太赫兹大气传输特性实验设计研究

太赫兹大气传输特性实验设计研究

作者：周逊， 李赜宇， 罗振飞， 董志伟， 杨存榜

作者单位：周逊,李赜宇,罗振飞,杨存榜(激光聚变研究中心 四川 成都 610041 中国工程物理研究院太赫兹研究中心 四川 绵阳 621900)， 董志伟(北京应用物理与计算数学研究所 北京 100094

中国工程物理研究院太赫兹研究中心 四川 绵阳 621900)

本文链接：https://www.wendangku.net/doc/c416208742.html,/Conference_7731224.aspx

噪声环境下的光孤子传输模型的孤子特性及相互作用的研究(精)

噪声环境下的光孤子传输模型的孤子特性及相互作用的研究 1、项目名称：噪声环境下的光孤子传输模型的孤子特性及相互作用的研究 2、研究工作对浙江经济、社会和科技发展的意义 浙江是光学、光电子技术与产业最具有生机和活力的地区之一，也是国际光电子产业投资的热点地区之一。在国内各光电产业基地“十五”发展目标中，浙江定为于全国的“光电产业发展基地”，计划投入19亿元建设和发展10个光电产业园区，重点投资光纤与光通讯技术领域。由于用光进行通讯能实现大容量信息传输，它将是21世纪网络信息时代的主力军。 光脉冲在实际传输过程中，不可避免地存在着噪声的干扰。在噪声环境下，如何保持超短光脉冲在光纤的传输过程中不发生或尽可能小的发生畸变，以有效利用光纤带宽，实现尽可能高的传输容量、长距离的传输，是光通信技术研究的一个重要课题。实验研究表明用飞秒级（10－15s）光孤子代替超短光脉冲在光纤中实现长距离、大容量、无畸变传输的解决方案是完全可行的，许多科学家预言它将是未来光通讯技术发展的方向。在通信理论里，常用白噪声来描述通讯时存在的噪声，因此，研究光脉冲以孤波形式在白噪声环境下传输的特性及其相关的物理问题既有重要的理论意义也有重大的应用潜力，开展对噪声环境下有光孤子传输模型——随机的非线性薛定谔方程的研究既有重要的理论价值又有重大的实际应用价值。 孤波或孤子同时被认为是非线性科学和物理学中的一个重要的研究领域。2003年诺贝尔物理学奖获得者俄罗斯的京茨堡教授曾说过孤子理论是21世纪重大的物理研究问题之一。

本课题研究方向是光信息传输及通讯、非线性光学、孤子理论、计算物理等交叉学科领域的理论。对其基础理论的研究，一方面能推动和促进用光孤子代替超短光脉冲在光纤中实现长距离、大容量、无畸变传输技术的发展提供理论根据和解决方案；另一方面又能促进和带动光信息传输及通讯、非线性光学、计算物理等学科基础理论的发展。信息传输基础理论的研究也是2006年度的省自然科学基金重点资助的方向之一。 3、本项目研究目标及与申请者研究工作长期目标的关系； 本项目的研究工作具有双重目的。首先从理论的角度探讨在噪声环境下光孤子传输模型的孤波解，并由此揭示出一些客观事实，期待为孤子通信实验提供一定的理论指导。这些孤波解有助于我们更好地理解光纤中超短光脉冲的传输特性和他们之间的相互作用机制，进而为光孤子通信技术实用化提供一些理论基础和解决方案；同时，它们还可以作为传输模型的种子解而构造出更多的孤波解。我们希望这些解对孤子传输模型的微扰和数值分析也有所帮助。其次，我们将最近提出的一些求解非线性演化方程的新方法，把他们推广到随机的传输模型中，拓展这些方法的应用范围。同时，为将来深入研究随机模型的孤子理论打一个坚实的基础。 本项目的研究也利于全面提高本课题组成员综合能力，有利于我校物理系教师理论物理专业水平的提高，实现以科研能力的提升促进教学水平的提高，教学水平的提高来推动科研能力的提升，实现教师的科研能力和教学水平良性循环。 4、项目研究内容，研究方案和进度安排 项目研究内容

