西北核技术研究所, 高功率微波技术重点实验室, 西安 710024
利用物理光学方法分析天线的远区辐射场具有计算速度快和内存需求少的特点, 目前已被广泛应用于反射面天线的远区辐射场计算中。推导了利用斯特拉顿-朱兰成远场积分方程计算天线远区电场的表达式, 计算了某一偏馈反射面天线的方向性, 与文献中已有结果比较表明, 方向图结果是正确的。馈源的方向图模型设置为余弦函数的q次方, 利用增益公式近似推导了天线的增益, 将这一计算方法应用于赋形反射面天线的远场分析中, 通过对比反射面天线赋形前后波束扫描过程中不同扫描角度处的方向图, 验证了赋形设计对于提高天线增益平坦度的有效性。
物理光学法 远区辐射场 增益 赋形反射面 physical optics radiation pattern gain shaped antenna 强激光与粒子束
2018, 30(6): 063001
为了开展大口径天线短脉冲微波辐射特性研究, 建立了一套大口径天线微波短脉冲特性测试系统。该系统可产生快上升沿、脉冲可调(脉宽最短可到0.5 ns)的微波激励脉冲、接收动态范围大于52 dB。利用该测试系统进行实验, 获得了不同微波激励脉冲宽度条件下, 天线方向图和辐射场波形脉冲宽度变化曲线。测试结果表明: 在天线远场距离处, 改变微波激励脉冲宽度, 对天线主轴辐射场波形基本无影响; 而在偏离主轴处, 辐射场波形会出现不同程度的脉冲展宽及幅值减小等波形畸变现象, 偏离主轴角度越大, 微波激励脉冲宽度越小, 畸变越明显。
微波短脉冲 大口径天线 天线方向图 辐射波形 short pulses large-aperture antenna antenna pattern radiation waveform 强激光与粒子束
2016, 28(9): 093007
1 西北核技术研究所, 高功率微波技术重点实验室， 西安 710024
2 西安电子科技大学 天线与微波技术国家重点实验室， 西安 710071
提出了一种多路波导并联结构，用于实现高功率移相器。目前的铁氧体移相器，为实现高功率容量，通常采用双铁氧体磁环结构。仿真分析了各尺寸参数对双环移相器传播模式、相移效率及功率容量的影响，并进行优化设计，使移相器功率容量达到百kW量级。基于双环形式，采用一种多路波导并联结构，使其功率容量达到MW量级。经匹配设计后，移相器在9.25~9.8 GHz频率范围内，驻波比小于1.4，饱和差相移在390°左右，可实现X波段MW级高功率360°电控移相。
移相器 铁氧体 高功率容量 高次模 临界磁场强度 phase shifter ferrite high power capacity higher order mode critical magnetic field 强激光与粒子束
2016, 28(8): 28083006
福建师范大学 光电与信息工程学院, 医学光电科学与技术教育部重点实验室, 福建 福州 350007
为了满足交通监控对图像质量不断提高的要求, 设计了一款大孔径、大靶面、昼夜型光学系统。采用近对称结构, 调整第一组元结构参数, 平衡昼夜共焦面的设计思路, 较好地控制了垂轴像差和离焦量, 实现了大孔径、大靶面、昼夜型光学系统的设计要求。成像系统对可见光和近红外波长0.79 μm进行了双重组结构优化设计, 实现了日夜离焦量小于0.005 mm, 在空间频率为130 lp/mm时, 全视场MTF＞0.3。对该光学系统进行容差分析和讨论, 提出把控元件偏心公差可有效抑制由于生产制造使得实际成像和理论成像偏差过大等问题。
光学设计 Zemax软件 像差 公差分析 大靶面 optical design Zemax software aberration tolerance analysis large target plane
西北核技术研究所， 高功率微波技术重点实验室， 西安 710024
设计了一种高功率圆波导TM01-矩形波导TE10模式转换器，可以实现圆波导TM01模式与矩形波导TE10模式之间的相互转换。仿真结果表明：中心频率为9.7 GHz时该模式转换器转换效率大于99.99%，回波损耗小于-40 dB,转换效率大于90%时的带宽大于0.4 GHz。调节底面短路圆波导长度可以实现模式转换器在9.2~10.1 GHz范围内调谐(模式转换效率大于99%)。在圆波导和耦合段连接处引入倒角可有效降低场强，提高功率容量，注入功率0.7 GW，其表面场强小于1 MV/cm。
高功率微波 模式转换器 TM01模 TE10模 调谐 high power microwave mode converter TM01 mode TE10 mode frequency tunable 强激光与粒子束
2015, 27(9): 093001
1 中国电子科技集团公司第三十八研究所微波光子学研究中心, 安徽 合肥 230088
