无衍射激光束及其相关理论是近年来光学研究领域重要的课题之一,其中艾里激光束是近两年来备受关注的新型无衍射激光束之一。简要介绍了艾里激光束研究的最新进展,阐述了产生艾里激光束的基本原理、实现方法,并着重介绍了艾里激光束所具有的3个奇异特性:自由加速、无衍射及自愈,最后对艾里激光束的应用进行了概述与展望。

分析了3层结构(封装层、弹性筒、芯轴)的芯轴干涉型光纤水听器声压灵敏度。通过建模和三维的弹性力学分析,结果表明,影响水听器探头声压灵敏度的主要因素为弹性筒的杨氏模量、壁厚、外半径以及传感光纤的长度。而封装层材料的杨氏模量、泊松比、厚度和芯轴对声压灵敏度的影响不大。制作了一批水听器样品,理论分析其声压灵敏度为-150.7 dB(re rad/μPa),实测平均值为-151.3 dB(re rad/μPa)。实测值范围为-151.9--150.5 dB(re rad/μPa),理论值与实测结果最大相差不超过1.2 dB(re rad/μpa)。实验表明,封装前、后的工艺流程对探头的声压灵敏度有一定影响。

提出了基于复合型耦合器的透射式GT腔,并将其串入马赫曾德尔干涉仪(MZI)的两臂上,得到了一种新型的交错复用器。推导了该器件的理论表达式,并进行了数值模拟。模拟结果表明,该交错复用器具有相当好的通带平坦性,大的通带带宽、截止度和阻带带宽。对该交错复用器进行了优化分析,发现腔数固定时,纹波带宽比越大(频谱越接近矩形方波),隔离度将越小练治鼋峁砻?可以通过增加腔的数量来解决纹波带宽与隔离度的矛盾,即交错复用器的频谱性能随着腔数的增加得以改善。相对于环形谐振腔辅助的交错复用器,该交错复用器不需要添加额外的相移器就能获得近似矩形的频谱,并且在整个工作波段范围具有很好的频谱均匀性。对于该器件的色散问题,提出了采用级联环形腔作为色散补偿器的补偿方案。模拟结果表明,级联环形腔能够很好地补偿该交错复用器的色散。

针对某个星敏感器系统,根据有限元方法得到其温度分布,分别拟合得到了星敏感器系统温度分布与外表面太阳吸收率、外表面发射率、内表面发射率、太阳入射角以及镜筒、填充材料导热系数的函数关系,拟合公式与理论公式吻合。当外表面太阳吸收率和发射率从0.05增大到1时,系统平均温度改变量分别为149.89 ℃和147.44 ℃;内表面发射率对系统温度水平的影响明显小于外表面发射率的影响;太阳入射角为±11.97°时,系统温度水平最高;镜筒材料的导热系数和填充材料的导热系数对系统温差的影响存在一个非敏感区域,当导热系数分别大于60 W/(m·K)和200 W/(m·K)时,导热系数对系统温差的影响很小。

从小波变换的基本原理出发,分析采用一维复Morlet小波变换在解调具有双载频分量的倾斜条纹图中存在的问题,利用二维小波变换具有方向选择的特点,提出采用由一系列二维复Morlet小波构造出的二维Fan小波对此类条纹图进行解调的方法。并对比了二者在处理倾斜变形条纹(含两个载频分量)的能力。结果表明,二维Fan小波变换由于在进行尺度伸缩的同时,还具有多个角度上的方向特性,可以提取特定方向上的信号,在解调倾斜变形条纹图中包含的相位信息中具有优势,可以更好地获取有用信息。

提出一种基于快速傅里叶变换(FFT)提取相位的方法,分析自混合干涉信号,不增加系统复杂度就能将激光自混合(SMLD)微位移测量精度提高到纳米量级。在激光自混合微位移测量原理的基础上,介绍了FFT提取相位信号处理方法的思想,并对反馈光水平、傅里叶变换周期大小、物体运动快慢、物体振动幅度大小4种影响因素进行了仿真分析。从仿真和实验结果可知,该信号处理方法适合低速、小幅度运动物体的测量。应用该方法,选择合适的反馈光水平、傅里叶变换周期,可使激光自混合微位移测量精度达到10 nm以内。

利用传输矩阵法研究了高斯光束被二维光子晶体反射时所出现的古斯汉森(GH)位移。在反射带内,对于完整的光子晶体,反射时出现的古斯汉森位移很小;当适当地改变表层空气柱的半径时,可以在反射带内获得数十倍于晶格常数的负古斯汉森位移。对这种性质的研究将有助于提高光子晶体和其他微、纳米光学器件互连时的耦合效率。

