非傍轴标量衍射光束的能量传输特性

在光束能量传输的分析中,对能量集中度的研究具有十分重要的意义,能量集中度是评价光束质量的手段之一.采用光强的精确定义给出了经圆孔衍射的非傍轴标量光束能量集中度η的精确积分表示.对平面波圆孔衍射的能量集中度η随着衍射孔径ρ0和传播距离z的变化进行了详细的数值计算,结果表明,η随着z的增加只是在特定条件下才单调减小,η随着ρ0的增加不是单调变化,ρ0取某个特定的孔径值时η取得极大值.根据该结果给出了通过控制参数ρ0和z的取值获得光斑最大能量或最大能量集中度的方法.     

一维会聚非傍轴高斯光束焦线附近的光场特性

傍轴近似常被用于光束传输理论的表达,数值计算常被用于非傍轴光束的传输特性分析。为了使一维会聚非傍轴高斯光束的传输特性更加简明,本文基于倾斜因子由观察方倾斜角余弦平方根表达的非傍轴衍射积分公式,给出了符合行波场辐射能守恒定律的一维会聚非傍轴高斯光束的焦平面光场分布表达,同时给出了焦点附近一维会聚非傍轴高斯光束的轴上点光强和相位特性表达。当一维会聚非傍轴高斯光束的最大倾斜角远大于高斯光束的远场发散角时,合理的观察方倾斜因子可将高斯光束传输特性从傍轴领域延拓到非傍轴领域。本文阐明了一维会聚非傍轴高斯光束的传输特性,并验证了用观察方倾斜角余弦平方根表达观察方倾斜因子的合理性。     

非线性自聚焦介质中光束的非傍轴传输

在标量近似下,将非傍轴项近似等效为四阶空间色散和五阶非线性效应,利用变分法研究了高斯光束的传输特性。结果表明,在非傍轴情形下,高斯光束不会崩塌,而是经历聚焦 -散焦的周期性传输过程;光束初始功率越高,则周期越小。此外,高斯光束的自聚焦过程可以通过改变啁啾参数来控制,正负啁啾分别使光束第一次聚焦的距离缩短和延长,但两者都使光束的聚焦 -散焦的周期增大,而且啁啾值越大,周期也越大     

非傍轴余弦-高斯光束的传输

从功率密度的二阶矩方法出发,对非傍轴余弦一高斯(CoG)光束的传输特性进行了系统的研究.结果表明,基于二阶矩定义的束宽在传输过程中满足简单的双曲线变化规律.非傍轴CoG光束的M2因子不仅与偏心参数α有关,而且还与f参数有关.在1/f足够小时,M2因子可小于1.当1/f→0时,远场发散角趋于渐近值63.435°.对于α=0(Ω0=0)的特例,非傍轴CoG光束的M2因子退化为非傍轴高斯光束的M2因子.     

空心傍轴高斯光束的传输特性

推导了空心高斯光束经过傍轴光学系统的传输模型;利用导出的公式计算分析了卒心高斯光束在自由空间的传输特性;最后利用Matlab对传输方程进行模拟仿真.结果表明:高斯光束的阶数n和沿傍轴的传输距离z是控制空心光束的主要参数.随着阶数n的增大,高斯光束逐渐变为空心高斯光束,且中心暗斑和亮环的半径也相应增加;当传输距离z增大时...     

非傍轴余弦平方-高斯光束的传输特性

基于功率密度的二阶矩方法,数值模拟研究了非傍轴余弦平方-高斯光束的束宽、远场发散角和M2因子.计算结果表明:1)束腰宽度W0(0)随w0/λ的增大而增大.当w0/λ较大(w0/λ≥0.5)时,束腰宽度随着偏心参数的增大而减小. 2)当w0/λ→0时,远场发散角趋于渐近值θ0max=63.435°,与偏心参数α无关.3)在非傍轴范畴,余弦平方-高斯光束的M2因子不仅与偏心参数α有关,而且还与初始束腰宽度和波长之比w0/λ有关.当w0/λ足够小时, M2因子可小于1.对给定的偏心参数α,M2因子随w0/λ的变化并非总是单调的.M2因子随w0/λ的增大而增大,当达到最大值后又逐渐减小,最后渐近趋于一稳定值.     

非傍轴高斯光束产生的辐射力

本文给出了非傍轴高斯光束形成的单光束势阱对瑞利粒子所产生的辐射力公式,并作了数值计算,结果表明,与傍轴高斯光束所形成的单光束阱相比较,非傍轴单光束势阱具有2方面的优势,1）是所产生的辐射力更大;2）是存在多个平衡点,因而更利于控制瑞利粒子。     

非傍轴部分相干平顶高斯光束的传输性质

研究了非傍轴部分相干平顶高斯光束在自由空间的传输,根据交叉谱密度函数得到了该光束的光强分布和相干度的解析表达式.与其傍轴传输相比,光束参数f和模阶数N共同决定了部分相干平顶高斯光束的非傍轴特性,且对光束的相干性有重要影响.当模阶数一定时,f参数小于某一确定的值,傍轴近似才有效,当模阶数N增大,即使f参数较小,非傍轴效应也变得非常明显,通过数值计算,给出了不同模阶数情况下傍轴近似有效所对应的f参数的上限值.结果表明:要使傍轴近似有效,随着模阶数的增大,f参数对应的上限值应变小.     