空气弹簧研究综述

空气弹簧研究综述 1.3 空气弹簧研究综述 1.3.1 国内外空气弹簧发展简史 空气弹簧的发展仅有五十多年的时间。美国自1947年，在普尔曼车上首先采用空气弹簧，后来在意大利、英国、法国等许多欧洲国家对空气弹簧做了大量研究工作，装有空气弹簧的转向架相继出现。1955年，日本国家铁路技术研究院机车车辆动力试验室，对在车辆上安装的空气弹簧进行了系统的研究，为设计空气弹簧提供了宝贵的基本数据；同时，对装有空气弹簧的车辆进行了一系列的试验工作。目前，日本不仅在铁路客车上成功地装用了多种型式的空气弹簧，而且在货车上也予以采用。 在日本，装有空气弹簧的转向架，不仅数量多，而且型式多样。空气弹簧绝大多数用于中央悬挂，轴箱弹簧为螺旋钢弹簧。起初只安装三曲囊式空气弹簧，用以改善车辆的垂向振动性能，横向复原仍采用摇动台。为了取消复杂、笨重的摇动台结构，于是研制出了约束膜式空气弹簧和自由膜式空气弹簧，这类空气弹簧不仅能承受垂向振动，而且可以利用其具有良好的横向刚度的优点来承受横向振动；同时，可以与牵引拉杆两端部的弹性元件共同作为横向复原装置。牵引拉杆一端连接摇枕，另一端连接在构架（对心盘支重的转向架）上，或连接在车体（对旁承支重的转向架）上。牵引拉杆两端弹性元件的横向复原力，对空气弹簧来说，是比较小的。 1957年，我国第一机械工业部汽车研究所，对空气弹簧做了大量的试验研究工作，并装在汽车上试用，积累了一些经验。1958年，沈阳机车车辆厂在试制的“东风号”客车上，首先装用空气弹簧，即由天津车辆段和天津橡胶研究所共同研制出一种双曲囊式空气弹簧（图），其有效直径为460mm时，高度为184mm，最大外径为520mm。这种空气弹簧曾先后在天津车辆段、北京车辆段，装在101型、201型和202型转向架上，以代替叠板弹簧。实践证明：这种空气弹簧的垂向振动性能具有良好的运行品质。但是，由于没有采用高度控制阀，在列车返段时，只好采用人工加气；同时，泄漏问题也没有得到很好的解决，所以没有继续应用。 1959年，四方机车车辆厂在新造低重心车辆的转向架上，1960年在新造双层客车的转向架上，又安装了双曲囊式空气弹簧。但是由于车辆自重较大，空气弹簧的有效承压面积不够，同时受到列车管压力的限制，支承不了簧上重量，只好与螺旋钢弹簧联合使用，并设计了机械式高度控制阀，对空气弹簧的高度进行自动控制；同时，在垂向振动性能方面也取得了比只用钢弹簧更好的运行品质，受到旅客好评。 1965年，长春客车厂在试制DK1型转向架时，又对双曲囊式空气弹簧稍加改进，并设计了电磁式高度控制阀，采用无摇动台结构，在摇枕中下部和构架侧梁内侧之间加装横向复 km，因此，垂向振动性能原弹簧。经过多次试验，由于地铁电动客车运行速度不超过80h 很好。但由于采用横向复原螺旋钢弹簧，在车辆进出曲线和通过道岔时侧摆较大，横向振动性能仍不理想，横向复原弹簧安装也很不方便，故未扩大应用。长春客车厂于同年在试制高速列车的CCKZ1型转向架上，安装了外筒锥角为40o，内筒为0o的约束膜式空气弹簧；四方机车车辆厂于同年也在同列高速客车的KZ2型转向架上安装了内外筒皆为0o的约束膜式空气弹簧，这两种转向架均采用旁承支重的无摇动台结构，用节流孔产主阻尼，代替垂直油

matlab仿真光束的传输特性

一、课程设计题目： 用matlab 仿真光束的传输特性。 二、任务和要求 用matlab 仿真光束通过光学元件的变换。 ① 设透镜材料为k9玻璃，对1064nm 波长的折射率为1.5062，镜片中心厚度为3mm ，凸面曲率半径，设为100mm ，初始光线距离透镜平面20mm 。用matlab 仿真近轴光线（至少10条）经过平凸透镜的焦距，与理论焦距值进行对比，得出误差大小。 ② 已知透镜的结构参数为101=r ，0.11=n ，51=d ，5163.121=='n n （K9玻璃），502-=r ，0.12=' n ，物点A 距第一面顶点的距离为100，由 A 点计算三条沿光轴夹角分别为10、20、30的光线的成像。试用Matlab 对以上三条光线光路和近轴光线光路进行仿真，并得出实际光线的球差大小。 ③ 设半径为1mm 的平面波经凸面曲率半径为25mm ，中心厚度3mm 的平凸透镜。用matlab 仿真平面波在透镜几何焦平面上的聚焦光斑强度分布，计算光斑半径。并与理论光斑半径值进行对比，得出误差大小。（方法：采用波动理论，利用基尔霍夫—菲涅尔衍射积分公式。） 2、用MATLAB 仿真平行光束的衍射强度分布图样。（夫朗和费矩形孔衍射、夫朗和费圆孔衍射、夫朗和费单缝和多缝衍射。）

3、用MATLAB仿真厄米—高斯光束在真空中的传输过程。（包括三维强度分布和平面的灰度图。） 4、（补充题）查找文献，掌握各类空心光束的表达式，采用费更斯-菲涅尔原理推导各类空心光束在真空中传输的光强表达式。用matlab 对不同传输距离处的光强进行仿真。 三、理论推导部分 将坐标原点选在透镜中心处，θ1=arcsin(y1/r),由n1*sinθ1=n2*sinθ2可得出θ2=arcsin(n1/n2)*(y1/r)，由几何关系可得到θ=θ2－θ1，则出射光线的斜率k=tan(θ2－θ1),当入射直线y=y1时，x1=d－(r－(y r )，并设出射直线为y=k*x+b;由直线经过（x1,y1）即可求2^ )2^1 出b值，从而就可以求出射直线。由单透镜焦点计算公式1/f=－(n-1)*(1/r1－1/r2)可求得f=193.6858。

电磁波在信号中的传输

《电磁场电磁波》课程论文电磁波在信号传输中的应用 姓名段一凡 班级 BG1208 学号 121001260807 2015年 10月 9日 电磁波在信号中的应用 摘要本文主要介绍了电磁波的光谱和特性及作为载波在信号传

