高阶Bessel-Gauss光束的产生方法

高阶贝塞尔-高斯(Bessel-Gauss)光束在一定条件下呈现"无衍射"特性,是一种具有广阔应用前景的空心光束。本文首先对高阶Bessel-Gauss光束的产生方法进行了分析和归类,将其产生方式分为主动式和被动式两大类。其次对获得高阶Bessel-Gauss光束的谐振腔法、几何光学法、光学全息法、计算全息法、非线性光学法等实验方法进行了阐述。最后总结了各种方法产生高阶Bessel-Gauss光束的优缺点。     

高斯光束变换成方形均匀焦斑的衍射光学元件的研究

采用二维加权串行迭代算法(WSI)设计了8台阶的衍射光学元件(DOE)进行激光光束整形,将圆形高斯激光束变换为10μm×10μm的方形均匀焦斑,同时满足了二维激光光束形状的改变及振幅分布均匀化的功能;应用到高密度全息存储中,实现了入射到记录材料上焦斑强度的均匀分布。模拟计算结果表明,转换到均匀区的能量效率达到912%,平顶区的不均匀度为46%,误差小于0023%,基本上达到了设计的要求。同时分析了衍射光学元件对入射高斯光束的束腰半径及傅里叶变换透镜焦距的宽容度,还制作出了8台阶量化相位衍射光学元件的三套掩膜板。     

用HIO算法研究光束的空间整形

基于HIO算法,设计了用于光束整形的二元光学元件,从两条不同的途径给出了高斯光束的整形结果。所得“平顶”光束的顶部均匀性很好,且边缘非常陡峭、旁瓣小,表明HIO算法是用于二元光学元件设计的有效算法。     

长加工距离的激光淬火光束的设计

利用Ｙ－Ｇ算法设计了一种衍射光学元件来对入射的高斯光束进行整形，获得在输出平面上光强成抛物线分布的光束，册时该聚焦平面与衍射光学元件的距离较长，可以解决透镜受污染、寿命短的问题。     

基于反射偏振膜的增强现实2D/3D兼容显示

为了将2D/3D兼容显示技术应用于增强现实设备中，本文提出了一种基于透镜阵列全息光学元件和反射偏振膜的增强现实2D/3D兼容显示系统。该系统利用反射偏振膜将投影光源进行反射或透射。反射光束载有2D显示片源，以此实现2D显示；透射光束载有3D显示片源，经透镜阵列全息光学元件调制后实现3D显示。反射偏振膜和透镜阵列全息光学元件对环境光均有较好的透过率，从而保证系统具有增强现实的光学透过性能。实验结果表明，所提增强现实2D/3D兼容显示系统能够在2D显示模式和3D显示模式之间进行自由切换，并且其环境光对比度高于显示标准要求的标准值3∶1。     

激光在含有光学元件的湍流中传输时的光束偏转

光学元件可能抑制或者加强大气湍流对激光传输性能的影响.研究了激光束在含有光学元件的湍流大气中的传输问题.根据空间滤波器原理,推导了激光束的随机偏转的解析表达式.作为一个特例,研究了高斯光束通过含有单个凸透镜的湍流大气的光束偏转,对其进行了数值计算,并与不存在光学元件时的光束漂移进行了对比.研究表明:不论光束是准直还是非准直的,光束偏转整体上都随传输距离的增加而增加,变化趋势基本一致,当传输距离相等时,存在凸透镜时的光束偏转都要小于不存在透镜时的光束漂移,激光传输性能得到改善.     

用计算全息元件对高斯光束实现贝塞尔变换

用干涉计算全息的方法制成一种能产生螺旋形波面Ａ（ｘ，ｙ）ｅｘｐ［ｉ（ｘ，ｙ）］＝ｅｘｎ［ｉθ］的计算全息元件（ＣＧＨ），并将其用来实现高斯光束的一阶贝塞尔变换。在理论上用计算机模拟此变换，求出变换后的光强分布曲线将其与实验结果进行了比较。还讨论了用该方法实现高斯光束的ｎ阶贝塞尔变换的可能性。     

高功率激光作用下光学元件非线性热效应研究

为了研究高功率激光作用下光学元件热效应的非线性特性对光束质量的影响, 基于热传导、热弹性力学、物理光学等基础理论, 采用有限元分析方法, 进行了高功率连续激光(功率密度约为500kW/cm2)作用下光学元件的温度场和位移场的计算; 分析对比了各个参数的非线性特性对光学元件热效应的影响; 探讨了不同材料、不同形状光斑辐照下的光学元件非线性热效应。结果表明, 高功率连续激光作用下光学元件所反映出的热学、力学和光学吸收存在着不同程度的非线性效应, 其强弱取决于光学元件材料、光斑形状等因素; 高斯激光辐照熔石英样品且吸收率为100×10-6时, 考虑物性参数和温度边界条件的非线性, 会引起表面最大温升16%的相对误差和表面变形峰谷值10%的相对误差。这一结果为开展与此相关的研究提供了一些新思路。     

终端靶场中相位畸变对近场光束质量的影响

终端靶场聚焦系统中的光学元件上存在不可避免的缺陷致使光场波前发生畸变,根据高功率激光装置终端靶场系统中强光束传输的特点,建立了描述光学元件引入的局域相位调制的模型,研究了终端靶场中具有高斯型相位波前畸变的平顶光束经过透镜会聚,并在后续防溅射板等熔石英介质中经历非线性增长的传输演变过程,详细分析了高斯型相位波前畸变、熔石英厚度和透镜焦距对终端靶场聚焦系统中的近场光束质量的影响。结果表明,高斯型波前畸变越严重、熔石英厚度越长、透镜焦距越短,近场光束质量越差,中高频增长越多。     

