华南理工大学物理与光电学院，广东 广州 510641
基于单轴晶体光束传输理论，从理论上推导了二维正交周期结构光场沿垂直单轴晶体光轴方向传播产生泰伯效应的公式。给出了泰伯效应的产生条件和常规泰伯距离的表达式，常规泰伯距离的大小决定于单轴晶体寻常光的折射率no与非寻常光折射率ne之比和二维周期结构的x方向周期px和y方向周期py之比。模拟了二维正弦光栅和二维项链光栅的光场在单轴晶体中因各向异性衍射产生的泰伯效应。两种情况都能在更短的约化泰伯距离处产生与原光栅相同的泰伯像，在半约化泰伯距离产生与原光栅互补的像；在1/4约化泰伯距离和3/4约化泰伯距离产生的泰伯子像强度分布的周期为原光栅的1/2，相位变化的周期与原光栅相同，但是在空间上有半个周期的移动。本研究将泰伯效应拓展到各向异性介质中的传播动力学，加深了人们对周期性光场的传输理论的理解。
1 深圳技术大学中德智能制造学院，广东 深圳 518118
2 深圳技术大学大数据与互联网学院，广东 深圳 518118
研究了频谱受调制的修正圆Airy光束（MCAB）在单轴晶体中沿光轴的传播特性。与其他光束一样，左旋圆偏振（LHCP）的MCAB沿单轴晶体光轴传播时会激发拓扑电荷数为2的涡旋右旋圆偏振（RHCP）分量。MCAB在晶体传播时，LHCP分量和RHCP分量都会出现“突然自聚焦效应”，不带涡旋的LHCP分量在焦点附近形成实心光束，而RHCP分量由于具有涡旋相位而在焦点附近形成空心光束。单轴晶体的各向异性导致LHCP分量比涡旋RHCP分量更早出现最大光强。选择合适的频谱调制参数，MCAB的“突然自聚焦效应”强度约为普通圆Airy光束（CAB）的3.4倍；在晶体长度为10 cm的情况下，不带涡旋的LHCP分量转化为涡旋RHCP分量的效率可达43.28%，比普通CAB高约10%。
物理光学 光束传播 突然自聚焦 涡旋光束 单轴晶体
1 广州工商学院电子工程系, 广东 广州 510850
2 中南大学物理与电子学院, 湖南 长沙 410083
3 贵州理工学院理学院, 贵州 贵阳 550003
按照单轴晶体光束传输理论,求得了具有交叉相位艾里-厄米-高斯光束(AiHGB)在单轴晶体中传输时的解析表达式。数值模拟计算结果表明,具有初始交叉相位的AiHGB在晶体中传输时仍是线偏振的,但不一定是传输不变的。具体地讲,有赖于交叉相位系数、光束参数及晶体材料参数,初始交叉相位会引起AiHGB光斑连续转动,在从近场到远场的整个传输过程中总的转动角是90°。并且交叉相位系数足够大时,AiHGB光斑只有纯转动;而交叉相位系数适当小时,AiHGB光斑除了取向转动还有光斑形状变化。这些结果表明通过恰当选择晶体材料(即折射率)和附加交叉相位因子的系数,可以精准调控光束花样形状的取向与结构,也可用于确定晶体材料折射率或测定交叉相位因子的系数。
物理光学 艾里-厄米-高斯光束 各向异性单轴晶体 交叉相位 寻常与非寻常折射指数 光学学报
2021, 41(21): 2126002
1 天津理工大学 计算机与通信工程学院，天津300384
2 天津大学 激光与光电子研究所，天津300072
为了更加准确地研究薄包层CLPFG（啁啾长周期光纤光栅）的传输与色散特性，仿真分析了单轴晶体光纤的二、三层介质模型所得纤芯模有效折射率的差别以及中心波长的差别，并基于该差别,采用数值分析的方法研究不同包层半径、包层模序对CLPFG色散性能的影响。结果表明，当单轴晶体光纤包层半径与包层模序较小时，两种光纤介质模型的纤芯模有效折射率有较大差别。对于两种介质模型的光纤光栅，降低包层半径或增大包层模序数都有利于增大色散。文章的分析方法和结论为CLPFG的分析和设计提供了理论依据。
光纤光学 单轴晶体光纤介质模型 啁啾长周期光纤光栅 色散补偿 光谱 fiber optics uniaxialcrystal fiber medium model CLPFG dispersion compensation spectrum
1 燕山大学 理学院,河北 秦皇岛 066004
2 西南交通大学峨眉校区 基础课部,四川 峨眉 614202
为实现单轴晶体微粒的高精度、可操控旋转,利用偏振光与单轴晶体微粒的相互作用来实现光致旋转.基于晶体波动光学理论,考虑影响单轴晶体微粒旋转角速度的主要因素(晶体微粒的厚度和半径、单轴晶体光轴与晶面的夹角、光束在晶面的反射率和透射率、光束振幅比和位相差、激光功率等),推导出正晶体和负晶体微粒旋转角速度的一般公式.并就各种影响因素分别对正、负晶体中具有代表性的CaCO3和SiO2晶体微粒进行了模拟分析,所得到的晶体微粒旋转频率与激光功率成正比,与现有文献的实验结果一致,证明了该理论模型的合理性.依据理论分析结果,选用半径和厚度均为1~3 μm的CaCO3晶体微粒作为机械转子,对单轴晶体微粒光致旋转应用于微机械转子进行优化设计,提高了微机械转子的旋转频率.研究结果为晶体转子的选材和光驱动微机械马达的设计提供了更加精确合理的理论支持.