输的应用，分别有光纤通信，微波通信和波导通信等，介绍了电磁波的频段，电磁波与介质的相互作用，电磁波在不同介质中的传播特性。 关键词电磁波1；光谱2；光纤3；通信4 Application of electromagnetic wave in signal Abstract the spectrum and characteristics of electromagnetic wave and its application in signal transmission are introduced. The optical fiber communication, microwave communication and waveguide communication are introduced. Keywords electromagnetic wave 1; spectrum 2; optical fiber 3; communication 4 目录 一背景1 二定义1 三电磁波概述1 四电磁波普2 1电磁波普的定义2 2波普分类：2 五电磁波特性5 1电磁波特性5 2划分 :5

六光纤通信5 1光纤通信5 2光波特性6 3光纤原理及应用6 七微波通信6 1微波通信6 2微波波长7 3频带的划分7 4微波特征7 1）穿透性7 2）选择性加热7 3）热惯性小8 5微波原理8 八波导通信8 1波导历史8 2波导定义9 3毫米波9 4调制方式9 九电磁波在信号中传输的应用9 1背景 电磁波首先由詹姆斯·麦克斯韦于1865年预测出来，而后由德国物理学家海因里希·赫兹于1887年至1888年间在实验中证实存在。麦克斯

【开题报告】电磁波在左手材料中的传输特性

开题报告 应用物理 电磁波在左手材料中的传输特性 一、选题的背景与意义 近几十年来，物理学在先进材料领域的研究发展取得了巨大的不可思议的令人欢庆鼓舞的成就，如果在几十年前你很难想象哈利波特里才有的隐形衣材料在理论上已经发展成熟并且实验室里已经能初步有了实物雏形。这就是在近十年间横空出世掀起研究狂潮的一种具有不可思议性能的人工复合材料，俗称左手材料。 左手材料的研究要追溯到上世纪60年代前苏联科学家的假想。 物理学中，介电常数ε和磁导率μ是描述均匀媒质中电磁场性质的最基本的两个物理量。在已知的物质世界中，对于电介质而言，介电常数ε和磁导率μ都为正值，电场、磁场和波矢三者构成右手关系,这样的物质被称为右手材料(right-handed materials,RHM)。这种右手规则一直以来被认为是物质世界的常规，但这一常规却在上世纪60年代开始遭遇颠覆性的挑战。1967年，前苏联物理学家Veselago在前苏联一个学术刊物上发表了一篇论文，首次报道了他在理论研究中对物质电磁学性质的新发现，即：当ε和μ都为负值时，电场、磁场和波矢之间构成左手关系。他称这种假想的物质为左手材料(left-handed materials,LHM)，同时指出，电磁波在左手材料中的行为与在右手材料中相反，比如光的负折射、负的切连科夫效应、反多普勒效应等等。 然而左手材料的研究发展并不一帆风顺。在这一具有颠覆性的概念被提出后的三十年里，尽管它有很多新奇的性质，但由于只是停留在理论上，而在自然界中并未发现实际的左手材料，所以，这一怪诞的假设并没有立刻被人接受，而是处于几乎无人理睬的境地，直到时光将近本世纪时才开始出现转机。直至 1998~1999年英国科学家Pendry等人提出了一种巧妙的设计结构可以实现负的介电系数与负的磁导率，从此以后，人们开始对这种材料投入了越来越多的兴趣。2001年的突破，使左手材料的研究在世界上渐渐呈现旋风之势。 2001年，美国加州大学San Diego分校的David Smith等物理学家根据Pendry等人的建议，利用以铜为主的复合材料首次制造出在微波波段具有负介电常数、负磁导率的物质，他们使一束微波射入铜环和铜线构成的人工介质，微波

光在大气中的传播及应用

光在大气中传播及应用 大气激光通信、探测等技术应用通常以大气为信道。光波在大气中传播时，大气气体分子及气溶胶的吸收和散射会引起的光束能量衰减，空气折射率不均匀会引起的光波振幅和相位起伏；当光波功率足够大、持续时间极短时，非线性效应也会影响光束的特性。 1.大气衰减 激光辐射在大气中传播时，部分光辐射能量被吸收而转变为其他形式的能量（如热能等）部分能量被散射而偏离原来的传播方向（即辐射能量空间重新分配）。吸收和散射的总效果使传输光辐射强度的衰减。 （1）大气分子吸收 大气分子在光波电场的作用下产生极化，并以入射光的频率作受迫振动。所以为了克服大气分子内部阻力要消耗能量，表现为大气分子的吸收。 分子的固有吸收频率由分子内部的运动形态决定。极性分子的内部运动一般有分子内电子运动、组成分子的原子振动以及分子绕其质量中心的转动组成。相应的共振吸收频率分别与光波的紫外和可见光、近红外和中红外以及远红外区相对应。因此，分子的吸收特性强烈的依赖于光波的频率。 大气中N2、O2分子虽然含量最多（约90%），但它们在可见光和红外区几乎不表现吸收，对远红外和微波段才呈现出很大的吸收。因此，在可见光和近红外区，一般不考虑其吸收作用。 大气中除包含上述分子外，还包含有He，Ar，Xe，O3，Ne等，这些分子在可见光和近红外有可观的吸收谱线，但因它们在大气中的含量甚微，一般也不考虑其吸收作用。只是在高空处，其余衰减因素都已很弱，才考虑它们吸收作用。 H2O和CO2分子，特别是H2O分子在近红外区有宽广的振动-转动及纯振动结构，因此是可见光和近红外区最重要的吸收分子，是晴天大气光学衰减的主要因素，它们的一些主要吸收谱线的中心波长如表2-1所示。 表1中对某些特定的波长，大气呈现出极为强烈的吸收，光波几乎无法通过。根据大气的这种选择吸收特性，一般把近红外区分成八个区段，将透过率较高的波段称为“大气窗口”。在这些窗口之内，大气分子呈现弱吸收。目前常用的激光波长都处于这些窗口之内。

