双曲正弦平方-高斯光束在单轴晶体中垂直于光轴的传输

基于光束在单轴晶体中的傍轴矢量传输理论,对双曲正弦平方-高斯光束在单轴各向异性晶体中垂直于光轴的传输做了研究,得到了一般的解析传输公式,并用数值计算方法分析了该光束的传输特性。研究表明:由于晶体的各向异性,其原来的偏振特性将不再保持,仅沿x方向偏振的初始场分量衍生出y分量;随着传输距离的增加,非寻常光沿x轴和z轴的偏振场慢变振幅均减小,光强峰值也随之减小。此外,双曲正弦平方-高斯光束在单轴晶体中垂直于光轴传输时,光束参数β取值不同,光强呈现不同的分布状态。     

有限能量Olver-Gaussian光束通过电光晶体的光强分布特性

基于广义惠更斯-菲涅耳积分公式,研究了傍轴近似下有限能量Olver-Gaussian光束经过铌酸锂电光晶体的光强分布特性。得出了这类光束经单轴晶体垂直于光轴的电场和光强解析式,基于此,探究了一阶Olver光束在电光晶体不同横截面上的光强分布和光波侧面传输光强图,并得出了外加电场和光波中心位置及中心光斑相对光强变化的定量关系；对传统三类单轴晶体的光波演变特性也进行了分析。     

湍流大气中J0相关部分相干平顶光束的传输特性

为了研究相干度为零阶贝塞耳函数的部分相干平顶光束的传输特性,采用广义惠更斯-菲涅耳公式得到了J0相关部分相干平顶光束通过湍流大气的平均光强分布,并利用空间2阶矩法得到了均方根束宽的解析表达式;分析了传输距离、相干长度、大气折射率结构常数、阶数对光强分布特性和光束扩展的影响。结果表明,J0部分相干平顶光束的阶数越高,相干长度越小,光束受湍流的影响就越小;改变光源的相干度可以使光束在湍流大气中的中心光强达到最大。     

空心高斯涡旋光束在各向异性non-Kolmogorov大气湍流的光强分布

为了分析大气湍流对空心涡旋光束传输光强的影 响,基于广义惠更斯-菲涅尔原理和 Rytov相位结构函数近似,利用各向异性大气non-Kolmogorov湍流谱模型,推导出空心高斯 涡旋(HGV)光束在各向异性大气湍流中的传输光强解析式,数值模拟分析了传输距离、湍 流参数和光束参数对光强分布的影响。研究结果表明:随着传输距离增大,HGV光束的传输 光强将由空心分布逐步演化为高斯分布,且拓扑荷数越大、束腰半径越小、波长越长的HGV 光束的光强受各向异性大气湍流影响越小;当湍流的各向异性系数、广义指数和内尺度越大 ,以及外尺度与结构常数越小时,HGV光束的传输光强随传输距离的演化会减慢,表明HGV光 束在较弱的各向异性non-Kolmogorov大气湍流中传输时光强分布受到湍流的影响较小。     

平顶高斯光束及其通过圆孔光阑的衍射

为了研究平顶高斯光束通过圆孔硬边光阑衍射特性,本文从collins公式出发,采用数值模拟的方法,模拟结果表明平顶高斯光束在阶数大于10以后,光强的分布变化不大.平顶高斯光束经过圆孔衍射,孔径大时光强在横截面调制越厉害,但是强度小;孔径小时光强在横截面调制相对小,但是光强度相对大.轴上光强分布在孔径大时随菲涅耳数增大出现增大现象;孔径小时光强在轴上分布随菲涅耳数出现周期性振荡的调制特性.     

高斯光束经局域相位调制后的光强分布和角谱特性

光学元件上不可避免地存在的缺陷会对传输光束产生局域振幅和相位调制。基于菲涅耳衍射积分,建立了高斯光束经局域相位调制后的传输模型,得到了高斯光束经有限多个小尺寸局域相位调制后的光强分布和角谱解析式,详细研究了相位调制尺寸与调制深度对光束光强分布和角谱的影响。结果表明,不同调制尺寸、调制深度对高斯光束在传输过程中的影响相似。且调制深度越大,产生的最大光强越大。相位缺陷尺寸越大产生的最大光强的位置离缺陷越远,随着调制深度、尺寸的增大和调制位置距光轴距离越近,低频区的角谱越小,中高频区的角谱越大。     

ELGB在湍流大气中通过圆形光阑的传输特性

为了研究复宗量拉盖尔-高斯光束在湍流大气中通过圆形光阑的传输特性,采用拓展的惠更斯-菲涅耳原理进行了理论推导和数值计算,得到了光强表达式和相应的计算图像。结果表明,光束在湍流大气中受到光阑限制传输时,当截断参量61,光束能够长距离传输且与源场时的光束横截面光强分布大致类似,仍为空心光束,但中心处光强的归一化值大于0;当截断参量1时,小孔的衍射效应不明显,与无小孔限制时非常类似,光束横截面光强分布变为高斯形状;大气湍流强度越小,越容易保持源场时的光束横截面光强分布;不同阶数光束在湍流大气中的传输特性也做了相应研究。该结果对于从事激光传输与自由空间光通讯是有帮助的。     

部分相干平顶高斯光束的传输特性

本文采用Huygens-Fresnel衍射积分公式导出了部分相干平顶高斯光束（PCFGB）经过ABCD光学系统传输公式;进一步导出了采用二阶矩定义的等效束宽和Kurtosis因子的传输公式;利用导出的公式计算了PCFGB在自由空间中的传输特性,并和相干平顶高斯光束（FGB）的传输特性作了比较分析。结果表明,PCFGB在传输过程中其光强分布的平顶部分不会消退,而且它的平顶化程度越来越,但其束宽迅速增大。     

