1 中国电子科技集团公司第二十七研究所，河南 郑州 450047
2 光电对抗测试评估技术重点实验室，河南 洛阳 471026
3 长春理工大学 物理学院，吉林 长春 130022
从理论仿真计算方面开展了脉冲激光诱导CCD探测器铝层金属温升变化的液-固相变时间特性研究。通过傅里叶热传导方程计算仿真了纳秒激光诱导CCD探测器铝层金属材料的温升曲线，获得了铝层金属材料液-固相变起始时刻和液-固相变时间长度随激光脉冲峰值功率和激光入射角度的变化规律。理论计算结果表明，随着入射激光脉冲峰值功率增加，激光诱导CCD探测器铝层表面的最高温度逐渐升高，铝层材料的液-固相变起始时刻往后延迟，且液-固相变时间长度增加；随激光入射角度的增大，铝层表面的最高温度逐渐降低，液-固相变起始时刻不断前移，而液-固相变时间长度逐渐变短。研究结果表明，激光脉冲峰值功率密度和激光入射角对激光诱导CCD探测器的液-固相变时间特性有重要影响，对揭示纳秒激光诱导CCD探测器的热损伤机制有重要的理论意义。
激光辐照 液-固相变 CCD探测器 激光入射角度 laser irradiation liquid-solid phase transition CCD detector laser incident angle
1 中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程中心，北京 100083
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院，北京 100049
应用传输矩阵法计算并分析了分布式布拉格反射镜（DBR）的堆叠方式对反射谱的影响，当入射介质为GaAs材料、出射介质为空气时，DBR以低折射率层/高折射率层（LH）的方式排列具有更高的反射率。研究了入射角度对DBR反射率的影响，利用角度相关的传输矩阵模型对DBR反射谱进行计算，结果表明，DBR反射谱随着入射角度的增加而蓝移，最大反射率随着入射角度的增加而增大。建立了940 nm波长下AlxGaAs的材料折射率与铝的原子数分数x之间的线性拟合模型，并通过多层剖分等效法，计算分析了渐变层对DBR反射谱特性的影响。相比于突变型DBR结构，渐变型DBR结构在维持最高反射率基本不变的情况下，反射带宽有所减小。
激光器 传输矩阵法 垂直腔面发射激光器 分布式布拉格反射镜 入射角度 渐变层 反射谱
1 青岛理工大学机械与汽车工程学院，山东 青岛 266525
2 青岛理工大学信息与控制工程学院，山东 青岛 266525
3 青岛黄海学院机电工程学院，山东 青岛 266427
研究了激光不同入射角度对油漆去除深度、表面形貌与粗糙度的影响。通过改变激光束与样品的夹角完成不同角度的激光除漆试验，以2024铝合金为研究对象，检测分析表面油漆去除效果。相同条件下，油漆去除深度随激光入射角度的减小呈先增加后减小的趋势，当激光入射角为70°时，达到最大油漆去除深度。在激光能量密度为5 J/cm2时，激光入射角70°相比于40°情况下，油漆去除深度增加160.57 μm，这种差值会随着油漆厚度的增加而更加显著。同时，激光入射角度会改变样品的表面粗糙度，当激光入射角为70°时，获得最小的表面粗糙度，仅比初始表面粗糙度增大0.438~0.812 μm。改变激光入射角可以降低烟羽在激光传输方向的长度与烟羽粒子浓度，减小激光能量损失。当激光能量密度为0.5~2 J/cm2时，除漆机理主要是烧蚀效应，当激光能量密度大于2 J/cm2时，则是烧蚀效应与热膨胀效应共同发挥作用。
激光光学 激光除漆 激光入射角度 表面形貌 油漆去除深度 表面粗糙度 2024铝合金 激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1714009
盐城师范学院物理与电子工程学院, 江苏 盐城 224007
对于工作在成像光学系统中的衍射光学元件,一定的入射角度范围是其工作的常态,并且增透膜的引入会影响衍射光学元件的带宽积分平均衍射效率。本文基于衍射光学元件的相位函数,修正了含有增透膜时的微结构高度;建立了在一定入射角度范围内工作时,单层和多层衍射光学元件的复合带宽积分平均衍射效率与修正微结构高度之间关系的理论模型;并以工作在红外波段的衍射光学元件为例,对比分析了含有增透膜时采用带宽积分平均衍射效率最大化得到微结构高度的常用方法和利用修正微结构高度的修正方法设计得到的衍射效率和带宽积分平均衍射效率。仿真和计算结果表明:入射角度和增透膜厚度的改变都会引起含有增透膜的衍射光学元件的带宽积分平均衍射效率下降;基于修正的设计方法,计算得到了以ZnSe为基底的单层衍射光学元件(入射角度范围为0°~30°)和多层衍射光学元件(入射角度范围为0°~20°)的复合带宽积分平均衍射效率分别达到95.528%和99.449%。该方法为衍射光学元件的优化设计提供了参考。
衍射 光学元件 增透膜 入射角度 衍射效率 微结构高度 光学学报
2021, 41(12): 1205002