基于matlab高斯光束经透射型体光栅后的光束传输特性分析(附源程序)

目录 1 基本原理 (1) 1.1耦合波理论 (1) 1.2高斯光波的基本理论 (9) 2 建立模型描述 (10) 3仿真结果及分析 (10) 3.1角度选择性的模拟 (10) 3.2波长选择性的模拟 (13) 3.3单色发散光束经透射型布拉格体光栅的特性 (15) 3.4多色平面波经透射型布拉格体光栅的特性 (17) 4 调试过程及结论 (18) 5 心得体会 (20) 6 思考题 (20) 7 参考文献 (20) 8 附录 (21)

高斯光束经透射型体光栅后的光束传输 特性分析 1 基本原理 1.1耦合波理论 耦合波理论分析方法基于厚全息光栅产生的布拉格衍射光。当入射波被削弱且产生强衍射效率时，耦合波理论分析方法适用耦合波理论分析方法适用于透射光栅。 1.1.1耦合波理论研究的假设条件及模型 耦合波理论研究的假设条件： (1) 单色波入射体布拉格光栅； (2) 入射波以布拉格角度或近布拉格角度入射； (3)入射波垂直偏振与入射平面； (4)在体光栅中只有两个光波：入射光波 R 和衍射光波 S； (5)仅有入射光波 R 和衍射光波 S 遵守布拉格条件，其余的衍射能级违背布拉格 条件，可被忽略； (6)其余的衍射能级仅对入射光波 R 和衍射光波 S 的能量交换有微小影响； (7)将耦合波理论限定于厚布拉格光栅中； 图1为用于耦合波理论分析的布拉格光栅模型。z 轴垂直于介质平面，x 轴在介质平面内，平行于介质边界，y 轴垂直于纸面。边界面垂直于入射面，与介质边界成Φ角。光栅矢量K垂直于边界平面，其大小为2/ =Λ，Λ为光栅周期，θ为入射角。 Kπ 图1布拉格光栅模型

无线电波的传播特性

无线电波的传播特性 1、无线电波的传播特性及信号分析 甚低频VLF 3-30KHz 超长波1KKm-100Km 空间波为主海岸潜艇通信;远距离通信;超远距离导航低频LF 30-300KHz 长波10Km-1Km 地波为主越洋通信;中距离通信;地下岩层通信;远距离导航中频MF 0.3-3MHz 中波1Km-100m 地波与天波船用通信;业余无线电通信;移动通信;中距离导航高频HF 3-30MHz 短波100m-10m 天波与地波远距离短波通信;国际定点通信 甚高频VHF 30-300MHz 米波10m-1m 空间波电离层散射（30-60MHz）;流星余迹通信;人造电离层通信（30-144MHz）;对空间飞行体通信;移动通信 超高频UHF 0.3-3GHz 分米波1m-0.1m 空间波小容量微波中继通信;（352-420MHz）;对流层散射通信（700-10000MHz）;中容量微波通信（1700-2400MHz） 特高频SHF 3-30GHz 厘米波10cm-1cm 空间波大容量微波中继通信（3600-4200MHz）;大容量微波中继通信（5850-8500MHz）;数字通信;卫星通信;国际海事卫星通信（1500-1600MHz） ELF 极低频3~30Hz SLF 超低频30~300Hz ULF 特低频 300~3000Hz VLF 甚低频3~30kHz LF 低频30~300kHz 中波，长波 MF 中频300~3000kHz 100m~1000m 中波 AM广播 HF 高频 3~30MHz 10~100m 短波短波广播 VHF 甚高频 30~300MHz 1~10m 米波FM广播 UHF 特高频 300~3000MHz 0.1~1m 分米波 SHF 超高频3~30GHz 1cm~10cm 厘米波 EHF 极高频30~300GHz 1mm~1cm 毫米波 无线电波按传播途径可分为以下四种：天波—由空间电离层反射而传播；地波—沿地球表面传播；直射波—由发射台到接收台直线传播；地面反射波—经地面反射而传播。无线电波离开天线后，既在媒介质中传播，也沿各种媒介质的交界面（如地面）传播，具有一定的规律性，但对它产生影响的因素却很多。 无线电波在传播中的主要特性如下： （1）直线传播均匀媒介质（如空气）中，电波沿直线传播。 （2）反射与折射电波由一种媒介质传导另一种媒介质时，在两种介质的分界面上，传播方向要发生变化。由第一种介质射向第二中介质，在分界面上出现两种现象。一种是射线返回第一种介质，叫做反射； 另一种现象是射线进入第二种介质，但方向发生了偏折，叫做折射。一般情况下反射和折射是同时发生的。 入射角等于反射角，但不一定等于折射角。反射和折射给测向准确性带来很大的不良影响；反射严重是，测向设备误指反射体，给干扰查找造成极大困难。 （3）绕射电波在传播途中，有力图绕过难以穿透的障碍物的能力。绕射能力的强弱与电波的频率有关，又和障碍物大小有关。频率越低的电波，绕射能力越弱；障碍物越大，绕射越困难。工作于80米（375MHZ）波段的电波，绕射能力是较强的，除陡峭高山（相对高度在200米以上）外，一般丘陵均可逾越。2米波段的电波绕射能力就很差了，一座楼房，或一个小山丘，都可能使信号难以绕过去。 （4）干涉直射波与地面反射波或其它物体的反射波在某处相遇时，测向收到的信号为两个电波合成后的信号，其信号强度有可能增强（两个信号跌叠加）也可能减弱（两个信号相互抵消）。这种现象称为波的干涉。产生干涉的结果，使得测向机在某些接收点收到的信号强，而某些接收点收到的信号弱，甚至收不到信号，给判断干扰信号距离造成错觉。天线发射到空间的电波的能量是一定的，随着传播距离的增大，不仅在传播途中能量要损耗，而且能量的分布也越来越广，单位面积上获得的能量越来越小。反之，

