复宗量拉盖尔-高斯光束通过矩形光阑的传输

利用拉盖尔-高斯模和厄米-高斯模的变换公式,并使用将二维矩孔光阑窗口函数展开为有限个复高斯函数之和的方法,得到了复宗量拉盖尔-高斯(LG)光束通过含矩形硬边光阑近轴ABCD光学系统的变换的解析传输公式,并对复宗量LG光束通过矩形硬边光阑的衍射和聚焦特性进行了研究。该方法对研究有不同几何对称性光阑光学系统的光束变换是有用的。     

拉盖尔-高斯光束的聚焦特性

使用Collins衍射积分公式,推导出无光阑限制情况下,聚焦拉盖尔-高斯光束的相对光强增量和焦移。对有光阑限制的拉盖尔-高斯光束作了详细的数值计算以说明其聚焦特性。     

分数傅里叶变换面上厄米-拉盖尔-高斯光束的变换特性

为了研究厄米-拉盖尔-高斯(HLG)光束在分数傅里叶变换(FRFT)面上的变换特性,利用柯林斯(Collins)公式,导出了其通过分数傅里叶变换系统后,在分数傅里叶变换面上的光强分布解析式.并利用此解析式作数值计算,研究了其在分数傅里叶变换面上的光强分布特性.研究表明,厄米-拉盖尔-高斯光束在分数傅里叶变换面上的光强分布受参量α,模指数m,n和分数傅里叶变换阶数p的影响.光强分布随p和α周期性变化,周期分别为2,2π.此外,厄米-拉盖尔-高斯光束通过分数傅里叶变换系统后,光束形状保持不变.     

空间光调制器产生拉盖尔-高斯光束方法研究

为了解决产生拉盖尔-高斯模式光束较难的问题,采用二进制振幅全息图方法,基于空间光调制器,产生了拉盖尔-高斯光束,进行了理论分析和实验验证。推导了高斯光束到拉盖尔-高斯光束傅里叶变换的传递函数,通过对拉盖尔-高斯模拟图的修正,得出了可以用于空间光调制器的二进制全息图; 搭建了基于4f系统的实验平台,取得了不同阶数的拉盖尔-高斯模式输出,并在实验中对产生的拉盖尔-高斯光束进行了检测。结果表明,此套装置搭建及操作简便,且可实现动态可控的光束输出,对于产生高阶涡旋光束以及因斯-高斯模式都有重要意义。     

方位角偏振光聚焦光斑的研究

对方位偏振平面波、高斯光束、贝塞尔-高斯光束和双环拉盖尔-高斯光束的聚焦特性进行了理论计算,分析了物镜数值孔径和截断因子对焦平面上光强分布、中心暗斑半径的影响,以及加入中心遮拦光阑对焦深和中心暗斑半径的影响。研究发现,4种模式光束形成的聚焦场中心暗斑半径随着数值孔径的增大,单调减小,其大小与数值孔径成反比,与波长成正比;截断因子的改变仅影响高斯光束和贝塞尔-高斯光束中心暗斑半径的大小,对其旁瓣强度的影响较小,但会使得双环拉盖尔-高斯光束焦场光强重新分配,能够形成等光强的双亮环结构;加入中心光阑能够减小焦平面上中心暗斑半径并增大焦深。     

拉盖尔－高斯光束的聚焦特性

使用Ｃｏｌｌｉｎｓ衍射积分公式，推导出无光阑限制情况下，聚焦拉盖尔－高斯光束的相对光强增量和焦移。对有光阑限制的拉盖尔－高斯光束作了详细的数值计算以说明其聚焦特性。     

拉盖尔-高斯光束通过有硬边光阑光学系统的传输

采用将硬边光阑展为有限个复高斯函数之和的方法,得到了拉盖尔-高斯光束通过有硬边光阑近轴ABCD光学系统中传输的近似解析公式,作了数值计算以说明传输公式的应用,并对使用该式的误差作了讨论。     