镀锌钢因其良好的抗腐蚀性能而广泛应用于各个领域,而镀锌层的存在使得镀锌钢的焊接过程和焊接质量受到不利影响。激光焊接是实现镀锌钢焊接的一种新方法。激光深熔焊接镀锌钢的过程中存在着锌蒸气和锌等离子体两种特有焊接特征。镀锌钢激光焊接的根本问题是锌蒸气对焊接过程的影响,减少镀层锌的蒸发和顺利排出锌蒸气是降低锌蒸气影响的根本途径。围绕镀锌钢激光焊接的关键技术,讨论了提高激光焊接镀锌钢焊接质量的多种工艺和方法,包括寻求特定的工艺措施、工艺参数优化和焊接过程的仿真优化以及在线检测控制。

讨论了用于冲击处理装置的多横模激光振荡器,给出了高重复率钕玻璃激光冲击处理装置的设计,并详细说明了光路安排中各个光学器件的设计参数。实验测量了激光器单次和以重复频率0.5 Hz运转时输出的能量,并且测量了激光器在正常运转时激光脉宽和放大自发辐射(ASE)的大小。测量结果表明,在单次和0.5 Hz频率运转时,激光输出能量都能达到40 J以上;激光的脉宽稳定在22 ns左右;激光输出的ASE大约为16 mJ。测量数据表明,该激光器可以用来进行激光冲击强化的实验研究装置。

工作物质的热效应是半导体抽运固体激光器向更高输出功率发展的瓶颈之一。介绍了能够同时实现高平均功率和高光束质量输出的低温冷却Yb:YAG固体激光器。总结了这种激光器阈值低、光学畸变小、效率高、能定标放大等突出优点。详细分析了Yb:YAG晶体在低温下的各种热力学和光谱性质,这些优异特性使激光器具有较小的热畸变和高效率的激光输出。最后比较了3种不同冷却方法,综述了高平均功率低温冷却Yb:YAG激光的最新研究进展。

以热释电探测器的工作原理为基础,研究了热释电探测器对重频脉冲激光的瞬态响应特性,建立热释电探测器单脉冲激光辐照的工作模型,分析了影响探测器频率特性的主要因素,根据材料和结构参数模拟计算了实际应用中的响应模型,重点研究了电时间常数和热时间常数对测量的影响。设计了能够提高探测器响应速度的信号检测电路并对其进行计算仿真。完成了探测器的频率响应、脉宽响应等实验测量,验证了热释电探测器用于高重频、窄脉冲激光能量测量的可行性,并给出了目前探测单元的测量范围、线性动态范围及不确定度等指标。

报道了一种获得连续径向偏振激光输出的半导体端面抽运全固态激光器。采用YAG+Nd:YAG+YAG键合晶体作为激光激活介质,并利用光子晶体光栅作为偏振选择元件以及激光器的输出耦合镜,晶体在吸收2 W抽运光时,最大输出264 mW径向偏振激光,且偏振纯度为96.5%,对应斜坡效率为58.1%。

综述了近年来应用光学技术对细胞形态进行检测的新进展。简单介绍了包括图像识别技术、荧光显微技术在内的传统检测技术的最新进展,重点介绍了基于数字全息技术发展出的各种新型相位显微技术和其他新技术的最新发展动态。分别对傅里叶相位显微(FPM)、希尔伯特相位显微(HPM)的原理、技术特点及其成果进行了详细介绍。最后预测提出基于数字全息的细胞相位模式识别是细胞检测技术未来发展的趋势。

与球形金颗粒相比,棒状金颗粒具有更为特殊的表面等离子体共振(SPR)特性,通过控制不同长短轴比可以实现纵向SPR峰位置的人为调控(从可见光区到近红外光区)。由于金纳米棒表面SPR的强吸收导致的发光特性,使其在生物组织成像,癌症的诊断和治疗中存在着巨大的应用前景。结合配体的金纳米棒能够特异性地标记癌症细胞上的受体,并提供特定分子的特有信息,进行生物成像和癌症检测。另外,金纳米棒能够有效地吸收红外光能量进行局部加热,导致蛋白质变性,并致细胞死亡。主要回顾各种不同尺寸和形状的金纳米棒的光学特性,综述选择性标记的金纳米棒在生物成像,癌症诊断和光热疗法中的研究进展。

通过研究光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)过程增益谱随抽运光中心波长的变化,提出了啁啾匹配OPCPA方法。以KDP晶体为例,研究了啁啾匹配与啁啾非匹配两种OPCPA方式的信号光时域和频域特性,以及放大前后脉冲时间波形和频谱形状的变化等。结果表明,非啁啾匹配时,将出现明显的增益窄化现象;而采用啁啾匹配的方法可以大大增加增益谱宽,从而不会出现增益窄化现象。