最新太赫兹光子晶体光纤传输特性及大模场的数值研究精品版

2020年太赫兹光子晶体光纤传输特性及大模场的数值研究精品 版

太赫兹光子晶体光纤传输特性及大模场的数值研究 摘要：作为目前产生太赫兹波的主要辐射源之一，飞秒脉冲产生的太赫兹波具有方向性好、相干性好等优点。另一方面，光纤激光器以光纤作为增益介质的锁模激光器可以由激光二极管(LD)直接抽运，效率高、结构紧凑、价格低廉。由于光纤具有很大的表面积-体积比，且散热效果极好，故可利用大功率LD直接抽运,实现高功率光纤激光器，从而为高功率太赫兹辐射源的小型化、实用化设计提供一条路径。 本文运用软件数值模拟，研究了太赫兹波在太赫兹光子晶体光纤中的截止特性、色散特性、损耗特性等传输特性，并讨论了大模场面积与光纤包层结构的关系，为上述高功率、小型化太赫兹源的设计提供了一定的理论依据。 关键词：太赫兹波塑料光子晶体光纤传输特性大模场面积光纤有限元法Abstract：As one of the foremost sources to produce terahertz waves currently, femtosecond pulses generated THz waves with good direction and coherence. On the other hand, optical fiber laser can gain the mode-locked laser with high efficiency, compact structure and low price, which use fiber as gain media, pumped directly by laser diode (LD). As it has large surface area - volume ratio and is well thermal radiation, optical fiber can be pumped directly by high-power LD to achieve high-power fiber laser. It provides the path for design practical high power THz emitters of miniaturization. In this paper, by using numerical simulation software, we analyzed the cut-off characteristic, dispersion characteristic, loss characteristic and so on of THz-PCF, and discussed the relationship between effective mode-based area and THz-PCF’s structure parameters of cladding. We do these to provide some theoretical basis for design the high power THz emitters of miniaturization what we have introduced above. Keywords: Terahertz Waves Plastic Photonic Crystal Fiber Transmission Characteristics Large Mode Area Fiber Finite Element Method 1.引言 随着超快激光（Ultrafast Laser，UL）技术的进步，为太赫兹（Terahertz，THz）波的产生提供了稳定、可靠的激光光源，使太赫兹波的理论研究和探测

