贝塞尔光束的特性及参量的影响

本文利用数值计算研究了Bessel光束的传播特性及参量对其的影响,发现Bessel光束的最大无 射距离与光矢量横向分量系数kr成 反比,而与光阑半径R成正比。最后,得到了一个计算最大无衍射距离的经验公式。     

基于编码电磁超表面的Bessel波束设计

编码电磁超表面构成信息超材料研究领域的一个分支. 文中提出了基于编码电磁超表面的Bessel波束产生设计方法，为Bessel波束的产生与调控提供了新的解决方案；同时对基于电磁超表面的Bessel波束产生与设计的基本方法进行了梳理总结. 首先通过反射型编码电磁超表面分别设计了不同类型的Bessel波束，包括单波束零阶Bessel波束、双波束零阶Bessel波束、单波束高阶Bessel波束以及双波束高阶Bessel波束；然后对于每一种类型的Bessel波束分别对应给出了有关的设计理论和方法，并通过全波电磁仿真的方法进行了相应的仿真验证；最后，鉴于信息超材料技术的发展，基于编码电磁超表面的Bessel波束设计可以进一步地应用于信息超材料有关的系统设计，如近场无线信息/能量传输、近场雷达探测与成像，这也为信息超材料提供了一种可供选择的应用场景.     

全固态调Q激光器产生脉冲Bessel光束

使用连续式输出的砷化镓半导体激光器泵浦的掺钕钒酸钇激光器作为光源,被动式通过轴棱锥产生Bessel光束.在激光谐振腔内加入Cr4+:YAG晶体调Q产生脉冲Bessel光束.理论模拟了1 064 nm波长光束经过轴棱锥之后的三维传播图和截面光强分布.通过实验得到了1 064 nm波长脉冲Bessel光束的脉冲宽度和脉冲重复率,并计算得到了单脉冲Bessel光束的能量和峰值功率.利用光束分析仪记录了1 064 nm波长Bessel光束的截面光强分布,并测量了中心光斑的直径,得到的数据与理论计算基本吻合.     

离轴障碍物Bessel光束的重建

利用Hankel理论,对障碍物离轴时Bessel光束的重建过程进行了分析.实验中,用体视显微镜及CCD系统记录了Bessel光束经离轴障碍物遮挡后的光强变化.针对Bessel光束被障碍物阻碍后的重建现象,对轴上障碍物及离轴障碍物两种情况进行了比较.结果表明,两种情况的遮挡均能使Bessel光束重建,不同的是对相同尺寸的障碍物离轴障碍物完全重建比轴上障碍物完全重建需要更长的距离.     

基于Bessel权向量的宽带波束形成器

针对均匀线阵接收宽带信号产生的方向图畸变问题, 提出了一种基于Bessel权向量的宽带波束形成器.从截断后的Bessel级数展开式与均匀线阵的方向图函数相似的特性出发, 推导Bessel级数的截断位置与阵列单元数的关系, 并确定使用第一类Bessel函数设计均匀线阵的权向量.仿真结果表明:应用Bessel权向量后, 在1~3 GHz频率范围内, 均匀线阵可以无失真地接收宽带信号, 不同频率的方向图函数幅值与期望方向图函数幅值的相对误差降低到10-3以下, 且单元越多相对误差越小.与现有方法相比, 本方法直接利用截断后的Bessel级数展开式系数设计权向量, 计算简单且精度高.     

增大Bessel光束无衍射距离的凹透镜系统

根据传统轴棱锥法产生Bessel光束的原理和凹透镜的几何光学效应,设计并模拟了一套提高Bessel光无衍射距离的光学系统。利用凹透镜的发散特性,将其分别放置在轴棱锥的前方与后方,使用Math CAD软件进行模拟并与传统轴棱锥法进行比较,得出结论:在轴棱锥前方放置凹透镜使Bessel光的无衍射距离从244 mm增大至638 mm,同时增大中心光斑半径。在轴棱锥后方放置凹透镜使Bessel光的无衍射距离从244 mm增大至406 mm。使用He-Ne激光作为光源进行实验验证,实验结果与理论分析及仿真模拟基本一致。可根据实际要求选择凹透镜的曲率半径和位置,得到无衍射距离较大、质量较高的Bessel光束。     

高阶贝塞尔2高斯光束通过一阶失调光学系统的传输

使用广义惠更斯2菲涅耳衍射积分和增广矩阵,研究了Bessel2Gaussian光束通过失调 一阶ABCD系统的传输特性。证明了在失调光学系统的作用下, Bessel2Gaussian光束不再保持其原有光束形状,光束也由原来的一环变为后来输出的双环光束。并且可以通过控制横向失调量E来调节中心暗区的大小。给出了Bessel2Gaussian光束通过失调一阶透镜光学系统的传输特性。     

利用无衍射贝塞耳光束多层面操控微粒

从理论上对无衍射贝塞耳(Bessel)光束的光强分布进行描述,模拟了贝塞耳光束经过障碍物后,不同传播距离的二维光强分布.进行了贝塞耳光束二次重建的实验,测定了相关的参量.实验所用障碍物的大小分别为400 μm,520 μm时,其最小重建距离分别为44 mm,60 mm.这说明障碍物的尺寸越小越容易重建.理论与实验证实,在一定的条件下,被障碍物阻碍的贝塞耳光束在自由空间里可以重建并且可以多层面地重建,研究结果可用于多层面微粒的操控.     