2 西北核技术研究所高功率微波技术重点实验室, 陕西 西安 710024
为实现超宽带的微波/毫米波测试，基于飞秒激光技术设计并搭建了一套光学谐波混频系统。该系统采用飞秒激光脉冲序列作为光载波，利用飞秒脉冲包络信号的高次谐波与被测信号进行混频，将被测信号下变频至直流进行进一步测量。由于飞秒脉冲序列特有的宽带谐波成分，该系统能够实现100 GHz 以上测试带宽。利用该系统分别测试了6.56 GHz 与100 GHz 的天线口面场的电场幅度分布，并与微波仿真结构进行了比较，实验与仿真结果吻合，验证了该设计的正确性。设计中采用的谐波混频器为基于泡克耳斯效应的铌酸锂电光晶体。
超快光学 谐波混频 电光效应 超宽带 激光与光电子学进展
2015, 52(9): 093201
1 上海大学上海应用数学和力学研究所, 上海 200072
2 浙江传媒学院互联网与社会研究中心, 浙江 杭州 310018
3 湖州师范学院理学院, 浙江 湖州 313000
非均匀非线性波导中光脉冲的传播由(2+1)维变系数非线性薛定谔方程描述。采用相似变换方法求解了(2+1)维变系数非线性薛定谔方程的精确畸形波解，并讨论了带有外势项的非线性薛定谔方程控制的线光畸形波在波导放大器中的传播问题。给出了操控线光学畸形波解传播的控制条件，发现线光畸形波的特性，如振幅和位置等，在非线性光学介质中是可以控制的。在可控参数条件下，讨论了可控光畸形波在非线性介质中的传播行为，包括延迟激发、抑制和保持。研究结果在理论和实际应用上都具有重要意义。
非线性光学 非线性薛定谔方程 相似变换 畸形波解 线光畸形波
湖州师范学院 理学院 物理系, 浙江 湖州 313000
为解决激光诱导击穿光谱系统中光谱检测模块体积大、分辨率低的问题, 设计了一种小体积、高分辨率的交叉型Czerny-Turner光纤光谱仪.计算了光学系统的结构参量和光学元件的特征参量.运用光学设计软件Zemax对光学系统进行分析与评价, 结果表明该光谱仪在340～440 nm光谱范围内分辨率优于0.1 nm, 系统体积约为200 mm×180 mm×60 mm.此外, 搭建了一套激光诱导击穿光谱实验系统, 通过对重金属溶液的分析检测, 获得良好的实验结果, 整个系统分辨率高、体积小、成本低、结构简单、稳定性好.
光纤光谱仪 激光诱导击穿光谱 光学设计 光栅 分辨率 Fiber-optic Spectrometer Laser-induced breakdown spectroscopy Optical design Optical gratings Zemax Zemax Resolution
1 浙江大学光电系现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
2 湖州师范学院物理系, 浙江 湖州 313000
3 湖州师范学院物理系， 浙江 湖州 313000
准贝塞尔光束具有能够远距离传输且保持光束宽度不变的特性，可以提供较大的光束纵横比，非常适合材料的激光微加工。研究了由理想轴棱锥和实际轴棱锥产生的准贝塞尔光束的传输特性。研究发现实际轴棱锥形成的准贝塞尔光束因干涉导致其轴上能量密度呈现强烈振荡的现象。重点分析了准贝塞尔光束在激光微加工中潜在的应用，通过推导获得的解析表达式可以用来预测激光加工所需的各项参数，包括激光脉冲能量、能量密度分布、消融宽度和光束纵横比等。
激光光学 激光微加工 轴棱锥 准贝塞尔光束 中国激光
2014, 41(s1): s102002
1 宁波大学 科学技术学院, 浙江 宁波 315212
2 杭州电子科技大学 生命信息与仪器工程学院,杭州 310018
3 湖州师范学院 理学院 物理系, 浙江 湖州 313000
4 浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室,杭州 310027
为了克服光栅光谱仪分辨率低、像差较大、体积大的缺点,根据光谱仪工作原理和几何光学像差理论,设计了一种光谱范围为350～450 nm的Czerny-Turner光谱仪光学系统.计算了光学系统各光学元件的特征参量和系统结构参量.运用光学设计软件Zemax对系统进行光线追迹与优化设计,并对设计结果进行分析.理论和实验结果均表明,该系统在350～450 nm光谱范围内分辨率小于0.1 nm,系统体积约为105×105×20 mm3,整个光学系统具有结构简单、体积小、分辨率高、稳定性好等优点.
光学系统 光学设计 光栅 光谱仪 像差 分辨率 Optical systems Optical design Optical gratings Spectrometer Zemax Zemax Aberrations Resolution 光子学报
2014, 43(10): 1022003