非局域空间光孤子的理论研究进展1_弱非局域篇

?综合评述? 非局域空间光孤子的理论研究进展(1)—弱非局域篇 任占梅 (华南师范大学物理与电信工程学院,广州510631) 提要:本系列论文对非局域空间光孤子的理论研究进展进行了综述。弱非局域篇讨论在弱非局域程度条件下空间光孤子的传输特性。 关键词:非局域非线性薛定谔方程;空间光孤子;弱非局域中图分类号:TN 248.1 文献标识码:A 文章编号:0253-2743(2005)03-0001-03 Progress of theoretical research on nonlocal spatial optical solitons(1)-w eak nonlocality RE N Zhai -mei (School of Physics and T elecom Engineering ,S outh China N ormal University ,G uangzhou 510631) Abstract :In this series papers we review the progress of the theoretical research on nonlocal spatial optical s olitons ,and the first one em phases on the proper 2ties of the nonlocal spatial optical s olitons under the weak nonlocality. K ey w ords :nonlocal nonlinear Schrodinger equations ;spatial optical s olitons ;weak nonlocality 收稿日期:2004-04-051　引言 空间光束(beam )在介质中传输时,会由于衍射效应而发散;另一方面,光场自感应非线性折射率会对光束产生聚焦作用。空间光孤子(optical spatial s olitons )〔1〕 是由于衍射效应与非线性效应达到平衡时,光束在没有边界的介质环境中形成的一种自陷(self -trapping )或自导(self -guiding )的稳定传输状态。空间光孤子具有平面波波前,因而会保持其横剖面大小不变地稳定传输。“空间光孤子”又简称为“空间孤子”。在不与“时间(脉冲)光孤子”一词混淆的前提下,有时也将”空间光孤子”简称为”光孤子”或直接称”孤子”。本文中,如无特别说明,“孤子”,“光孤子”或“空间孤子”均指“空间光孤子”。空间光孤子的研究不仅可以使我们扩展对基本物理现象的理解,而且更重要的是空间光孤子本身在光子(全光)信息处理(全光空间调制和图象处理,全光开关,全光互连,以及全光逻辑光路等)方面有广泛的应用。光子信息处理技术是实现高速率、大容量全光网络和光计算机中必不可少的关键单元技术。随着数字化、信息化社会的来临,高速率、大容 量信息网络体系的发展将是国家信息基础设施的核心内容, 如此宽带网络中的信息载体非光莫属,就是说,未来的信息 网络必定是全光网络。全光网络不仅是国家信息基础设施的核心,也是全球信息一体化的基础。光计算是大规模并行 计算的首选方案,是新一代计算机的发展方向。由于全光网 络和光计算机的关键是全光控制技术,而空间光孤子是各种实现全光控制技术的基础原理之一,因此,对空间光孤子特 性的全面研究和彻底掌握,显然具有非常重要的学术价值、实用价值和战略意义。 空间光孤子的种类繁多,内容极为丰富〔1〕 。根据材料对光场效应的不同非线性机理,可将空间光孤子分为克尔(K err )或克尔类(K err -like )孤子,二次孤子(quadratic s oli 2tons ),光折变孤子(photorefractive s olitons )等等。除了根据不 同材料对空间光孤子进行分类,还可以其表现方式进行分 类,这样的分类方法不直接与具体的材料发生联系.根据后 一分类法,可将空间光孤子分为相干孤子(coherent s olitons ), 不相干孤子(in -coherent s olitons ),离散孤子(discrete s olitons ),多分量矢量孤子(multi -component vector s olitons ),腔孤子 (cavity s olitons ),非局域孤子(nonlocal s olitons ),时空孤了(spa 2tio -temporal s olitons )等类别。 近年来,非局域空间光孤子一空间非局域非线性介质中 的空间光孤子〔2,3〕———引起了人们的广泛关注.理论 〔2,4-14〕和实验〔15-21〕上均取得了相当进展。空间非局域非线性介质 中光束的传输行为由非局域非线性薛定谔方程(nonlocal non 2 linear Schrodinger equation ,NN LSE )(非线性项是空间响应函数 和光强的卷积)唯象地描述〔2,6,9〕。所谓空间非局域非线性 介质,是指介质对光场的非线性响应,不仅与该点的光场有 关而且与空间中其他点的光场有关,材料的空间非局域性起 源于物质内对光场响应的单元(电子、分子或激子等,材料中 对光场响应的不同单元对应于不同的非线性机理〔 23〕)的空间相关性。如果材料的这种相关性为零,则这种材料是局域 性材料。局域非线性介质中传输的空间光孤子是局域孤子。1997年以前讨论的空间孤子,都是局域孤子(克尔介质中存 在的空间孤子,即克尔孤子,由非线性薛定谔方程描述)或者弱局域孤子(比如,光折变孤子)。 1997年国际著名导波光学专家A.W.Snyder (经典著作《Optical Waveguide Theory 》一书作者)和其同事D.J.Mitchell 发 表在Science 的文章〔2〕 正式揭开了非局域空间光孤子研究的序幕。Snyder 和Mitchell 在强非局域条件下,将非局域非线性薛定谔方程近似为线性模型,发现存在空间孤子解。Snyder 和Mitchell 称此空间孤子为“线性孤子”(accessible s olitons )〔1〕。 将非线性问题转化为线性问题处理,是一创举。对此,著名非线性光学专家沈元壤博士给予了高度评价。在同期Sci 2 ence 上发表的评论文章〔3〕中,他将Snyder 和Mitchell 提出的 模型称为Snyder -Mitchell 模型,并认为该模型是“无价的(in 2valuable )”。在该评论文章的最后,沈元壤博士写道:“Snyder 和Mitchell 的工作会引起新一轮的光孤子研究热潮”〔2〕。 虽然严格而言,光折变孤子也应该划分到非局域孤子的范畴,但由于已经由两篇综述性文章〔1,22〕 详细讨论了光折变 孤子,本文将不包括此内容.本文的内容仅限于Snyder -Mitchell 模型提出后的工作,并且重点讨论唯象理论的研究 进展。对于具体不同的材料而言,光与物质相互作用所引发 的光场自感应非线性折射率机理是不相同的〔23〕 ,因而需要讨论不同的具体模型。2　光束在非线性非局域介质中传输的一般描述及其分类 非局域立方非线性介质中传输的傍轴光束满足非局域非线性薛定谔方程(NN LSE )〔 2,6,9〕 i 9ψ9z +μΔ┴ψ+ρψ∫ +∞ -∞R (x -x ′)|ψ(x ′,z )|2d D x ′=0(1)其中ψ(x ,z )是旁轴光束,μ=1/2k ,ρ=k η,η是介质常数(η>0,η<0分别表示聚焦或散焦介质),k 是不考虑非线性效应时介质中的波数(即k =ωn 0/c ,n 0是介质的线性折射率),z 为径向坐标(光束的传输轴),x 和x ′,代表D 维(D =1或2)横向空间坐标矢量,d D x ′,是x ′,点的D 维积分体积元,Δ┴是D 维的横向拉普拉斯算符。上式中,R 是介质的非线性对称实响应函数,满足归一化条件。非局域程度是一个相对的概念.根据光束函数ψ的宽度(光束束宽)与介质非线性响应函数R 的宽度(材料的非线性相关长度)的相对大小,可将非局域程度分为四类〔9,10〕:局域(local )类,弱非局域(weakly nonlocal )类,一般性非局域(gener 2al nonlocal )类,强非局域(strongly nonlocal )类。对于响应函数是δ函数的极限情况(R (x )=δ(x )),非局域程度是局域的〔如图1(a )所示〕;弱非局域程度对应于材料的非线性相关长度远远小于光束束宽的情形〔如图1(b )所示〕;与之相反,强非局域程度要求在介质里传输的光束之束宽远远小于介质的非线性相关长度〔如图1(d )所示〕。除(a ),(b )和(d )以外的其他情形是一般性非局域程度。 一般情况下,方程(1)是一个微分-积分方程,难以找到 1 《激光杂志》2005年第26卷第3期 LASER JOURNA L (V ol.26.N o.3.2005)

