初级相差对多色部分相干平顶高斯光束光谱移动与光谱开关的影响

基于部分相干光的传输理论,研究了有初级像差多色部分相干平顶高斯光束被光阑衍射后的光谱变化规律,并通过数值计算,重点对球差、慧差、像散、场曲和畸变等初级相差对光谱移动和光谱开关的影响进行了分析比较.研究表明:在考虑光学系统存在各种初级像差的情况下,轴上光谱也会出现光谱移动和光谱开关.光谱移动和光谱开关不仅与光阑截断参数、...     

部分相干光经色差透镜聚焦后的光谱开关现象

实验研究了宽带部分相干光被会聚透镜聚焦，着重研究了聚焦透镜的色差效应对在透镜几何成像面的聚焦光场光谱的影响。结果表明，与入射光的光谱相比，在几何成像面的某些点部分相干光的归一化光谱呈现蓝移，而另一些点则呈现了红移；特别是某些点处光归一化光谱分裂为2个波峰，在临界点处光谱位移发生突变，即出现了光谱开关现象；归一化光谱的2个波峰在一些点处还可以继续分裂，且在临界点处的归一化光谱短波长区域再次出现光谱开关现象。这一结果对光谱的高精度测量以及新型的光谱开关的研究具有较重要的意义。     

多色GSM光束通过杨氏双缝后谱强度的一般式

为了统一地研究多色高斯-谢尔模型(GSM)光束通过杨氏双缝衍射后在近场和远场的光谱移动和光谱开关现象,利用部分相干光的广义衍射积分公式,得到了多色GSM光束通过杨氏双缝和ABCD光学系统后的谱强度解析表达式。从该式可看出,多色GSM光束轴上光谱移动的成因是不同频率成分的光具有不同的菲涅耳数。利用谱强度解析式并以自由空间作为ABCD光学系统的典型代表,对多色GSM光束在近场轴上和远场轴外的光谱移动和光谱开关现象作了数值计算研究。结果表明,所得谱强度解析表达式对GSM光束通过杨氏双缝衍射后的光谱移动和光谱开关现象的研究有一定的理论价值。     

部分空间相干光经准均匀介质的散射

基于一阶波恩近似,研究了部分空间相干平面光经准均匀介质的散射特性,得到了远场散射光谱强度和光谱相干度的解析表达式。讨论了入射光的空间相干性和介质特性对散射场光谱强度和光谱相干度的影响。比较了入射光是完全相干光和部分相干光时,散射场光谱强度和相干度的区别。研究结果表明:入射光的空间相干性对散射场光谱强度的分布有重要影响;随着入射光空间相干长度的增大,光谱宽度减小;光谱相干度随着入射光束腰宽度或介质有效半径的增大而减小。当准均匀介质的有效半径和相干长度、入射光的空间相干长度满足一定条件时,散射光是完全相干光。     

部分空间和部分时间相干衍射高斯-谢尔模型脉冲光束在大气湍流中的光谱移动和光谱开关

基于非稳光场的相干光理论,研究了部分空间和部分时间相干高斯-谢尔模型脉冲光束在大气湍流中的光谱变化规律.给出了两者在大气湍流中的光谱传输公式.数值计算结果表明,由于光阑衍射效应的影响,光谱沿轴向、径向均出现蓝移或红移,随着相对传输距离z/z0、空间相干参数β和折射率结构常数C2n的增大,脉冲时间相干长度Tc的减小,轴向...     

