文章提出一种使用马赫-曾德尔强度调制器(MZM)产生输入信号的任意倍频信号的方案, 利用该方法不仅可以产生输入信号的偶数倍倍频信号, 还可以产生输入信号的奇数倍信号。通过设置马赫-曾德尔强度调制器的直流偏置点在线性偏置点, 产生了奇数倍信号, 通过设置直流偏置点在特殊的非线性偏置点, 产生了偶数倍信号。通过调节输入信号的幅度, 可以得到想要的高阶倍频信号。理论分析和实验证实了该方案的可行性。
光载无线技术 倍频 马赫-曾德尔调制器 radio over fiber frequency mutiplication Mach-Zehnder modulator
德州学院物理与电子信息学院, 山东 德州 253023
用全量子理论方法研究了环境的非马尔可夫效应、原子间的偶极相互作用以及原子的本征频率 同腔模中心频率之间的失谐量对原子量子态保真度的影响。研究表明:两原子初态处于纠缠态时,在非 马尔可夫机制下,原子的量子态保真度可以达到较大的稳定值,特别是原子的本征频率同腔模中心频率 有一定失谐量时,原子间的偶极相互作用可以明显地改进原子的量子态保真度。无论热库环境有无马尔 可夫效应,两原子初态处于分离态时,原子的保真度都不理想。
量子光学 量子态保真度 全量子理论 热库环境 非马尔可夫效应 偶极相互作用 quantum optics fidelity of quantum state full quantum theory thermal reservoir non-Markovian effect dipole-dipole interaction
中国科学技术大学光学与光学工程系, 安徽 合肥 230026
衍射光学元件(Diffractive optical elements, DOE)具有 独特的色散特性和灵活的设计自由度,将多个DOE级联用于太阳能电池聚光系统可同时实现聚焦、 整形和分光谱功能。给出了设计思想和算法,并用七波长混合光作入射光进行模拟,优化后在目标面得 到七个形状规则且完全分开的均匀圆斑。将此级联结构应用到太阳能聚光系统可有效提高太阳能利用效率。
傅立叶光学 太阳能聚光系统 衍射光学元件级联 聚焦 整形 分光谱 Fourier optics solar concentrator system cascaded diffractive optical element focusing shaping spectrum separation
1 中国电子科技集团第三十八研究所光电集成研究中心， 安徽 合肥 230088
2 中国科学技术大学物理学院， 安徽 合肥 230026
3 中国科学技术大学生命科学学院, 安徽 合肥 230026
利用荧光蛋白激活状态的可逆特性，提出了一种提高荧光显微镜纵向分辨率的方法。针对不同数值孔径的显微系统，通过合理选择带涡旋相位的轴对称偏振光作为激活光和退活光，并设计衍射光学元件对其进行调制，从而实现百纳米级的纵向选择激活。而且，通过调节激活光和退活光的光强比率R，可以控制荧光蛋白最大激活概率满足单分子荧光显微技术的需求，同时进一步降低纵向选择激活层半峰全宽(FWHM)至25.7 nm，并且约90%的激活荧光蛋白位于30 nm厚的激活层中(R=500)。
衍射光学 超分辨成像 纵向选择激活 轴对称偏振光
1 中国科技大学光学与光学工程系， 安徽 合肥 230026
2 中国科技大学国家同步辐射实验室， 安徽 合肥 230026
3 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室， 上海 201800
通过对分布式相位板和光谱色散匀滑技术联用的模拟计算，分析了联用实验中焦斑的变化，论证了非设计采样点光强的不可控性对焦斑匀滑质量的损害。模拟结果证实了光谱色散匀滑技术对色散方向上的焦斑均匀性的改善，焦斑不均匀性由58.30%降为19.50%。通过分析焦斑不均匀性与光谱色散匀滑积分时间的关系，发现5~6个光谱色散匀滑调制周期时得到最优匀滑效果。对焦斑频谱的分析显示，光谱色散匀滑技术可以有效抑制由非设计采样点光强引入的高频成分，26.3 μm内的光强调制被平滑，同时很好地保持了由分布式相位板决定的焦斑低频包络，在实验与模拟中均得到很好验证。为进一步的分布式相位板与光谱色散匀滑技术联用设计提供了理论依据。