11.5 电磁波传播特性

实验11.5 电磁波传播特性 Part 1 电磁波参量的测量 一、实验目的 1. 研究电磁波在良导体表面的反射。 2. 利用相干波原理，测定自由空间内电磁波波长λ，确定电磁波的相位常数K 和波速v 。 二、实验仪器 （1）三厘米固态信号发生器1台； （2）电磁波综合测试仪1套； （3）反射板（金属板）2块； （4）半透射板（玻璃板）1块。 三、实验原理和方法 1. 自由空间电磁波参量的测量 当两束等幅，同频率的均匀平面电磁波，在自由空间内沿相同或相反方向传播时，由于相位不同发生干涉现象，在传播路程上可形成驻波场分布。本实验正是利用相干波原理，通过测定驻波场节点的分布，求得自由空间中电磁波波长λ值，再由 2K v f K πλλω=?? ==? 得到电磁波的主要参数K 和v 等。 电磁波参量测试原理如图1所示，P T 和P R 分别表示发射和接收喇叭天线，A 和B 分别表示固定和可移动的金属反射板，C 表示半透射板（有机玻璃板）。由P T 发射平面电磁波，在平面波前进的方向上放置成45°角的半透射板，由于该板的作用，将入射波分成两束波，一束向A 板方向传播，另一束向B 板方向传播。由于A 和B 为金属全反射板，两列波就再次返回到半透射板并达到接收喇叭天线P R 处。于是P R 收到两束同频率，振动方向一致的两个波。如果这两个波的相位差为π的偶数倍，则干涉加强；如果相位差为π的奇数倍，则干涉减弱。

移动反射板B ，当P R 的表头指示从一次极小变到又一次极小时，则反射板B 就移动了λ/2的距离，由这个距离就可以求得平面波的波长。 设入射波为垂直极化波 0j i E E e φ-= 当入射波以入射角θ1向介质板C 斜入射时，在分界面上产生反射波r E 和折射波t E 。设C 板的反射系数为R ，T 0为由空气进入介质板的折射系数，T c 为由介质板进入空气的折射系数。固定板A 和可移动板B 都是金属板，反射系数均为-1。在一次近似的条件下，接收喇叭天线P R 处的相干波分别为 12100200j r c j r c E RT T E e E RT T E e φφ--=-=- 这里 ()()()1131 223132 K l l KL K l l K l l L KL φφ=+==+=++?= 其中，ΔL =|L 2-L 1|为B 板移动距离，而1r E 与2r E 传播的路程差为2ΔL 。 由于1r E 与2r E 的相位差为21=2K L φφφ?-=?，因此，当2ΔL 满足 ()20,1,2, L n n λ?== 1r E 与2r E 同相相加，接收指示为最大。 当2ΔL 时满足 图1 电磁波参量测试原理图

matlab仿真光束的传输特性

一、课程设计题目: 用matlab 仿真光束的传输特性。 二、任务与要求 用matlab 仿真光束通过光学元件的变换。 ① 设透镜材料为k9玻璃,对1064nm 波长的折射率为1、5062,镜片中心厚度为3mm,凸面曲率半径,设为100mm,初始光线距离透镜平面20mm 。用matlab 仿真近轴光线(至少10条)经过平凸透镜的焦距,与理论焦距值进行对比,得出误差大小。 ② 已知透镜的结构参数为101=r ,0.11=n ,51=d ,5163.121=='n n (K9玻 璃),502-=r ,0.12='n ,物点A 距第一面顶点的距离为100,由A 点计 算三条沿光轴夹角分别为10、20、30的光线的成像。试用Matlab 对以上三条光线光路与近轴光线光路进行仿真,并得出实际光线的球差大小。 ③ 设半径为1mm 的平面波经凸面曲率半径为25mm,中心厚度3mm 的平凸透镜。用matlab 仿真平面波在透镜几何焦平面上的聚焦光斑强度分布,计算光斑半径。并与理论光斑半径值进行对比,得出误差大小。(方法:采用波动理论,利用基尔霍夫—菲涅尔衍射积分公式。) 2、用MATLAB 仿真平行光束的衍射强度分布图样。(夫朗与费矩形孔衍射、夫朗与费圆孔衍射、夫朗与费单缝与多缝衍射。) 3、用MATLAB 仿真厄米—高斯光束在真空中的传输过程。(包括三维强度分布与平面的灰度图。)

4、(补充题)查找文献,掌握各类空心光束的表达式,采用费更斯-菲涅尔原理推导各类空心光束在真空中传输的光强表达式。用matlab对不同传输距离处的光强进行仿真。 三、理论推导部分 将坐标原点选在透镜中心处,θ1=arcsin(y1/r),由n1*sinθ1=n2*sinθ2可得出θ2=arcsin(n1/n2)*(y1/r),由几何关系可得到θ=θ2－θ1,则出射光线的斜率k=tan(θ2－θ1),当入射直线y=y1时,x1=d－(r－r ),并设出射直线为y=k*x+b;由直线经过(x1,y1)即可求出b (y 2^ )2^1 值,从而就可以求出射直线。由单透镜焦点计算公式1/f=－(n-1)*(1/r1－1/r2)可求得f=193、6858。