湍流对部分相干光光谱移动的影响

Wolf效应，即部分相干光除满足定标律之外，即使在自由空间中传输时其光谱一般也会发生变化，是一类著名的相关诱导光谱变化现象。以高斯-谢尔模型(GSM)光束作为部分相干光的典型例子，研究湍流对高斯-谢尔模型光束光谱移动的影响。基于部分相干光的传输定理，并考虑湍流的存在，推导出了高斯-谢尔模型光束通过湍流介质的光谱公式，并作了数值计算。研究表明，无论定标律是否满足，湍流都会影响高斯-谢尔模型光束的光谱。湍流越强，与无湍流情况比较光谱移动越大。特别是，若不满足定标律时轴外光谱还会出现分裂。高斯-谢尔模型光束在湍流介质中的光谱移动由光束的空问相干性、折射率结构常数Cn^2和位置等参量决定。     

部分空间相干光在自由空间中传输的光谱分裂

基于部分相干光的传输定律,研究了多色高斯谢尔模型光束在自由空间中传输的光谱变化.研究表明,在近场会有光谱分裂出现,光谱分裂与光源的空间相干性和源光谱的谱宽以及位置参数有关.对结果作了分析,并用数值计算作了说明.     

部分相干环形光束经透镜聚焦的焦移和焦开关

为了从理论上对部分相干环形光束被透镜聚焦后轴上点的光强分布以及焦移和焦开关现象进行研究,采用惠更斯-菲涅耳衍射积分方法进行了理论分析,取得了轴上点光强分布及焦移、焦开关现象的相关数据。结果表明,焦移量不仅依赖于环形光束外半径的菲涅耳数,还依赖于入射部分相干光的空间相干度和中心拦截比。菲涅耳数越大,焦移量越小;部分相干光的空间相干度越高,焦移量越小。菲涅耳数一定时,环形光束的中心拦截比越大,焦移越大。对于某一固定的空间相干度,随着菲涅耳数的降低会出现焦开关现象。这些结果对研究部分相干环形光束的聚焦性质是有帮助的。     

硬边光阑对多色矢量光束光谱开关的影响

从偏振矩阵和交叉谱密度传输公式出发,分析了硬边光阑对多色矢量高斯-谢尔模型光束轴上光谱开关的影响。结果表明,插入偏振片前,光谱开关的光谱跃迁量Δ随截断参数δ的增加而减少,光谱极小值Smin和位置zc/z0随δ的增加而增大。插入偏振片后,光谱开关随δ的变化规律与插入偏振片前的变化规律相同。但偏振片的旋转角度θ会对出现光谱开关的δ的范围产生影响。     

非线性光谱展宽载波的湍流信道高速传输特性

采用非线性光谱展宽光源作为高重复频率部分相干光载波光源,开展大气湍流信道中高速信息传输实验研究.通过皮秒光纤激光器泵浦高非线性光纤获得非线性光谱展宽的部分相干光载波光源,重复频率可达10 GHz.采用10 Gbit/s脉冲高速数字调制,通过模拟大气湍流信道传输,相干光载波和部分相干光载波在湍流信道传输前后的信噪比分别从...     

球差在平场全息凹面光栅设计中的作用

基于平场全息凹面光栅几何像差理论,分析了初级像差与高阶像差特别是球差对平场全息凹面光栅成像的作用。通过一个具体的设计,分别讨论宽波段光栅和窄波段光栅设计中校正球差与否对设计结果的影响。通过对光谱像大小和各种像差系数大小进行对比分析得出以下结论:宽波段平场全息凹面光栅像差较大,决定光谱像大小的主要是初级像差,球差的影响难以显现,在进行光栅设计时可以不考虑球差;窄波段光栅的离焦像差较小,球差的影响开始变得显著,此时在设计过程中考虑球差的校正能够进一步改善光栅的成像质量。     

基于衍射理论的高斯像面球差的计算与分析

为了利用波动光学的衍射理论分析处理球差,采用先计算像点的光强分布再进一步分析处理球差的方法,对球差进行了理论分析和模拟。从基于点源圆孔衍射的成像原理出发,经过适当推导得到高斯像面上仅有球差像点的光强分布的解析计算式,分析探讨了高斯像面上球差的衍射机理及其计算与校正。结果表明,这种方法能够更为精细地分析处理球差,有助于在光学设计中对球差进行像差平衡与校正、光学加工中对球差的检测与修正以及数码成像时对球差做电子校正等,有利于促进激光技术和微光学以及微光机电系统的发展。     