小孔径高斯光束整形元件的优化设计

高斯光束整形一直是二元光学研究领域中十分活跃的课题，虽然国内外学者对二元光学元件（BOE）的设计方法、优化算法以及整形光斑的形状等进行了广泛的研究和探讨，但都没有对输出光斑的尺寸进行讨论．本文是在考虑使输出光斑尺寸尽量小的前提下，对通过傅里叶变换系统将圆对称的高斯光束变换成均匀平顶光束的二元光学元件进行优化设计的，并根据测不准关系对光斑所能压缩的尺寸极限进行了初步探讨．光束的整形是将某一输入平面上光束的复振幅分布经光学系统变换为输出平面上符合要求的光束复振幅分布．本文采用的博里叶交换系统仅由一位…     

偏振全息术在光学时钟分布中的应用

提出了采用偏振全息术制做全息光学元件以实现光学时钟分布的方法。初步实验得到了可作为4输出时钟分布的全息光学元件，文中还提出了用偏振全息术获得多输出端时钟分布的方案。     

调制激光束加热下各向异性材料的光热特性研究

利用傅里叶变换求解三维热传导方程得到调制激光束照射下各向异性材料的交变温度场分布,研究了各向异性材料表面和不同深度的温度场幅度与相位,并讨论了材料的光热属性对温度场分布的影响,此外对如何测量各向异性材料的热扩散张量得到了一些有用结论。     

基于数字化二次曝光干涉的光学元件波前畸变测量

将傅立叶变换条纹分析方法与二次曝光全息干涉计量相结合，提出了数字化二次曝光干涉术，用于测量光学元件引入的波前畸变。文中给出了理论分析，模拟与光学实验结果证实提出的方法具有高精度、快速的波前测量特点，可应用于激光系统中光学元件的波前畸变在线检测。     

激光全息干涉在三维温度场可视化中的应用

介绍了实时激光全息干涉技术应用于三维温度场可视化的原理、实验装置与光路系统、实验结果等。通过实验成功地实现了3 种条件下三维温度场的可视化,定性地获得了溶液加热后内部温度的变化规律,并观测到溶液受热的初始阶段存在随时间迁移的“蘑菇”形干涉条纹。     

温度对光伏光折变晶体中高斯光束演化的影响

为了得到温度对有偏压光伏光折变晶体中高斯光束演化特性的影响结果,基于暗辐射强度对温度的依赖关系,研究了不同温度下高斯光束在光伏光折变晶体中的动态演化。将高斯光束作为入射波,采用数值方法求解波传播方程,当温度是300K时,与晶体匹配的高斯光束可演化成稳定的屏蔽光伏明孤子;当温度变化较大时,高斯光束变得不稳或者发散。在失配的条件下,通过改变晶体的温度能使一不稳定的高斯光束变成一稳定的明孤子波。结果表明,这种温度增加或减少控制下的光伏光折变晶体中高斯光束演化特性的改变有望应用于温控光器件。     

多光束全息光学头的实现及伺服信号分析

提出了多光束全息光学头的全新思想 ,它综合了多光束光学头并行存储和全息光学头灵巧紧凑的优点 ,在提高数据传输速率的同时还可以缩短随机存储时间。在此基础上 ,对该光学头的伺服信号进行了理论分析 ,并进行了实验研究。     

温度和强度对无偏压串联光折变晶体回路中高斯光束自偏转的影响

为了得到温度和强度对高斯光束在串联光折变晶体回路中自偏转的影响结果,假设一束暗孤子光束和一束高斯光束分别入射到串联光折变晶体回路中的两块晶体上,利用数值计算方法分析了暗孤子的最大光强或所处晶体温度变化对与明孤子匹配的高斯光束自偏转特性的影响.结果表明,高斯光束的偏转程度随暗孤子最大光强增加而增大,随晶体温度的升高而减小.这些结果对光控光器件、温控光器件的工程实现具有重要的参考价值。     

精确定位物方焦面位置的简便方法

提出一种利用细激光束和全息光栅精确定位光学系统物方焦平面位置的方法，可用于光学傅里叶交换、光学信息处理系统的调整。其优点是所用光学元件少，操作简便。     

Approximate scalar finite-element beam-propagation method withperfectly matched layers for anisotropic optical waveguides

The perfectly matched layer boundary condition for arbitrary anisotropic media is incorporated into the approximate scalar beam propagation method. The procedure is based on a finite-element method for three-dimensional anisotropic optical waveguides with off-diagonal elements in a permittivity tensor. In order to treat a wide-angle beam propagation, the Pade approximant operator is employed. To show the validity and usefulness of this approach, numerical results are presented for Gaussian beam propagation in free space and Gaussian beam excitation on a three-dimensional anisotropic optical waveguide     

高斯光束经衍射光栅的滤波特性研究

为了分析高斯光束经衍射光栅后的衍射特性,采用标量衍射理论推导出单色高斯光束的夫琅禾费衍射公式,在此基础上采用高斯光束耦合理论研究了复色高斯光束在衍射光栅的分光作用下的滤波特性,并与平行平面光束通过衍射光栅的分光特性进行了比较。结果表明,单色高斯光束在能量分布上与因子T相关,并且复色光束的滤波带宽会收窄。这为设计和优化高性能光滤波器提供了理论参考。