群时延精确设计的全差分四阶Bessel滤波器

采用MOS管有源电阻,提出了一种全差分R-MOSFET-C四阶Bessel有源低通滤波器,.通过调节工作于亚阈值区的CMOS管的沟道导纳补偿电阻值的大小,能抵消集成电路制造工艺中电阻值的一致偏差,实现Bessel有源滤波器群时延的精确设计.根据无源滤波器的状态方程完成有源滤波器的综合,应用3.3V,0.5μm CMOS工艺完成了群时延大小为0.75μs的四阶Bessel低通滤波器的管极计算机仿真,仿真结果表明所提电路正确有效,适于全集成.     

OBRESCHKOFF APPROXIMATION FOR TIME-DELAY NETWORK

This paper presents an analytic of Obreschkoff approximation for the time-delay network andits relation to the Bessel approximation.An analysis of its approximation characteristic with respect tothe frequency and time domains is carried out.Results show that the Obreschkoff approximation ismore accurate than the Bessel approximation.A practical example is also included.     

分数阶无衍射光束的实验研究

实验研究了轴棱锥聚焦分数阶涡旋光束获得分数阶贝塞尔光束。研究结果表明：当分数阶涡旋光束通过轴棱锥聚焦后,获得的分数阶贝塞尔光束其横截面上的光强分布具有高阶无衍射贝塞尔光束的特点;在轴棱锥后的最大准直距离内,光斑的形状基本保持不变,即呈现出很好的无衍射传输特性;另外还研究了轴棱锥角度改变对分数阶贝塞尔光束的影响,实验结果表明,轴棱锥的角度越大时,横截面光强图中的中心空心越小。     

轴棱锥聚焦涡旋光束获得高阶贝塞尔光束

采用轴棱锥聚焦涡旋光束,获得了高阶贝塞尔(Bessel)光束.首先,从理论模拟了涡旋光束经过轴棱锥聚焦后所获得的聚焦光强分布,结果表明,涡旋光束经过轴棱锥聚焦后可获得高阶贝塞尔光束.并且所获得的高阶贝塞尔光束的阶数与涡旋光束的拓扑电荷数相司.进而,从实验获得高阶贝塞尔光束,并且采用不同锥角的轴棱锥对涡旋光束进行聚焦,研...     

贝塞耳光束相干产生局域空心光束的实验研究

利用轴棱锥产生的两束贝塞耳光相干实现局域空心光束.基于"相干贝塞耳光产生具有塔尔博特效应的局域空心光束"的理论,数值模拟了两束贝塞耳光干涉后光场沿传输距离变化的光强分布及一个周期内光强的演变和局域空心光束的形成过程.实验中通过两个不同底角的轴棱锥产生两束具有不同径向波矢的贝塞耳光进行相干形成局域空心光束,实验结果与理论分析及数值模拟相吻合.     

A Comparison of Propagation Between Apertured Bessel and Gaussian beams

A true Bessel beam is a family of diffraction-free beams. Thus the most interesting and attractive characteristic of such beam is non-diffracting propagation. In optics, the comparisons of maximum propagation distance had been done between Bessel and Gaussian beams by Durnin and Sprangle, respectively. However, the results obtained by them are conflict due to the difference between their criteria. Because Bessel beams have many potential applications in millimeter wave bands, therefore, it is necessary and significant that the comparison is carried out at these bands. A new contrast criterion at millimeter wavelengths is proposed in our paper. Under this criterion, the numerical results are presented and a new conclusion is drawn.     

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。     

轴棱锥椭圆加工误差产生畸变无衍射光束的修正

轴棱锥的斜入射和加工误差对产生零阶贝塞耳光的光束质量有很大影响,而轴棱锥的加工误差常常是轴棱锥圆形横截面被加工成椭圆.由衍射理论和几何光学方法出发,分析了圆轴棱锥的斜入射和椭圆轴棱锥的正入射对产生贝塞耳光束质量影响的等价性.根据理论计算,模拟了圆轴棱锥的斜入射和椭圆轴棱锥加工误差的衍射光斑图.提出利用轴棱锥旋转法修正椭圆轴棱锥对无衍射贝塞耳光束质量的影响,获得了近似理想的贝塞耳光束,理论分析与模拟和实验结果基本相符.     

Generation of Bessel Beams at mm- and Sub mm-wavelengths by Binary Optical Elements

In this paper, binary optical elements (BOE’s) are designed for generating Bessel beams at mm- and sub mm- wavelengths. The design tool is to combine a genetic algorithm (GA) for global optimization with a two-dimension finite-difference time-domain (2-D FDTD) method for rigorous electromagnetic computation. The design process for converting a normally incident Gaussian beam into a Bessel beam is described in detail. Numerical results demonstrate that the designed BOE’s can not only successfully produce arbitrary order Bessel beams, but also have higher diffraction efficiencies when compared with amplitude holograms.     

贝塞耳光束的特性和无衍射光束相关概念的分析

基于我们的工作，本文分析了无衍射光束的物理意义，贝塞耳光束的传输变换和聚焦特性。然后，对与无衍射光束有关的一些易于混淆的概念提出了我们的看法。最后，对主要结果加以总结。     

涡旋光束经过轴棱锥后的聚焦特性

研究了涡旋光束通过轴棱锥聚焦后的聚焦特性。利用惠更斯-菲涅耳衍射积分理论推导了涡旋光束经过轴棱锥聚焦后所获得的聚焦光强分布。数值模拟结果表明,涡旋光束经过轴棱锥聚焦后可获得高阶贝塞尔光束。研究了不同锥角的轴棱锥对涡旋光束聚焦特性的影响以及不同拓扑电荷数对聚焦特性的影响。结果表明,在轴棱锥对应的最大准直距离内,所获得的高阶贝塞尔光束保持了原有的无衍射特性。