最新太赫兹光子晶体光纤传输特性及大模场的数值研究

太赫兹光子晶体光纤传输特性及大模场的 数值研究

太赫兹光子晶体光纤传输特性及大模场的数值研究 摘要：作为目前产生太赫兹波的主要辐射源之一，飞秒脉冲产生的太赫兹波具有方向性好、相干性好等优点。另一方面，光纤激光器以光纤作为增益介质的锁模激光器可以由激光二极管(LD)直接抽运，效率高、结构紧凑、价格低廉。由于光纤具有很大的表面积-体积比，且散热效果极好，故可利用大功率LD直接抽运,实现高功率光纤激光器，从而为高功率太赫兹辐射源的小型化、实用化设计提供一条路径。 本文运用软件数值模拟，研究了太赫兹波在太赫兹光子晶体光纤中的截止特性、色散特性、损耗特性等传输特性，并讨论了大模场面积与光纤包层结构的关系，为上述高功率、小型化太赫兹源的设计提供了一定的理论依据。 关键词：太赫兹波塑料光子晶体光纤传输特性大模场面积光纤有限元法Abstract：As one of the foremost sources to produce terahertz waves currently, femtosecond pulses generated THz waves with good direction and coherence. On the other hand, optical fiber laser can gain the mode-locked laser with high efficiency, compact structure and low price, which use fiber as gain media, pumped directly by laser diode (LD). As it has large surface area - volume ratio and is well thermal radiation, optical fiber can be pumped directly by high-power LD to achieve high-power fiber laser. It provides the path for design practical high power THz emitters of miniaturization. In this paper, by using numerical simulation software, we analyzed the cut-off characteristic, dispersion characteristic, loss characteristic and so on of THz-PCF, and discussed the relationship between effective mode-based area and THz-PCF’s structure parameters of cladding. We do these to provide some theoretical basis for design the high power THz emitters of miniaturization what we have introduced above. Keywords: Terahertz Waves Plastic Photonic Crystal Fiber Transmission Characteristics Large Mode Area Fiber Finite Element Method 1.引言 随着超快激光（Ultrafast Laser，UL）技术的进步，为太赫兹（Terahertz，THz）波的产生提供了稳定、可靠的激光光源，使太赫兹波的理论研究和探测

各波段电波传播方式和特点

一．电磁场基本性质： 1．电场和磁场： 静止电荷产生的场表现为对于带电体有力的作用，这种场称为电场。不随时间变化的电场称为静电场。运动电荷或电流产生的场表现为对于磁铁和载流导体有力的作用，这种物质称为磁场。不随时间变化的磁场称为恒定磁场。 2. 电磁波及麦克斯韦方程： 如果电荷及电流均随时间改变，它们产生的电场及磁场也是随时变化的，时变的电场与时变的磁场可以相互转化，两者不可分割，它们构成统一的时变电磁场。时变电场与时变磁场之间的相互转化作用，在空间形成了电磁波。静电场与恒定磁场相互无关、彼此独立，可以分别进行研究。 0c D B B E t D H J t ρ?=???=??????=-??????=+??? c D E B H J E εμσ=??=??=? 3. 物质属性 电磁场与电磁波虽然不能亲眼所见，但是客观存在的一种物质，因为它具有物质的 两种重要属性：能量和质量。但电磁场与电磁波的质量极其微小，因此，通常仅研究电磁场与电磁波的能量特性。电磁场与电磁波既

然是一种物质，它的存在和传播无需依赖于任何媒质。在没有物质存在的真空环境中，电磁场与电磁波的存在和传播会感到更加“自由”。因此对于电磁场与电磁波来说，真空环境通常被称为“自由空间”。 当空间存在媒质时，在电磁场的作用下媒质中会发生极化与磁化现象，结果在媒质中又产生二次电场及磁场，从而改变了媒质中原先的场分布，这就是场与媒质的相互作用现象。 4. 历史的回顾与电磁场与波的应用 公元前600年希腊人发现了摩擦后的琥珀能够吸引微小物体；公元前300年我国发现了磁石吸铁的现象；后来人们发现了地球磁场的存在。1785年法国科学家库仑（1736－1806）通过实验创建了著名的库仑定律。1820年丹麦人奥斯特（1777－1851）发现了电流产生的磁场。同年法国科学家安培（1775－1836）计算了两个电流之间的作用力。1831年英国科学家法拉第（1791－1867）发现电磁感应现象，创建了电磁感应定律，说明时变磁场可以产生时变电场。1873年英国科学家麦克斯韦（1831－1879）提出了位移电流的假设，认为时变电场可以产生时变磁场，并以严格数学方程描述了电磁场与波应该遵循的统一规律，这就是著名的麦克斯韦方程。该方程说明了时变电场可以产生时变磁场，同时又表明时变磁场可以产生时变电场，因此麦克斯韦预言电磁波的存在，后来在1887年被德国物理学家赫兹（1857－1894）的实验证实。在这个基础上俄国的波波夫及意大利的马可尼于19世纪末先后发明了用电磁波作为媒体传输信息的技术。 静电复印、静电除尘以及静电喷漆等技术都是基于静电场对于带电粒子具有力的作用。电磁铁、磁悬浮轴承以及磁悬浮列车等，都是利用磁场力的作用。当今的无线通信、广播、雷达、遥控遥测、微波遥感、无线因