光梯度力在光镊技术中起着非常重要的作用。数值模拟了螺旋相位调制双曲余弦高斯光束在焦平面上光梯度力的变化。研究结果表明:双曲余弦高斯光束的偏心参数、螺旋相位的拓扑数可以显著地调节光梯度力分布,并且会出现一些新奇的光梯度力分布,如构成圆环形光陷阱、矩形光陷阱、阵列光陷阱等;另外,对于不同数值孔径、不同拓扑数,光梯度力随双曲余弦高斯光束的偏心参数的演化规律也显著不同。

在高精度的点源透射比测试中, 测试环境中背景杂散光的影响不可忽视。为了提高点源透射比的测试精度, 研制了一种可有效抑制背景杂散光的高性能光陷阱系统。依据点源透射比测试理论和光辐射能量传输理论, 给出了光陷阱主要设计参数与点源透射比测试误差的定量数学关系; 提出了背景杂散光各级散射路径全面可控的光陷阱设计思路, 大大增加了背景杂散光到达成像视场前的散射次数; 通过多种光陷阱模型的仿真比对实验, 验证设计思路和模型的优越性。实验结果显示: Φ20 m的光陷阱系统可使口径Φ2 m、外形尺寸约2.8 m×3.5 m×11 m的光学系统的点源透射比测试误差达到1.49×10-10, 较相同实验室空间下未使用光陷阱的测试系统降低了约4个数量级, 较相同实验空间下国外现有光陷阱方案降低了两个数量级, 可用于大型太空望远镜的高精度点源透射比测试。

The stabilizing process of glass particle in water by optical trap using the pulsed counter-propagating Gaussian beams is investigated. The influence of the optical power and the particle dimension on the rate and time of the stabilizing process is simulated and discussed.

用基于德拜近似条件的矢量衍射理论研究了带有相位拓朴数的环形相位板调控高斯光束的光梯度力分布,改变相位板环形区的相对半径或当相位板的相位以一定拓扑数呈现拓扑变化时,可以调节光学系统焦点区域的光梯度力分布,形成各种非常有规则的几何形状的光陷阱,如当拓朴数分别取3,4,5,6时,可形成三角形、四边形、五边形和六边形光陷阱。此种相位板可用来构建可调的光镊系统,且通过调节相位板的各区域半径和拓扑数可以得到所希望的光陷阱。

研究了同心分区偏振偏转相位板对径向偏振光梯度力的调制效应。给出了相位板各部分偏振偏转角不同时,光学梯度力的分布情况。模拟结果表明:随着同心分区相位板各部分的半径和偏振旋转角的改变,光学梯度力方向及大小明显变化,且会产生许多可控的梯度力分布模式,可应用于微粒的收集、分离和合并。结果显示同心分区相位板对径向偏振光的调制可以用来生成可调光镊。

太阳能硅片表面绒面的光陷阱可以使光在其中经历多次反射, 从而尽量减少光的反射损耗。不同光陷阱的形貌决定了光的不同多次反射路径而具有不同的反射效果。为了研究光陷阱形貌及光线入射角对减反射效果的影响, 提出了数值仿真计算的方法跟踪每一条光线的反射过程计算加权出射系数, 从而可以计算分析复杂形貌绒面的减反射效果并给出合理的优化方法, 为制备高性能绒面结构提供理论依据。当光陷阱尺寸小于入射光线波长时, 发生镜反射, 将该尺寸的结构平滑处理。然后从光陷阱的深径比、高度、密度等方面计算分析光在不同入射角的情形下的加权出射系数。提出了理想的绒面光陷阱形貌, 及获得最佳反射效果的入射角度。最后计算碱腐蚀及电火花加工产生的两种典型绒面的加权出射系数, 并利用实验测量值验证了该计算方法。

Focusing properties of Gaussian beam induced by nonspiral and spiral phase plates are investigated numerically. The nonspiral phase plate introduces phase singularity to the incident beam, and the spiral one adjusts the radial phase distribution. Intensity distributions in geometrical focal plane show that the parameters of phase plates can alter the intensity distributions considerably. And local dark focal spots may be obtained, the focal spot may evolve into a circle, a two-peak spot, or a curve line, which indicates that the combination of nonspiral and spiral phase plates can be used to form novel focal spots.

为了提高太阳能电池的转换效率和降低成本,采用光陷阱是一种很有效的方法,如多孔硅可使入射光的反射率减小到5%左右。对实验室和国外几种实用性很强的光陷阱结构,如金字塔绒面、多孔硅、压花法、溶胶-凝胶等及其制作方法进行了综述。

表述了钠D2线跃迁所包含的24个磁子能级的原子在一维σ+-σ-冷却光和再抽运光中产生的稳态多普勒冷却力。讨论了不同磁场强度、不同再抽运光强和失谐情况下原子的多普勒冷却力及对磁光陷阱中最大捕陷速度、原子数目及温度的影响。

表述了包含钠24个磁子能级的原子在一维σ+-σ-冷却光和再抽运光中各磁子能级粒子分布随时间变化的公式及多普勒冷却力。计算并讨论了不同冷却光失谐情况、不同再抽运光强和失谐情况下原子的多普勒冷却力和基态的上能级粒子数占基态总粒子数的比例P(v)随速度的变化。该模型的计算结果能解释在磁光陷阱(MOT)实验中的现象和作为磁光陷阱实验选择参数时的参考。