介绍了在特殊激光光束非线性传输特性方面的研究。主要包括具有横向效应的超短脉冲的时空演化、半导体量子阱系统的自诱导传输现象及电磁诱导透明介质中的共振多极矢量孤子。由于横向效应,包络面积为2nπ双曲正割脉冲在传输过程中会发生形变甚至分裂,随后发生月牙形脉冲的干涉,随着传输距离的增加干涉相长和自聚焦现象在横向轴上及其两侧出现。超短脉冲在量子阱中传输时,传统的面积定理失效,通过定义有效面积,实现了有效面积为2π的自感应传输。研究了四能级原子系统中共振多极矢量孤子的形成与传输,弱探测矢量场的两个偏振成分相互俘获,形成稳定的耦合态并实现了非常低的传输损耗。

功率型白光LEDs平面涂层工艺是指通过采用聚乙烯醇+重铬酸铵(PVA+ADC)的水溶胶混合黄色荧光粉涂敷在芯片表面,然后曝光显影在芯片表面得到平面的粉层结构。通过对工艺进行优化(包括对工艺步骤的稳定,曝光时间的选择等)以及对环境因素进行了分析限定(包括暗室的对比实验及温度的控制),最终成功地提高了白光LED出光效率,其中单颗最大光效已达到100 lm/W以上,并使得工艺在芯片色温5000 K,光效90 lm/W等方面具备了稳定性。

介绍了在非近轴光束的表示理论、非近轴光束的整体参量、轨道角动量、横向效应以及光的自旋霍尔(Hall)效应等有限光束的物理性质研究中所取得的进展。以平面波谱表示方法为基础,发展了一套有限光束的表示理论,在规定光束全局琼斯矢量(称为广义琼斯矢量)的基础上,提出了一个全局特征单位矢量,发现这两个全局量在有限光束的表示中具有重要的作用。利用该表示理论很好地解决了非近轴光束的角动量问题,发现非近轴光束的总角动量可以严格地分解成自旋和轨道两部分,但是两者都依赖于由偏振椭圆度表征的光束的偏振状态。采用特征单位矢量的变化可以很好地解释近两年来国内外学者从实验上分别观测到折射光和反射光的所谓自旋Hall效应。

提出了一种新型激光测距仪的结构、测试原理和方法,该方法将激光测距技术和测角技术相结合,对传统的脉冲激光测距仪进行了改造设计加装了2个可旋转的带有半导体激光器的手柄和1个测角仪,测角仪采用圆容栅传感器,不但可以方便测距并可以测角等,使仪器的测距方法得到改善并扩大使用功能。

利用离散偶极子近似方法对随机取向的六角形冰晶粒子的米勒矩阵进行了数值计算,给出了各个米勒矩阵元素的角分布曲线,探讨了随机取向的六角形冰晶粒子的取向比对其米勒矩阵的影响。研究表明,随机取向的六角形冰晶粒子的取向比对其米勒矩阵元素的影响在一定散射角范围内均相当大,并随着粒子尺度参数的变化而变化;此外,相同尺度参量、不同取向比粒子的米勒矩阵元素的角分布曲线均有一个交点,并且随着粒子尺度参量的增加,交点所对应的散射角度值逐渐向小角度方向移动。

柔性电极具有成本低、重量轻、携带方便和易大面积加工等优点,具有广阔的市场前景。综述了柔性染料敏化太阳能电池(DSSC)电极的各种制备方法,包括水热法、微波辐射法、紫外光辐照法、机械压膜法、沉积法、溅射法和低温烧结等,分析比较了各种方法所得染料敏化太阳能电池的光电效率。介绍了柔性电极的最新研究进展以及进一步发展方向。

不同方法制备的ZnO薄膜紫外光激射原理主要有两种:微谐振腔发光和随机发光测试。测量了脉冲激光沉积和热氧化法制备的ZnO薄膜在同等条件下其紫外激射强度随样品探测角度的变化,分析了激射强度变化的趋势,证实了它们因有不同的晶体结构而具有不同的激射原理。脉冲激光沉积方法制备的ZnO薄膜为六角柱形蜂巢状微晶结构,其柱形边界相当于光增强反射镜,形成微谐振腔,所以其侧面发光强度较大。热氧化法制备的ZnO薄膜为颗粒状纳米微晶,光子在颗粒间散射,随机地构成一个个散射闭合回路,获得光增强发射,由于在任意方向均可发光,因而其发光强度随探测角度的变化相对缓慢。

利用飞秒时间分辨圆偏振光抽运探测饱和吸收技术,研究了典型的Ⅲ-Ⅴ族半导体InP和Ⅱ-Ⅵ族半导体CdTe的电子自旋弛豫动力学过程。实验结果表明,CdTe的自旋弛豫过程比InP快,只有几个皮秒。随着激发光子能量的增加,自旋弛豫时间常数单调减小;但是随着载流子浓度的增加,自旋弛豫时间常数先增加到达最大值后再减小。这一实验结果和考虑库仑相互作用的全微观动力学自旋布洛赫方程的理论预言一致。