1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
基于异形孔径光阑的成像系统像方光强分布计算对显微系统自动对焦、景深扩展等成像技术领域发展有极其重要的理论价值,而传统的菲涅耳衍射光强分布计算公式仅适用于轴对称孔径光阑,且在焦平面处光强分布的问题。利用标量衍射理论,通过结合频谱变换与正交分离,推导出适用于异形孔径形状、任意离焦量的像方空间光场强度分布数理关系式;并利用离散傅里叶变换原理,获得了基于异形孔径光阑的光学成像系统像方空间光强分布的数值计算表达式。在圆形孔径光阑、焦平面处,对获得的表达式与传统计算公式进行了对比计算与分析,两组计算结果完全一致。针对半圆形孔径光阑,在相同的系统参数下,在离焦量分别为0,4,8 μm三个像方位置处,数理模型理论计算的结果与实验测试结果基本一致。从而证明所推导数理模型的准确性,其可适用于任意形状的孔径光阑。
异形孔径光阑 光学成像系统 像方空间 傅里叶变换 光强分布 激光与光电子学进展
2023, 60(6): 0611006
1 西安理工大学自动化与信息工程学院,陕西 西安 710048
2 陕西省智能协同网络军民共建重点实验室,陕西 西安 710000
无线紫外光在大气中进行非直视散射通信时,大气微粒的散射和吸收作用以及低空大气湍流的变化会对紫外光通信(UVC)性能产生强烈的影响。建立了低空大气湍流无线紫外光非直视(NLOS)单次散射通信链路模型,通过计算机仿真分析了收发端范围、折射率结构参数、指向角等不同因素下NLOS散射通信的光强分布特性、信噪比、信号衰减等系统通信性能,以及高度变化对白天和夜间UVC的影响。仿真结果表明:不同高度湍流变化下昼夜间无线UVC性能存在一定差距,水平通信、垂直通信和斜程通信时:在夜间的大气折射率结构常数相对于弱湍流情况增大一个数量级,信号能量平均衰减为原来的1/2.09、1/2.16、1/2.03;在白天的大气折射率结构常数相对于弱湍流情况增大一个数量级,信号能量平均衰减为原来的1/2.07、1/2.15、1/1.96。夜间通信受湍流的影响更大,白天的通信性能比夜间好,湍流对垂直通信的影响较大。
光通信 紫外光通信 湍流信道 大气折射率结构常数 光强分布特性 信号衰减 光学学报
2022, 42(24): 2406001
厦门工学院电子与电气工程学院,福建 厦门 361021
推导出了平顶高斯光束经有限个小尺寸振幅调制型缺陷调制聚焦后,激光间接驱动聚变靶腔内及腔壁的光场分布解析式,详细研究了缺陷尺寸和调制幅度等因素对光强分布的影响,并进一步研究了入射角度对调制光束在腔壁上投影衍射光场的影响。结果表明:缺陷尺寸越大,缺陷调制幅度越大,光束受到的扰动越明显,调制光场恢复为平顶高斯分布所需的传输距离越远;当光束的入射角小于10°时,光束到达腔壁前经过的路径较长,调制后的平顶高斯光束在腔壁上投影的光斑往x轴方向扩散,缺陷引起的光强扰动变化明显减弱,光斑强度整体下降。
激光光学 平顶高斯光束 振幅调制 光强分布 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1914001
1 国防科技大学 电子对抗学院, 合肥 230037
2 中国人民解放军 95865部队, 北京 102200
采用矩阵分解以及将硬边光阑窗口函数展开为复高斯函数叠加的方法, 研究了高斯光束猫眼光学系统后的光阑效应; 通过数值计算, 分析了激光的反射规律。研究表明, 入射光束束腰距离猫眼光学系统越远, 光学系统的光阑效应越大; 调整合适的正离焦量, 可以使猫眼光学系统回波光强更高。理论分析和数值计算对猫眼系统的研究具有一定的参考意义。
猫眼效应 高斯光束 硬边光阑 光强分布 cat eye effect Gaussian beam hard edge aperture intensity distribution
1 中北大学 理学院,太原03005
2 洛阳师范学院 河南省电磁变换与探测重点实验室,河南洛阳471934
以广义惠更斯-菲涅耳原理为基础,利用推导的部分相干圆刃型位错光束在小鼠真皮组织传输中的交叉谱密度函数解析表达式,研究了光束初始参量(光束波长λ和圆刃型位错数目n)和传输距离z对光束归一化光强分布、相位演化和传输轨迹的影响。结果表明,位错数为n的部分相干圆刃型位错光束,源平面内中心光强最大,两侧对称分布着2n个次峰。随传输距离增加,光强分布由多峰状逐渐演化为单峰状,波长越长,n值越小,光强分布演化越快。位错数目越多,光束稳定性越好。源平面内n个圆刃型位错最内侧的环半径随位错数目增加而减小。受到生物组织湍流诱导和衍射效应的综合作用,自传输开始,圆刃型位错分裂为n对拓扑荷分别为“+1”和“-1”的相干涡旋。随传输距离增加,又新生n对拓扑荷为“+1”和“-1”的相干涡旋。波长越长,n值越大,光束相位演化越快,相干涡旋的位置分布由分散趋于集中,最终全部湮灭。相干涡旋对间距越小,湮灭越早。波长越长,位错数目越多,起始相干涡旋对越早开始湮灭,全部湮灭的传输距离越长;波长越短,位错数目越多,新生相干涡旋对越早开始湮灭,全部湮灭经历的传输距离越长。
相位演化 生物组织 光强分布 传输轨迹 圆刃型位错光束 Phase evolution Biological tissue Intensity distribution Propagation trajectory Circle edge distortion beam
红外与激光工程
2020, 49(10): 20200014
1 航天工程大学研究生院, 北京 101416
2 航天工程大学电子与光学工程系, 北京 101416
利用光束的交叉谱密度函数得到了部分相干光的光强分布和相干长度的表达式, 并基于该表达式就光源不同相干参数、不同湍流强度对部分相干光在水平大气传输中的光强分布和相干长度的影响效应进行了数值模拟, 且与完全相干光进行了比较分析。研究结果表明: 在自由空间传输过程中光强分布主要受衍射引起的展宽影响, 光源相干参数越大光束的相干长度值越大。在湍流大气中, 光源相干参数越大光强分布和相干长度受湍流大气强度变化影响越小。随着湍流强度和传输距离的增加, 光束展宽效应增加, 同时由于湍流叠加效应导致光束的相干长度下降。
部分相干光 大气湍流 光强分布 相干长度 水平传输 partially coherent light atmospheric turbulence intensity distribution coherence length horizontal propagation 大气与环境光学学报
2020, 15(4): 261
厦门工学院电子与电气工程学院, 福建 厦门 361021
根据ABCD传输矩阵和Collins衍射积分公式,通过光束坐标与腔体坐标间的转换关系,推导高斯平顶光束经过透镜后,激光间接驱动聚变装置腔内不同角度横截面的光场分布解析表达式,着重分析了光束入射角对焦点处及腔内光强分布的影响。仿真结果表明:增大入射光束的入射角,焦点处的光斑光强在X轴方向受到影响,光斑沿着X方向产生一定扩散,Y轴方向上的光强分布几乎没有变化;随着光轴传输距离的增大,靶腔内横截面上的光斑直径变大,均匀性变差,而且光斑位置右偏。均匀性较好的光斑与入射角度的选取及光束传输的距离有较密切的联系。
激光光学 平顶高斯光束 间接驱动聚变 光强分布 激光与光电子学进展
2020, 57(15): 151403