重建过程,并设计相关实验进行验证,实验结果与理论模拟基本符合.结果表明:零阶像散Bessel光束经过轴上和离轴障碍物后均会发生光束重建现象.随着传输距离的增加,像散Bessel光束的外轮廓尺寸变大、中心光点阵列数增多,逐渐重建出不同于障碍物前的完整光束.并且观察到光束在重建过程中横向和纵向的重建速度并不一致,存在一定的速度差.利用螺旋相位板产生高阶像散Bessel光束,验证了高阶像散Bessel光束经障碍物遮挡后同样具有自重建特性.研究结果对像散Bessel光束在多层面粒子操纵方面的应用具有参考价值.

直接输出高阶横模激光器的实验研究

从理论和实验上研究了从激光器直接输出高阶拉盖尔-高斯(LG)光束和高阶厄密-高斯(HG)光束。首先从理论上研究了高阶LG光束和高阶HG光束的光强分布特性,并进行数值仿真。在实验研究中,利用445 nm的蓝光半导体激光器端面泵浦Pr:YLF晶体,在一定的条件下,能从平凹腔直接输出640 nm波长高阶LG光束和高阶HG光束。实验结果表明:从激光腔内输出的高阶LG光束和高阶HG光束与理论仿真基本一致。文中所报道的获得高阶模的实验装置简单,对产生高阶光束及其应用具有较重要价值。

塑料光纤激光打标散射点实验研究

塑料光纤(Plastic Optical Fiber, POF)纤芯散射点的形状和大小尺寸控制对基于半导体激光器(LD)和侧面发光POF的LCD背光源设计具有重要意义。研究了一种表面无损伤的POF纤芯散射点的激光打标方法,基于非成像光学的边缘光线原理分析了激光打标制作POF纤芯散射点的二次聚焦过程,推导出激光侧面入射在POF上表面时的焦点坐标的表达式计算式。实验研究了1.06μm波长激光在POF纤芯制作打标散射点时,激光光束半径(打标聚焦透镜高度)、激光功率和重复打标次数对POF散射点形状和体积尺寸的影响。纤芯内散射点的检测采用650 nm激光的散射光相对光强分布进行检测,通过显微照片的对比判断散射点的形状和尺寸。实验结果表明,POF纤芯散射点的形状决定于激光光束半径(打标聚焦透镜高度),当聚焦透镜高度激光光束半径为束腰半径透镜焦距时,可以得到光纤径向细而长的条散射点;。当聚焦透镜高度小于聚焦透镜焦距时,在POF上下两个表面附近形成漏斗状散射点。而随着激光功率增大和重复打标次数增加,散射点的体积尺寸随着增加。单次打标时POF的激光损伤阈值约为80 W/mm^2,而要使POF散射点具有稳定的细长条状,激光功率密度应大于140 W/mm^2。

基于数字微镜器件超像素法实现散射介质传输矩阵的自参考干涉测量

散射介质的传输矩阵系统描述了散射介质对输入与输出光场之间的变换关系,是研究与控制光在无序介质中传输特性的重要工具.本文使用数字微镜器件实现散射介质传输矩阵的自参考干涉测量,首先利用超像素法实现对入射光的复振幅调制获得同时包含参考光和信号光的复合场,进而基于四步相移法分别测量了散射介质在Hadamard基和轨道角动量(OAM)基下的传输矩阵.进一步,根据相位共轭原理实现了光透过散射介质后的单点聚焦、多点聚焦以及涡旋聚焦,验证了传输矩阵测量的准确性.该方法能够有效提高光场调制的自由度,实现散射介质传输矩阵的测量,对散射环境下的光学成像和光通信等具有潜在应用价值.

基于超薄透明Ag_(2)O/Ag阳极的高效有机电致发光器件

提出了一种通过在玻璃衬底表面引入氧化银种子层的方法,成功制备了具有良好表面、光学、电学特性的超薄透明导电Ag薄膜。首先,在玻璃衬底上用热沉积的方法生长1 nm Ag薄膜,然后对该薄膜进行空气等离子体处理,生成氧化银种子层,该种子层可抑制Ag原子的随机迁移,提高随后沉积Ag原子成核密度,从而促进Ag原子快速成膜。以该超薄透明氧化银/银薄膜为阳极,实现了一种高效磷光有机电致发光器件,器件的最大电流效率、功率效率分别为60.4 cd·A^(-1)和63.2 lm·W^(-1),是常规ITO器件的1.45倍和1.60倍。该研究结果表明,以氧化银为种子层的超薄透明Ag薄膜是极具发展潜力的透明导电电极。

基于MATLAB的“工程应用”课程对学生创新思维的影响

文章研究了基于MATLAB的“工程应用”课程对学生创新思维的影响,其中对一批参与该课程的学生进行了调查和分析,发现该课程的实践性质和MATLAB软件的灵活性为学生提供了一个探索和解决实际问题的平台,学生可在课程中应用MATLAB进行工程实践和编程设计,这培养了学生的创新思维、问题解决和实践操作能力。其中,课程的团队合作和项目导向的教学方法促进了学生的创新能力的发展。研究结果表明,基于MATLAB的“工程应用”课程对学生的创新思维具有显著的促进作用。

新生儿黄疸治疗仪光源的光生物安全

为了研究不同黄疸治疗仪光源的发光光谱对新生儿产生紫外辐射、热辐射等潜在的光生物安全问题,本文利用光辐射安全测定系统OST-300对传统蓝光荧光灯、普通蓝光LED灯以及经简单遗传算法计算与拟合的蓝光LED灯进行了测试与对比分析。实验结果表明:传统蓝光荧光灯在315,330,365 nm的紫外光处有明显的波峰出现,且峰值波长在365 nm处较为明显;传统蓝光荧光灯在老化后其蓝光光谱光衰严重,且存在大量的红外光线;而基于简单遗传算法计算与拟合的蓝光LED发光光谱与体内胆红素的吸收光谱相吻合,能避免对新生儿的光辐射危害。因此,本文提出的蓝光LED是治疗新生儿黄疸的理想光源。