刀口法测量拉盖尔-高斯涡旋光斑的理论与实验研究

拉盖尔-高斯(LG0l)涡旋光束携带光轨道角动量,提供了额外复用自由度,可以极大提高光通信容量,实现该涡旋光束光斑半径的精确测量对其应用具有重要意义.刀口法由于廉价、方便、精度高、适用于较大功率的测量等优势,是测量光斑尺寸及束腰尺寸的理想方法.然而,以往刀口法的研究主要集中在基横模高斯光束上,尚缺少关于刀口法对LG0l涡旋光斑的测量研究.本文对基于刀口法的LG0l涡旋光斑尺寸测量进行了详细地理论分析和实验研究.理论分析中给出了刀口法测量LG0l涡旋光束的原理;实验上将螺旋相位板对基模高斯光束调制后产生的光束当作LG0l涡旋光束的近似,并采用刀口法测量了该LG0l(l=0,1和2)涡旋光的光斑;借助Mathematica程序数值拟合了实验测量的横向光场强度分布结果,得到了不同LG0l涡旋光束的光斑半径.根据光斑半径的特点可得出:经低涡旋阶数的螺旋相位板调制之后,基模高斯光束可变为相应涡旋阶数的LG0l涡旋光束,变换前后光斑半径基本保持不变.     

相干和非相干平顶高斯光束的比较研究

对完全相干和非相干平顶高斯光束的传输特性作了详细研究。提出了用有限个拉盖尔-高斯模或厄米-高斯模的部分相干迭加来产生部分相干平顶高斯光束,以满足某些实际应用要求的新方法。     

直接输出高阶横模激光器的实验研究

从理论和实验上研究了从激光器直接输出高阶拉盖尔-高斯（LG）光束和高阶厄密-高斯（HG）光束。首先从理论上研究了高阶LG光束和高阶HG光束的光强分布特性,并进行数值仿真。在实验研究中,利用445 nm的蓝光半导体激光器端面泵浦Pr:YLF晶体,在一定的条件下,能从平凹腔直接输出640 nm波长高阶LG光束和高阶HG光束。实验结果表明:从激光腔内输出的高阶LG光束和高阶HG光束与理论仿真基本一致。文中所报道的获得高阶模的实验装置简单,对产生高阶光束及其应用具有较重要价值。     

余弦高斯光束通过硬边光阑的解析传输公式

从Collins公式出发,对余弦高斯光束通过有光阑限制的一阶ABCD光学系统的传输进行了研究,采用将矩形域函数表示为复高斯光束迭加的技巧,推导出了普适的场分布的解析公式。作为应用例,对余弦高斯光束通过有硬边光阑的薄透镜聚焦系统进行了数值计算,计算结果表明,作者的结果与直接由Collins公式衍射积分所得结果一致。数值计算证明,用该方法能节约大量机时,并可推广到其它光束通过硬边光阑光学系统的传输研究。     

H-G光束经内含光阑光学系统传输的递推算法

推导出了厄米高斯(H-G)光束通过内含硬边光阑的近轴ABCD光学系统传输递推公式,由此可得出任意阶次的H-G光束场分布的解析表达式,并可解析地研究光阑对传输的影响。给出了数值计算用以说明所得的解析结果的应用和优点。     

受光阑限制厄米-余弦-高斯光束的解析传输公式

从Collins公式出发,推导出了厄米余弦高斯光束通过有硬边光阑近轴ABCD光学系统传输的递推公式。由递推公式,借助迭代算法,得出受光阑限制的任意阶厄米余弦高斯光束的解析传输公式。数值计算例证实了解析传输公式的正确性和优点。     

厄米- 高斯光束通过双矩孔的传输特性

基于硬边孔函数能拓展成一组有限复高斯函数的和，研究厄米-高斯光束通过双矩孔的传输特性，用Collins公式分析，用Matlab进行一些数值模拟。表明：传输特性与光束的参数、光学系统的参数、孔的大小和孔的间距密切相关。其结果可推广到其他孔、光束和多光束，本研究对控制光束和光学系统设计是十分有用的。     