基于梯度下降算法的初级球差校正

固体激光器在实际工作过程中会因腔镜热变形而产生球差效应,使激光的光强分布发生变化、聚焦能力下降、光束质量变差,因此需要校正。基于这一目的,利用梯度下降算法进行了初级球差的校正仿真。首先,建立了初级球差和变形镜模型,变形镜模型针对初级球差选取分立式环形阵列,镜面利用率高。然后,设计出算法的具体实现过程,算法以变形镜单元的位移量为控制对象,以离散化的各部分球差的方差为性能指标。最后,仿真并给出了性能指标与迭代次数的关系、校正后的球差等结果,结果显示达到了预期的校正效果。     

星间光通信中球差和彗差对信号光远场特性的影响

星间光通信中,波前畸变是影响信号光远场特性的主要因素。分析了球差和彗差对信号光远场分布、天线接收光功率的影响,引入了畸变衰减因子,给出了畸变衰减因子与波前畸变均方根(RMS)值的关系。理论分析和数值仿真结果表明,球差和彗差畸变越大,对天线接收功率的影响越大。在天线对准的条件下,当彗差和球差畸变均方根值分别约为0.120λ和0.135λ时,天线的接收功率为无畸变时的1/2。彗差对天线接收功率的影响主要是峰值移动造成的,球差对天线接收功率的影响主要是次峰的增强造成的。     

离轴反射光学系统像差特性研究

以轴对称光学系统的初级矢量波像差理论为基础,通过引入孔径缩放因子和孔径偏移矢量,获得了离轴反射光学系统初级像差特性。通过分析可知:离轴反射光学系统的初级像差依然由球差、彗差、像散组成。由于孔径缩放因子存在,离轴反射光学系统的波像差系数均有不同比例的减小,且轴对称光学系统的高级孔径像差会在对应离轴光学系统中引入较低阶孔径像差,例如轴对称光学系统未校正球差,对应的离轴光学系统除过球差外还将引入彗差、像散等。相比于轴对称光学系统的像差,由于孔径偏移矢量的引入,离轴反射光学系统的像差不再关于中心视场旋转对称,有可能在轴外视场产生像差零点。     

基于非球面透镜的光纤耦合系统设计

有效将激光耦合进单模光纤是自由空间光通信的关键技术。为了改善聚焦光束质量和降低耦合损耗,首先设计了消球差非球面透镜,并采用精密光纤支架对耦合光纤进行准确定位使耦合光聚焦在光纤端面上。实验表明,该耦合系统的耦合效率达到60%以上。     

贝塞尔-高斯光束经球差透镜的聚焦特性

利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分推导了一种涡漩光束——贝塞尔-高斯光束经球差透镜聚焦后的光场表达式,并利用数值计算分析了球差系数对聚焦光束光强剖面分布的影响。研究表明,通过改变球差系数,可以改变零阶贝塞尔-高斯光束轴上光强最大值点的位置,球差的存在使轴上光强最大值减小。零阶贝塞尔-高斯光束经球差透镜聚焦后不能保持其传输不变性,在几何焦面上光强剖面类似于高斯形分布,而实际焦点所在面上的分布则仍具有零阶贝塞尔函数的特征。对于一阶贝塞尔—高斯光束,球差的存在会改变其横向光强分布。     

初级球差对径向偏振光轴向光阱力的影响

根据里查德沃耳夫矢量积分理论,研究了在径向偏振光经大数值孔径聚焦下,透镜球差对瑞利粒子轴向光阱力的影响。通过数值计算得到了轴向光阱力随球差系数变化的分布。研究结果表明,球差系数的存在,不仅改变了光阱力的数值大小,也影响了对粒子束缚的有效作用区域,还导致光阱中心位置发生偏移。而且正负球差系数对光阱力的影响并不总是对称的,正球差系数使得梯度力的0点位置往z轴正向偏移,负球差系数使得梯度力的0点位置往z轴负向偏移。在不同的数值孔径、粒子半径以及孔径与光腰的比值下,球差对光阱力的影响程度也不同。