中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621000
对于制冷机振动幅度的测量,基于夫琅和费衍射原理研制一套振动测量装置。该装置利用样品振动与干涉条纹移动量的相关性并通过视觉成像来采集干涉条纹的移动规律,从而得到被测物体的振动信息。实验中发现在测量被测物体振动信息的过程中存在影响因素,为此对影响测量结果的因素进行分析并采用PZT(Piezoelectric Transducer)对该装置的测量准确性进行验证。结果表明,所提方法能够高精度测量得到待测样品的微小位移,测量精度可达10 nm。利用该装置可以得到采取减振措施后制冷机的振动特性,为后续优化制冷机的振动水平提供技术支撑。
测量 惯性约束聚变 振动测量 夫琅禾费干涉 亚微米振动 中国激光
2021, 48(24): 2404003
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Weak-Light Nonlinear Photonics and School of Physics, Nankai University, Tianjin 300071, China
2 National Laboratory of Solid State Microstructures, School of Physics, and Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, Nanjing University, Nanjing 210093, China
Optical orbital angular momentum (OAM) is a special property of photons and has evoked research onto the light–matter interaction in both classical and quantum regimes. In classical optics, OAM is related to an optical vortex with a helical phase structure. In quantum optics, photons with a twisted or helical phase structure will carry a quantized OAM. To our knowledge, however, so far, no experiment has demonstrated the fundamental property of the OAM at the single-photon level. In this Letter, we have demonstrated the average photon trajectories of twisted photons in a double-slit interference. We have experimentally captured the double-slit interference process of twisted photons by a time-gated intensified charge-coupled device camera, which is trigged by a heralded detection. Our work provides new perspectives for understanding the micro-behaviors of twisted particles and enables new applications in imaging and sensing.
orbital angular momentum double-slit interference twisted photons helical phase Chinese Optics Letters
2020, 18(10): 102601
菲涅耳双棱镜干涉在相衬成像和全息显微术中有重要应用。为了促进其应用, 本文从信息光学角度研究双棱镜干涉, 首先利用光场与脉冲响应函数之间的关系, 理论导出了菲涅耳双棱镜干涉条纹强度公式, 分析并讨论了狭缝缝宽及狭缝到双棱镜距离对菲涅耳双棱镜干涉条纹的影响, 狭缝宽度大于01 mm时, 干涉条纹分辨率变差。接着给出了改变狭缝宽度(变化量为008 mm)和改变狭缝到双棱镜的距离(从8 cm变化到12 cm)的实验结果, 理论分析和实验结果一致。该结果有助于促进菲涅耳双棱镜干涉在相衬成像等领域的应用。
菲涅耳双棱镜干涉 双缝干涉 脉冲响应函数 Fresnel biprism interference double-slit interference impulse response function
云南大学 物理与天文学院 物理系, 昆明 650091
运用光波导的模式理论设计了多层集成光波导干涉芯片, 对芯片的光波导结构和材料参数进行优化, 并制作了集成干涉芯片.借助集成芯片的波导双通道, 通过干涉获得了高对比度的远场干涉条纹.在实验误差范围内, 当外界环境条件发生微小变化时, 干涉条纹发生移动, 符合杨氏双缝干涉理论的预期.芯片对水汽、酒精的探测灵敏度约为100 ppm, 并具有足够的温度稳定性.该集成干涉芯片具有低浓度环境气体检测的应用前景, 可为集成高灵敏气体传感器的开发提供发展平台.
平面光波导 干涉条纹 杨氏双缝 集成光学 玻璃 Planar waveguide Interference fringe Young′s double-slit Integrated optics Glass
1 钢铁研究总院, 北京 100081
2 钢研纳克检测技术股份有限公司, 北京 100094
3 长春理工大学空间光电技术研究所, 吉林 长春 130022
由于棱镜具有色散不均匀的特点,中阶梯光栅光谱仪的二维谱图在长波波段不可避免地存在相邻衍射级次间相互干扰的情况。为了克服这一缺点,同时充分利用探测器像面,设计了一种小型分段式的中阶梯光栅光谱仪。通过对中阶梯光栅和棱镜色散原理的详细分析,确定了二者参数与探测器之间的关系,结合双缝间隔设计方法,采用双狭缝切换的方式,给出分段式中阶梯光栅光谱仪的设计方法。利用此方法将系统的波段范围165~800 nm分为165~230 nm和210~800 nm两部分,焦距设计为200 mm,分别采集双波段的二维谱图。使用光学设计软件对光学系统进行仿真,结果表明,200 nm处的实际光谱分辨率可达0.015 nm,满足设计指标的要求。