多光阑光学系统对ChG光束的变换

基于将硬边光阑窗口函数展开为有限个复高斯函数之和的方法,推导出了双曲余弦高斯光束(ChG)通过多个光阑近轴ABCD光学系统的递推传输公式,该公式可用来解析地研究光束通过硬边光阑光学系统的传输特性。给出了数值计算结果,并与直接对Collins公式积分的结果进行了比较,显示出使用解析公式有节约大量机时的优点。     

受光阑限制离轴高斯光束的解析传输

激光束的传输特性在激光技术应用中有着重要的意义。光束的解析传输问题是激光光学中的难点之一。从Collins公式出发，详细研究了离轴高斯光束(OAGB)通过有光阑近轴ABCD光学系统的传输特性，推导出了受硬边光阑、高斯光阑或余弦光阑限制的离轴高斯光束通过近轴ABCD光学系统的解析传输公式，并讨论了硬边光阑、高斯光阑或余弦光阑之间的关系。数值计算证明了所得公式的正确性和优点。分析了求解受多光阑限制的激光束通过近轴ABCD光学系统的解析传输公式的困难性，结果表明，其困难性在于受单光阑限制激光束的解析传输公式中含有误差函数。     

空心高斯光束通过光阑透镜系统的传输特性

为了研究空心光束通过硬边光阑透镜傍轴ABCD光学系统后的传输特性,利用柯林斯衍射积分公式,推导出了空心高斯光束通过受圆孔硬边光阑限制的傍轴ABCD光学系统的传输公式,所得公式可用来描述空心高斯光束通过任意傍轴ABCD光学系统的传输.研究了光阑、透镜以及光阑透镜系统对空心高斯光束传输特性的影响,并用数值例做了详细说明.结果表明,光阑和透镜均会使光束的光场分布向源平面前移,光阑会破坏空心高斯光束的空心性,而单纯的透镜只改变光场分布,不会破坏光束的空心性.这一结果对于空心光束的产生和应用有理论指导意义.     

部分相干光通过多个硬边光阑ABCD光学系统传输的快速算法

部分相干光通过受光阑限制近轴ABCD光学系统传输是实际工作中一个十分有意义却是很困难的问题。虽然使用“Mathematia”编制的程序可对Collins公式作数值积分，但随着光阑数目的增加，计算变得非常繁琐和耗时。用有限个复高斯函数之和来逼近硬边光阑窗函数的方法，推导出了部分相干光通过多个硬边光阑ABCD光学系统传输的递推公式，提供了一种模拟部分相干光通过硬边光学系统传输的快速算法。计算示例表明，当离光阑不太近时，使用解析公式和直接对Collins公式作数值积分的结果符合甚好，并具有快速计算的主要优点，因此大为节约了机时。此外，由于将单光阑推广到多光阑的ABCD光学系统，并考虑了光束的部分空间相干性，因此所得结果更具一般性，且对多模部分相干激光是适用的。     

大气湍流对拉盖尔-高斯光束传播质量的影响

为了从系统的角度研究大气湍流对涡旋光束传播 质量的影响,根据广义惠更斯-菲涅尔积分和Kolmogorov湍流大气原理,利 用傅里叶光学分析方法和光束分步传播法对携带有轨道角动量(OAM)的 拉盖尔-高斯(LG)光束在湍流大气中的传播进行理论分析与数值仿真, 导出角谱形式的衍射模型及其对应的抽样限制条件。利用桶中功率(PIB,power in bucket)计算方法,分析湍流强度对不同OAM值的LG光束质量的 影响;引入高斯光束和点光源,对比评估典型光束的抗湍流能力。数值仿真结果表明:受大 气湍流影响,随着LG光束在湍流大气 中传播距离增加,光束会聚能力变弱有明显扩散;光束本身特有的环状光强分布及其相应的 相位分布都受到不同程度的破坏,损伤 程度与光束本身携带的OAM数有关;点光源对湍流的影响最为敏 感;高斯光束具有与小OAM值的LG光束相比拟的抗 湍流能力,且比大OAM数的LG光束有更强的抗湍流能力。