硅纳米线的消光截面在特定波段可以达到其几何截面的数百倍, 这意味着其可以将数百倍于其几何截面范围内的光收集起来。 因此, 硅纳米线被广泛应用于太阳电池、 传感器和光催化等光电子领域。 硅纳米线主要有圆柱形(C-SiNW)和锥形(T-SiNW)两种形貌。 其中, T-SiNW在更宽的波段范围具有大的消光系数, 因而具有更好的广谱光收集能力。 然而, 当光从顶端入射时T-SiNW的吸收系数的数值却很小, 严重限制了其实际应用。 因此亟需研究入射角度对T-SiNW光谱行为的影响。 此外, 光的偏振也将影响T-SiNW的光谱行为。 基于离散偶极近似方法, 详细研究了入射角度和偏振对T-SiNW的消光谱、 吸收光谱和散射性质的影响。 建立了长度1 μm、 上底直径20 nm、 下底直径120 nm的T-SiNW模型; 入射角度在0~180°范围内以30°间隔递增; 偏振包括平行于入射面和垂直于入射面两种情况。 首先, 研究了入射角度和偏振影响T-SiNW的消光、 吸收谱和吸收/消光比的规律; 并借助近场分析探讨了T-SiNW光谱行为的机制。 然后, 分析了入射角度和偏振对T-SiNW散射光角度分布的影响。 结果表明, 倒置T-SiNW的消光谱与正置情况完全相同, 但其吸收谱数值却大的多: 在0.3~0.55 μm波段范围内的平均吸收/消光比超过70%。 水平放置的T-SiNW消光谱数值最大、 吸收谱数值最小, 因此具有最强的光收集能力和最小的光吸收占比; 同时, 还可以将垂直入射光在近似水平的方向上散射出去。 与对垂直偏振光相比, T-SiNW对平行偏振光的吸收系数更大, 但吸收/消光占比更小。
锥形硅纳米线 光谱行为 入射角度 偏振 Tapered silicon nanowire Spectral behavior Angle of incident light Polarization 光谱学与光谱分析
2020, 40(11): 3394
开展了入射角度对1064 nm纳秒激光诱导水下等离子体声波信号特性影响的研究,结果表明:当激光垂直入射时,激光诱导水下等离子体声波信号强度最大;随着入射角度增大,激光诱导水下等离子体声波信号强度逐渐减弱。由等离子体发光图像可知,激光诱导水下等离子体产生了多次聚焦。随着入射角度增大,水等离子体长度逐渐增加,等离子体腔体半径逐渐减小,且水等离子体发光辐射强度逐渐变弱。这是因为空气-水界面处的光学折射效应导致透镜的等效焦距变大,延长了聚焦透镜的瑞利长度,从而使激光诱导水下等离子体声信号的强度变弱。研究结果对激光水下声波探测以及激光通信具有重要意义。
激光光学 激光诱导水等离子体 声波信号 激光入射角度 等离子体腔体半径
1 西北工业大学理学院陕西省光信息技术重点实验室, 陕西 西安 710072
2 西北工业大学理学院超常条件材料物理与化学教育部重点实验室, 陕西 西安 710072
基于等效介质理论和多层衍射元件的本体相位延迟,考虑增透膜相位调制的影响,对多层衍射光学元件的表面微结构参数进行优化;采用优化设计方法分析应用于可见光波段镀有增透膜的多层衍射光学元件。结果表明:优化设计方法在保证增透膜物理作用的前提下,实现了在设计波长处的衍射效率为100%以及在宽波段内具有高多色光积分衍射效率;该方法弥补了传统多层衍射光学元件的设计缺陷,完善了多层衍射光学元件的设计理论,为混合成像系统的设计提供了参考。
光学设计 增透膜 多色光积分衍射效率 多层衍射光学元件 入射角度 衍射效率
1 中国电子科技集团公司第四十一研究所 国防科技工业光电子一级计量站, 山东 青岛 266555
2 山东大学 光学高等研究中心, 山东 济南 250100
3 中国科学院上海技术物理研究所 传感技术联合国家重点实验室, 上海 200083
介绍了一种工作于1355~1555 nm的新型多通道短波红外光谱组件, 并以理论和实验相结合的方式定量研究了入射角度对光谱组件各通道中心波长的影响.实验结果表明, 在0~10°斜入射条件下光谱组件各通道中心波长呈现不同程度的短波方向偏移现象, 偏移程度与入射角度呈正相关.分别绘制出理论和实验中心波长偏移曲线, 实验发现在入射角为5°和10°时中心波长平均偏移幅度约为5.7 nm和18.67 nm.此外, 参照实验得出的角度偏移曲线对两次不同入射角度条件下的光谱进行插值整合, 成功地将光谱组件分辨率从7.5 nm提高到3 nm; 在此实验基础上提出了通过改变入射角度发展一种多通道角度调谐光谱组件, 进而利用此方法提高光谱组件的测试分辨率.该结论对后续设计光谱组件入射光学系统和提高光谱组件测试分辨率具有一定指导意义.
光谱组件 入射角度 短波红外 多通道分光器 角度调谐 spectrum assembly incidence angle short wave infrared multichannel optical splitter angle tunable
西安理工大学自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
利用光纤产生涡旋光对提高轨道角动量通信系统的性能、降低轨道角动量通信系统的成本等方面有重要的应用价值。少模光纤是一种只存在基模和低阶模式的光纤, 结合光纤中的耦合模理论和涡旋光的产生原理, 仿真分析了入射角度对少模光纤中一阶模式激发效率的影响, 实验在少模光纤中产生了一阶模式TM01、TE01和HEeven21, 并将一阶矢量光束HEeven21与HEodd21模式叠加产生涡旋光。偏振检测和三角形衍射实验表明, 少模光纤产生的涡旋光是圆偏振光, 拓扑荷数l=1。利用少模光纤可为实验中涡旋光的产生提供一种简单、低成本的方法。
光纤光学 涡旋光 一阶模式 少模光纤 矢量光束 入射角度 中国激光
2017, 44(11): 1106004