衍射 双缝切换 衍射级次干扰 中阶梯光栅 二维谱图 光学学报
2018, 38(11): 1105002
以杨氏双缝实验为基础, 探究了光源空间相干性对干涉的影响情况。首先将光源空间展宽问题等效为平行光照射具有宽度的双缝的问题, 再将两缝近似为离散化的多个次光源点阵列, 每相邻点间距非常微小。从光矢量叠加原理出发推导出一种算法, 该算法以两缝中每一对次光源点作为干涉单元, 分别求出各单元在每一个观测点处的干涉光强, 再对所有单元的干涉光强线性叠加, 算出观测点的总光强。最后利用Matlab模拟出不同缝宽下, 单色平行光、高斯光谱、矩形光谱分别垂直照射双缝时的光强分布情况。通过模拟结果的对比发现, 双缝展宽对条纹衬比度的影响远甚于光谱展宽。所提算法简化了计算过程, 也极大地提高了程序运行速度。
物理光学 空间相干性 杨氏干涉 双缝展宽 Matlab仿真 激光与光电子学进展
2017, 54(9): 092601
1 云南师范大学 物理与电子信息学院, 云南 昆明 650500
2 昆明物理研究所, 云南 昆明 650223
3 长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
4 中国科学院 云南天文台, 云南 昆明 650011
简述了光谱仪的原理、阶梯光栅的基本原理和光栅光谱仪的特性参数。针对目前国内正在研制的光纤阵列太阳光学望远镜,提供了一种太阳光栅光谱仪结构的设计方案。根据太阳光栅光谱仪接收整个太阳光谱的要求,该方案采用了双狭缝设计。根据太阳光栅光谱仪尺寸大、分辨率高、色散大的特点,该设计方案采用了白瞳设计,并对结构中各个元件的选择进行简要阐述。光谱仪采用光纤接入,光栅工作在准Littrow角条件下,以获得高衍射效率,同时辅以棱镜增大横向色散,分开重叠的光谱级次。整个系统结构简单紧凑,可以有效地缩小光谱仪尺寸。
光栅光谱仪 分辨率 双狭缝 白瞳设计 echelle spectrograph resolution double-slit white-pupil
长春理工大学 电子信息工程学院, 长春 130022
现有激光光束质量的测量方法无法同时兼顾测量速度与测量精度。为了达到兼顾速度与精度的目的, 提出了双狭缝扫描法。此方法不需要在光路中使用衰减器, 从而降低了数据分析复杂度。选用嵌入式技术完成对整个系统的控制与数据处理, 便于携带, 可实现对数据的实时处理;同时进行了理论分析和实验验证。结果表明, 该方法可实现快速同步测量两轴的功率分布, 动态范围可达到70dB, 扫描频率为2Hz~18Hz, 可用于分析连续或脉冲激光光束。该方法对兼顾测量速度与精度是有帮助的。
激光光学 双狭缝扫描法 激光光束质量 功率分布 实时处理 laser optics double-slit scanning method laser beam quality power distribution real-time processing
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
通常测色分光光度计均由两个独立且完全相同的分光系统组成,为实现测色分光光度计小型化、轻量化,提出一种双光束分光系统设计.将传统的分光系统进行改进,使一个分光系统实现双光束分光系统的功能,用两个小狭缝代替一个狭缝,即可实现两束光谱同时探测.分析了双光束分光系统的工作原理及设计要求,设计了一个用于便携式测色分光光度计的分光系统.设计的Czerny-Turner结构双光束分光系统采用超环面成像镜,可以较好的校正像散,防止两束光谱串扰,两束光谱在探测器上完全没有重叠,光谱分辨率小于10 nm,谱面长度9.12 mm,体积仅为57 mm×54 mm×23 mm,满足设计指标要求.通过与相同设计指标的单光束分光系统比较得出,采用双光束分光系统的改进型测色分光光度计比传统的测色分光光度计减少了一整套分光系统,从而使体积大幅缩小.该方法特别适用于便携式测色分光光度计,也可适用于其他双光束分光光度计。
光学设计 测色分光光度计 双光束分光系统 双光束分光光度计 便携式 双狭缝 Optical design Spectrophotometer for colorimetry Dual-beam spectrometer Dual-beam spectrophotometer Portable Double-slit 光谱学与光谱分析
2015, 35(7): 2060
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所发光学及应用国家重点实验室， 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学， 北京 100049
3 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所， 江苏 苏州 215163
由Van Cittert-Zernike提出的部分相干光定理出发，研究了大功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)及其列阵器件的空间相干特性。采用杨氏双缝干涉实验装置得到980 nm波段VCSEL单管器件的干涉条纹图样，再将干涉图样转换进行灰度读取处理得到光强分布图样，最后分别采用积分法和平均值法对光强图样进行计算，所得结果与由Van Cittert-Zernike定理所得的空间相干度理论值进行对比，并讨论了VCSEL器件发光孔径对其空间相干度的影响。实验结果表明提出的积分法计算出的空间相干度与理论值的误差在2.5%～37.4%。而常用的平均值法所得结果与理论值的误差为7.5%～120.5%。可见，传统算法误差普遍大于积分算法1.5～27倍。出光孔径在200～500 μm的单管VCSEL器件相干度在0.731~0.426之间，且发光孔径越小，其相干度越大。分析了积分平均值法和传统平均值法的优劣及VCSEL器件出光孔径对相干特性的影响，为VCSEL相干列阵的设计提供了必要的理论和实验依据。
相干光学 相干特性 双缝干涉 垂直腔面发射半导体激光器 空间相干度 中国激光
2014, 41(12): 1202007