激光物理 光镊 偏振光 光致旋转 单轴晶体 Laser physics Ptical tweezersl Olarized light Optical induced rotation Uniaxial crysta
为了计算腔体为单轴晶体的F-P滤光片的光学性质, 采用理论分析的方法, 对垂直入射到光轴在入射面内的单层单轴晶体薄膜的寻常光与非寻常光在两界面处的电磁场量的边界条件和薄膜两界面处电场量的相位关系进行了分析, 得到了单层晶体薄膜反射率与透射率的计算方法, 并将其应用于腔体为单轴晶体的F-P滤光片光学特性的仿真, 取得了滤光片透射率随光轴方向变化的数据。结果表明, 光轴旋转角对F-P滤光片的透射峰有明显影响。
薄膜 单轴晶体 非寻常光 光轴 F-P滤光片 thin films uniaxial crystal extraordinary beam optical axis F-P filter
1 天津理工大学计算机与通信工程学院通信器件与技术教育部工程研究中心, 天津 300384
2 天津大学精密仪器与光电子工程学院激光与光电子研究所光电信息科学技术教育部重点实验室, 天津 300072
3 天津大学仁爱学院计算机科学与技术系, 天津 301636
仿真分析了单轴晶体光纤的两层介质模型与三层介质模型所得纤芯模有效折射率的差别，并基于该差别对长周期光纤光栅的外界环境折射率、温度和轴向应变传感灵敏度进行了仿真分析。结果表明，对两层、三层介质模型的纤芯模，尤其对薄包层光纤有效折射率有较大差别；用两层介质模型和/或材料的折变系数计算所得的长周期光纤光栅的外界环境折射率、温度和轴向应变灵敏度有较大的误差，需应用三层介质模型以及模式的有效折变系数进行准确计算。据此计算了上述3种传感灵敏度与光纤包层半径及包层模序数的关系。为长周期光纤光栅传感器的分析设计提供了指导。
光纤光学 光栅 单轴晶体光纤介质模型 薄包层光纤 长周期光纤光栅 传感器
四川师范大学物理与电子工程学院， 四川 成都 610101
基于光束在单轴晶体中的傍轴矢量传输理论，对双曲正弦平方高斯光束在单轴各向异性晶体中垂直于光轴的传输做了研究，得到了一般的解析传输公式，并用数值计算方法分析了该光束的传输特性。研究表明：由于晶体的各向异性，其原来的偏振特性将不再保持，仅沿x方向偏振的初始场分量衍生出y分量；随着传输距离的增加，非寻常光沿x轴和z轴的偏振场慢变振幅均减小，光强峰值也随之减小。此外，双曲正弦平方高斯光束在单轴晶体中垂直于光轴传输时，光束参数β取值不同，光强呈现不同的分布状态。
物理光学 晶体光学 偏振特性 单轴晶体 双曲正弦平方高斯光束 各向异性 激光与光电子学进展
2012, 49(6): 062601
为了模拟不同光轴取向、光束发散角、晶体厚度或入射波长等参数下的单轴晶体锥光干涉，在 ASAP中定义起偏器、晶体、检偏器和接收屏的几何形状和光学特性，产生一组锥状高斯光束并设置其相干性和波动性，进行光线追迹、计算并显示接收屏上的干涉场能量分布。所得模拟结果表明，光轴与晶体表面垂直时，干涉条纹是 1组以光轴为圆心且被十字分割的内疏外密、明暗相间的同心圆环；平行时，是 2组分别以光轴的平行和垂直方向为对称轴的、内疏外密、明暗相间的双曲线；既不垂直也不平行时，条纹特征因光轴取向而异；当增大发散角、晶体厚度或减小波长时，干涉条纹都向内移动且条纹数增多，反之亦然；起、检偏器正交时的干涉条纹都和它们平行时的条纹互补。
晶体光学 单轴晶体 双折射 锥光干涉 高级系统分析程序 crystal optics uniaxial crystal conoscopic interference advanced system analysis program