高斯阵列光束自耦合特性的实验研究

根据广义Huygens-Fresnel原理和修正von Karman谱模型,推导出了径向分布高斯阵列光束经非相干合成后在大气湍流中传输时的光强分布解析表达式,并对阵列光束自耦合特性随传输距离和径向分布半径的变化情况进行了数值分析,最后对径向分布半径不同的阵列光束自耦合特性随传输距离的变化进行了测量。实验结果表明:高斯阵列光束在大气湍流中水平传输时,随着传输距离的增加阵列光束会从某一距离处耦合成一束,且合成光束的平均光强呈类高斯分布;相同传输条件下,径向分布半径越小,阵列光束的自耦合特性越好。     

高阶平顶高斯光束阵列在自由空间中的相干合成

高阶平顶高斯光束在自由空间传输过程中,光强分布经历了三种状态:平顶高斯分布,平顶高斯中心凹陷分布,高斯型分布.通过对前两种状态相干合成光强分布特点进行模拟,研究了光束阵列结构、种子光束阶数、传输距离等因素对相干合成的影响,并用桶中功率对相干合成的光束质量进行了评价.结果表明:两种状态下相干合成都可以变为高斯光束,不过中心光强和光束半径的变化趋势不同.在一定条件下,阵列环上光束数量越多,相干合成光束的效果越好.     

Fractional Fourier transform for annular flat-topped beams

The fractional Fourier transform (FRFT) is applied to treat the propagation of annular flat-topped beams. Based on the definition of FRFT in the cylindrical coordinate system, analytical formulae are derived for annular flat-topped beams through the FRFT optical systems. By using the formulae, the properties of annular flat-topped beams in the FRFT plane are illustrated numerically. The results show that the intensity distribution properties in the FRFT plane are closely related to the fractiona...     

Diffraction of Lorentz-Gauss beam in uniaxial crystals:orthogonal to optical axis

Based on the diffraction theory of beams in uniaxial crystals, diffraction properties of a Lorentz-Gauss beam in uniaxial crystals orthogonal to the optical axis are derived in analytical forms. Diffraction fields, intensity distributions and effects of beam parameters are investigated by numerical examples, respectively. Results show that, upon propagation, initial field components and intensity distributions of Lorentz-Gauss beams would deteriorate due to effects of anisotropic media. When the Lorentz-Gauss beam diffracts into the far field, its intensity distribution would convert into a four-petal profile. Beam parameters wx and wy are shown to have a strong influence on intensity distributions. By selecting different values of them, profiles of Lorentz-Gauss beams would be different upon propagation.     

一种产生平顶光束的新方法:厄米-高斯光束的合成

提出了用多束厄米-高斯光束相干合成产生平顶光束的方法。借助Wigner分布函数和强度矩方法推导出在普遍情况下合成光束M^2因子和K参数的解析公式。研究结果表明，通过适当选取厄米-高斯光束的参数，在某一传输平面可以得到平顶的光强剖面。给出了数值计算例以说明合成平顶光束的特性。     

平顶光束在BBO单晶和孪晶中的倍频效应

理论上建立了平顶光束在单晶和孪晶中传播的物理模型,并给出了平顶光束在各向异性介质中传播时的倍频耦合波方程,进而对其进行数值求解;最后对求解所得到的谐波能流分布、总输出能量和入射光角谱进行了分析讨论,并从束腰大小、晶体结构对倍频的影响等方面给出了合理解释。研究结果表明：当束腰相同时,孪晶倍频能流强度要高于单晶;同一种晶体,窄束腰对应倍频强度更高,然而窄束腰光束在单晶中传播时容易发生光束分裂,但孪晶可以改善这种光束分裂情况。     

贝塞尔光束通过环形硬边光阑的ABCD光学系统传输

通过把环形光阑函数展开为复高斯函数的方法,推导出贝塞尔光束通过有环形光阑限制的近轴ABCD光学系统的传输近似解析公式。通过数值计算,对贝塞尔光束通过环形光阑的传输特性进行了详细的研究,给出了光阑内、外半径等参数对光强分布的影响规律。     

平顶光束通过ABCD光学系统的传输

利用LI近期提出的平顶光束新模型,推导出平顶光束通过傍轴ABCD光学系统传输后光场分布的解析公式。以透镜系统为例,给出了平顶光束聚焦场分布的解析表达式,对平顶光束的聚焦特性进行了详细分析。     

Propagating property of flat-topped multi-Gaussian beams passing through a misaligned optical system with two-lens and two-diaphragm

The optical elements' maladjustment is a potential threaten in optical systems,thus,the transmission feature of laser beams passing through a misaligned optical system is widely studied.By using approximate expansion of circle diaphragm and generalized Huygens-Fresnel diffraction formula,a universal analytic expression is deduced for the flat-topped multi-Gaussian beams passing through a misaligned optical system with two-lens and two-diaphragm.The study on the propagating property of fundamental-mode Gaussian beams and a flat-topped multi-Gaussian beam is carried out accordingly.The expansion of complex Gauss function of misaligned optical circle diaphragm is given,as well as a group of new parameter values of the expansion of complex Gauss function.By using the new parameter values,the influence of disadjust parameters on output intensity distribution is analyzed numerically.The result shows that the diaphragms'offset can make the beams offset or covered,and the second diaphragm influences more;the angle deflection of diaphragms can make light beams compressed in the deflection direction,and the first diaphragm influences more;the offset of the first lens can weaken light intensity in the same direction of the lens offset,and the offset of the second lens can weaken light intensity in the opposite direction of the lens offset;the angle deflection of the first lens can make light beams move to the opposite direction,and the angle deflection of the second lens has no influence;when all the diaphragms and the lenses are disadjust,the angle deflection of the first lens has a vital influence to the output intensity distribution.