衍射 分布式相位板 光谱色散匀滑 激光辐照均匀性 焦斑频谱分析 中国激光
2011, 38(10): 1002006
1 中国科学技术大学 物理系,安徽 合肥 230026
2 中国科学技术大学 国家同步辐射实验室,安徽 合肥 230026
3 安徽省光电子科学与技术重点实验室,安徽 合肥 230026
提出了一种基于双透镜系统的衍射光学元件(DOE)设计方法。在双透镜系统中,光束的传输和聚焦需要用两次菲涅耳衍射来表示,为了加快计算速度,将菲涅耳公式转化为包含快速傅里叶变换的形式来使传统的迭代算法满足不同的设计环境需求。用此设计方法,在理论上得到了超过90%的衍射效率,并对由此方法设计出的元件进行了加工制作和实验测试,测试结果显示,达到了预期的光束整形效果,对于更加复杂系统的DOE设计有一定的参考价值,对高功率激光系统可能存在潜在功用。
光学制造 衍射光学元件 光束整形 双透镜系统 迭代算法
1 中国科学技术大学 物理系,合肥 230026
2 中国科学院 量子信息重点实验室,合肥 230026
经过理论推导,分析了320 mm口径衍射光学元件在束匀滑实验中光强分布出现高级次衍射斑和元件实际衍射效率变低的原因,模拟计算得到了接近实验的光强分布。模拟分析发现:通过调整设计参数,如适当增加抽样点数,使设计时焦斑主瓣占输出计算窗口的比例减小至0.2以下,可以大大降低由于高级次衍射斑造成的衍射效率损失,控制在2%以内,使台阶分布式相位片实际衍射效率得到提高,在对口径为70及320 mm的台阶分布式相位片样品测试中得到了验证。
衍射光学元件 束匀滑 衍射效率 台阶分布式相位片 diffractive optical elements beam smoothing diffraction efficiency distributed phase plate
1 中国科学技术大学 物理系,合肥 230026
2 中国科学院 量子信息重点实验室,合肥 230026
在工艺上衍射光学元件是通过相位板来实现的,由于其多台阶化产生的不连续性,会对目标光场产生sinc调制,产生高级次衍射斑,损失了15%或者更多能量。通过对设计衍射光学器件的传统的IO迭代算法进行了研究,提出了一种与衍折射相结合的设计方法,在衍射光学器件的部分区域形成一块连续相位区域,减少了相位片台阶化区域的光强和衍射斑的强度。通过逐步变化连续相位对输出光强情况的影响的研究,可以优化相位参数,使入射到输出面的光束保证一定匀滑性的前提下,提高目标光场区域的衍射效率达到90%以上,能够满足均匀照明的要求。
衍射 衍折射 IO算法 衍射光学器件 均匀照明 diffraction refractive-diffractive method input-output algorithms diffractive optical elements uniform illumination
1 中国科学技术大学物理系, 安徽 合肥 230026
2 中国科学院量子信息重点实验室, 安徽 合肥 230026
对高功率激光系统中使用的衍射光学元件(DOE)在束匀滑时产生的表面反射光场进行了模拟计算。计算表明, 随着传输距离的增大, 反射光由于干涉叠加会产生一定数量的光强极值点, 有可能会对前端元件造成损伤。因此, 在高功率激光系统应用中, 有必要对元件进行一定角度的倾斜放置, 从而使反射光偏离前端元件。通过模拟计算分析了衍射元件放置时, 倾斜角度对各项束匀滑指标的影响, 发现匀滑性急剧变差, 并在实验上观察到了相应的定性结果。设计了相位补偿方法, 以保证倾斜放置下衍射光学元件的束匀滑能力, 并给出了相位补偿的数值模拟结果。
光学器件 衍射光学元件 束匀滑 表面反射 相位补偿
1 中国科学技术大学物理系，安徽 合肥 230026
2 中国科学院量子信息重点实验室，安徽 合肥 230026
利用时域有限差分方法，通过数值模拟分别研究了基于光子晶体正负折射原理设计的分束器中介质柱半径和介质柱位置的随机误差对分束器性能的影响，发现当介质柱半径的误差振幅小于0．055倍的介质柱标准半径或者介质柱位置的误差振幅小于0．06倍的光子晶体晶格常数时，正负折射光束的能流透射率均保持在20%以上。
光子晶体 负折射 分束器 误差分析 photonic crystal negative refraction beam splitter error analysis
