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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 微透鏡的蒙特卡羅仿真研究
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類(lèi)：
- 信息技術(shù)
- 大類(lèi)：
- 自然科學(xué)類(lèi)學(xué)術(shù)論文
- 簡(jiǎn)介：
- 基于光波的折反射定律和衍射理論，綜合考慮微透鏡的幾何形狀、透鏡的像差和衍射效應(yīng)，利用蒙特卡羅方法，建立了高斯光束經(jīng)過(guò)微透鏡傳輸?shù)臄?shù)值模型。利用此模型，對(duì)高斯光束通過(guò)球型微透鏡聚焦進(jìn)行了仿真研究。
- 詳細(xì)介紹：
- 基于光波的折反射定律和衍射理論，利用蒙特卡羅方法，建立微透鏡的蒙特卡羅模型，仿真高斯光束通過(guò)微透鏡傳輸?shù)倪^(guò)程。該模型的優(yōu)點(diǎn)在于不需要使用處理球差的波像差或者相位變換概念，是直接在界面使用折射和反射定律，還可以根據(jù)兩種媒質(zhì)界面平面波的透射－反射菲涅耳公式考慮反射損失。它不僅可以考慮三級(jí)球差，還自動(dòng)考慮了五級(jí)及更高級(jí)的像差，還可以考慮反射損失。這樣就可以同時(shí)考慮像差、衍射對(duì)微透鏡成像的影響，使其結(jié)果更切合實(shí)際
作品專(zhuān)業(yè)信息
撰寫(xiě)目的和基本思路
- 研究微透鏡球差與衍射對(duì)光傳輸特性的影響，本文基于光波的折反射定律綜合考慮透鏡的幾何形狀，透鏡的像差和衍射效應(yīng)，利用蒙特卡羅方法，建立數(shù)值模型。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 利用蒙特卡羅方法所獲得的問(wèn)題的解實(shí)質(zhì)上更接近于物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而不是經(jīng)典數(shù)值計(jì)算結(jié)果。利用該方法可以分析球差，衍射同時(shí)作用時(shí)對(duì)光束傳輸?shù)挠绊?，方法?jiǎn)單可靠，應(yīng)用靈活性強(qiáng)，并且該模型也是用與分析和模擬各種形狀的微透鏡光學(xué)系統(tǒng)。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 微透鏡廣泛應(yīng)用于各種光學(xué)耦合系統(tǒng)之中，是用該方法所獲得問(wèn)題的解實(shí)質(zhì)上更接近于物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而不是經(jīng)典數(shù)值計(jì)算結(jié)果，因此對(duì)微透鏡的實(shí)驗(yàn)研究具有重要指導(dǎo)意義。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 基于光波的折反射定律和衍射理論，綜合考慮微透鏡的幾何形狀、透鏡的像差和衍射效應(yīng)，利用蒙特卡羅方法，建立了高斯光束經(jīng)過(guò)微透鏡傳輸?shù)臄?shù)值模型。利用此模型，對(duì)高斯光束通過(guò)球型微透鏡聚焦進(jìn)行了仿真研究；仿真結(jié)果顯示：束腰落點(diǎn)位置和軸上最大光強(qiáng)位置并不在幾何焦點(diǎn)處，存在焦移，并且兩者也不重合；束腰平面的中心光斑能量要大于幾何焦平面的中心光斑能量；觀察面上的光子分布曲線存在關(guān)于光軸對(duì)稱的兩個(gè)極值點(diǎn)。仿真結(jié)果表明了該模型的正確性和實(shí)用性。
獲獎(jiǎng)情況
- 作品中部分內(nèi)容已通過(guò)論文“Monte Carlo Simlulation for fiber hemispherical miro-lenses”在“2011 IEEE電子學(xué)與光電子學(xué)國(guó)際會(huì)議（ICEOE 2011）”錄用，被EI和ISTP檢索。
鑒定結(jié)果
- 論文內(nèi)容屬實(shí)，具有很高的科學(xué)研究?jī)r(jià)值和學(xué)術(shù)價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
- 光通信系統(tǒng)中的耦合器，發(fā)光器件，CCD耦合裝置[1-3];幾何光學(xué)或衍射理論對(duì)于透鏡的研究[4-5]; [1] C.A.Edwards, H.M.Presby, and C.Dragone. Ideal microlenses for laser to fiber coupling[J]. J.Lightwave Technol 1993 (11): 252-257 [2] Huei-Min,Sun-Yuan Huang,Chao-Wei Lee et al. High-coupling tapered hyperbolic fiber microlens and taper asymmetry effect[J]. J.Lightwave Technol 2004(22):1395-1401 [3] M.Lehtonen, G.Genty, and H.Ludvigsen. Tapered microstructured fibers for efficient coupling to optical waveguides: a numerical study[J]. Appl. Phys 2005(B 81): 295-300 [4] kifumi Yoshida. Shperical aberration in beam optical systems[J] Appl. Opitcs 1982(21): 1812-1816. [5] YAJUN LI. Focal shift formula for focused, apertured Gaussian beams[J]. J. Modern Optics 1992(39): 1761-1764
同類(lèi)課題研究水平概述
- 通常微透鏡的面型是球面和柱面，應(yīng)用最多的微透鏡是球面微透鏡。微透鏡的光學(xué)性能是依據(jù)焦距和光場(chǎng)分布進(jìn)行判斷的，同時(shí)，透鏡的衍射受限條件(波前形變小于1/4波長(zhǎng))也是判斷透鏡光學(xué)性能好壞的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，這就意味著對(duì)非球形微透鏡的研究是必要的。但是就目前對(duì)于微透鏡的加工制造技術(shù)而言，還不能精確地控制微透鏡的面型。因此目前大多數(shù)的光學(xué)系統(tǒng)中的微透鏡的面型是球面，在分析這類(lèi)光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，通常都是將透鏡視為理想薄透鏡，然而，實(shí)際上它并不是理想薄透鏡而是具有一定厚度的，因此這種近似是不嚴(yán)格的，與實(shí)際系統(tǒng)相差較大。同時(shí)，球面微透鏡存在像差，而目前對(duì)像差的研究大多是基于幾何光學(xué)或衍射理論。在這些研究方法中，由于微透鏡的窗口衍射效應(yīng)不能忽略，因此幾何光學(xué)方法不再適用。基于衍射理論的研究方法中，透鏡像差都被描述成光學(xué)系統(tǒng)的波前失真，并且通常只考慮低級(jí)像差，很難精確地考慮高級(jí)像差的影響。