非傍轴高斯光束通过小孔光阑衍射的轴上光强

基于瑞利衍射积分,不使用通常的近似Rλ(λ为波长),推导出非傍轴高斯光束通过小孔光阑衍射的轴上光强的精确解析表达式。并对传统的光强定义和光强的精确表述进行了比较研究。结果表明,两种定义之间的差异与f参数,截断参数δ和传输距离z有关。     

非傍轴厄米-高斯光束及其高阶修正

使用级数修正公式研究了非傍轴厄米高斯光束的传输。用数值计算例子说明了修正公式的适用范围。结果表明,在束宽可与波长相比时,修正公式是发散的,并分析了发散的原因。     

非傍轴厄米-正弦-高斯光束的特性

为了研究厄米-正弦-高斯(HSiG)光束在非傍轴情形下受参量影响的特性,基于光强二阶矩理论,经过一系列复杂的数学计算,得出了非傍轴厄米-正弦-高斯光束的远场发散角、束腰宽度以及光束传输因子的解析式,并通过数值模拟,得到了它们与离心参量的关系。结果表明,在束腰宽度与波长比取值逐渐减小时,随着离心参量趋于0,当阶数为奇数和偶数时.发散角分别趋于63.435°和73.898°。束腰宽度和光束传输因子随参量的增加呈现较大的起伏,非傍轴情形下的光束传输因子取值与傍轴情况有很大的不同,其受参量影响不仅可以小于1,甚至趋于0。     

高斯球面波的传播特性

本文讨论了高斯球面波的传播和变换特性,证明该光束具有非双曲线传播规律,指出以往有关该光速存在最大散角的结论是对光斑尺寸的定义不合理引起的。     

高斯光束经矩形孔径的衍射效应

从惠更斯一菲涅耳原理出发,在菲涅耳近似和夫琅和费近似的条件下,全面讨论了矩形孔径对会聚和准直高斯光束的对称和非对称一维切割的各种衍射效应,得出有实用价值的结论。     

椭圆高斯光束的衍射和象差

从惠更斯－菲涅耳原理出发,采用数值积分方法分析了会聚椭圆高斯光束焦点附近的三维光分布状态,讨论了按照均匀光波球差最佳校正形式对椭圆高斯光束进行象差平衡时的中心点亮度变化,研究表明,在工程实际中,采用普通光学系统的象差平衡理论对半导体激光光学系统进行设计是完全可行的。     

四瓣高斯光束经过偏心圆孔限制的矢量非傍轴传输

基于矢量瑞利-索末菲衍射积分,建立了非傍轴条件下四瓣高斯光束经过偏心圆孔光阑在自由空间传输的矢量场模型。选取倾斜光轴作为参考光轴,借助于硬边圆孔的复高斯级数分解,得到了近场模型下衍射场分布的矢量解析式。通过数值计算和模拟,详细讨论了f参数、光束阶次、衍射孔位置和截断参数对像场分布的影响,包括衍射场主瓣强度的位置和光束宽度。这些结论有助于更好地理解四瓣高斯光束在离轴非对称光学系统中的传输特性。     

高斯光束微圆孔衍射的整形变换

激光在实际应用中常需要进行光束整形以便更好地适应实际需要.先从基尔霍夫衍射公式出发经过适当推理,导出了高斯光束通过微圆孔衍射变换的解析计算式,再分析讨论了高斯光束通过微圆孔衍射时的3种整形变换.利用Matlab软件进行计算仿真实验,给出了高斯光束通过微圆孔衍射的3种整形变换的情形,实验表明了解析计算式的可靠性和高斯光束...     

洛伦兹光束通过一阶轴对称光学系统的传输变换特性

从广义惠更斯-菲涅耳衍射积分出发,导出了洛伦兹光束通过一阶轴对称光学系统传输变换的解析公式.给出了洛伦兹光束的束宽、瑞利长度和发散角的表达式,讨论了这些参量通过自由空间的变换规律.结果表明,洛伦兹光束的瑞利长度大于高斯光束的瑞利长度,洛伦兹光束光斑半径的扩展速度慢于高斯光束,洛伦兹光束的远场发散角小于高斯光束的远场发散角.结果还表明,自由空间中洛伦兹光束的束宽、瑞利长度和发散角的变化规律与高斯光束相应参量的变化规律相同.     

TE矢量高斯光束的二阶矩传输

运用光束传输的非傍轴矢量矩理论,对TE矢量高斯光束的传输进行了研究,给出了束腰、横向发散角和光 束传输因子的积分表达式。基于能流二阶矩定义的横向光束宽度在传输过程中服从简单的双曲线变化规律。数 值计算表明,在高度非傍轴情形下,由于TE偏振导致两个横向存在不同的光束传输特性,且最大的横向发散度超 过了非傍轴标量高斯光束的发散度极限63.43°,接近于90°,这与波动光学理论相符合,其中x方向上的发散度略 比y方向上的大。而对于傍轴情形,在非傍轴标量高斯光束傍轴化条件下,TE矢量高斯光束的传输可简化为横基 模傍轴标量高斯光束,稍有区别的是其光束传输因子始终保持略大于1,且永远不能精确地等于1。     

高斯光束微圆孔衍射的“再现”与“自再现”研究

由基尔霍夫衍射公式得到高斯光束微圆孔衍射的积分式,导出一种解析算式,分析并模拟了高斯光束微圆孔衍射的“再现”与“自再现”,有利于在激光工程、微光学以及微光机电中对激光束的传输变换和调控.     

复杂像散高斯光束的并合光束特性

利用Wigner分布函数 ,对复杂像散高斯光束的并合问题进行了详细研究 ,得到了相干和非相干并合光束的光强分布和M2 因子的解析表达式。解析结果和数值计算均表明 ,并合光束的特性与子光束数目、相对间距和几何排布等因素有关。以光束传输因子 (M2 )作为标准时 ,相干并合光束质量优于非相干并合 ;以桶中功率 (PIB)作为标准时 ,相干并合光束质量并不总优于非相干并合。