Bessel光束通过含光阑的球差分数傅里叶变换系统的传输

基于广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式,以LohmannⅠ型光学系统为例,推导出Bessel光束通过含光阑的球差分数傅里叶变换系统后的场分布表达式,通过数值模拟计算了Bessel光束在理想分数傅里叶变换系统中的传输特性以及光阑和球差对光束传输的影响规律。研究表明:Bessel光束通过分数傅里叶变换系统后不再保持其传输不变性;系统只含光阑时,可在常规傅里叶变换面上获得空心光束;系统同时存在光阑和球差时,正球差下输出面可获得聚焦性更好、中心光强更强的光束;光阑较小时,轴上光强分布主要受光阑影响,光阑达到一定数值后,轴上光强分布主要受球差影响。     

单透镜成象的分数傅里里叶变换分析

利用描述光波傍轴传输的光学分数傅里叶变换基本关系式,对单透镜系统进行分析,结果表明,单透镜系统可实现任意阶分数傅里叶变换,Lohmann第一类光学分数傅里叶变换装置是其特例,单透镜成像过程是进行阶次为π的分数傅里叶变换,进一步表明光学分数傅里叶变换的物理实质是光波的菲涅耳衍射。     

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.     

用快速傅里叶变换法分析超高斯反射镜腔的光场分布

常规非稳腔由于输出耦合镜硬边光阑的衍射效应而影响了激光输出。使用非均匀反射镜，可以起到软边光阑的作用，改善了输出光束的光场分布特性。高斯分布反射镜已经被广泛应用，超高斯分布反射镜的提出是对非均匀反射腔的一大改进。快速傅里叶变换(FFT)方法是计算激光腔光场分布的一种方便快捷的方法，利用快速傅里叶变换方法分析了超高斯反射镜腔的腔内三维光场分布情况，并模拟了热透镜焦距变化时腔内光场分布的变化。然后分别在空腔和考虑热透镜效应的情况下对输出光束的光场分布进行了理论模拟，并讨论了热透镜效应对输出光场分布的影响。     

离轴傅里叶变换全息透镜的附加位相讨论

离轴全息透镜可以把入射光波变为入射波的傅里叶变换与一个离轴引起的附加位相因子的乘积,本文说明如何通过选择记录和再现时光路的参数。来减小附加位相的影响,从而用离轴全息透镜实现准傅里叶变换。     

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。     

分数傅里叶变换全息图及其再现像的解析性

将分数傅里叶变换用于全息图制作,针对各种记录方式,全面研究了分数傅里叶变换全息图无透镜再现像的共轭关系和放大率关系,确切完整地给出了分数傅里叶全息术傍轴几何光学理论的数学表达和物理解释。计算机模拟实验证明了结论的可靠与可行。     

全息透镜傅里叶变换特性分析

利用一点光源和一束倾斜平行光拍摄了一种离轴全息透镜,并对其傅里叶变换特性进行了分析。将输入图像置于这种全息透镜的前面或后面,均能得到物体的傅里叶变换功率谱。图像尺寸越小,全息透镜的焦距越长,产生的误差越小。当物体位于偏离主轴的前焦面时,能够得到物体准确的傅里叶变换。     

数字离轴无透镜傅里叶变换全息重建方法研究

为了提高再现像质量,对数字全息常见算法进行了比较研究.根据全息理论和线性系统理论,研究了利用菲涅耳近似法和基于瑞利-索末菲衍射积分的卷积法数值重建离轴无透镜傅里叶变换全息的方法,并做了计算机模拟.结果表明,在记录距离很短的情况下,尽管记录距离不满足通常的菲涅耳近似条件,菲涅耳近似公式仍然成立;自由空间脉冲响应的快速傅里叶变换在不同的记录距离性质不同,由瑞利-索末菲衍射积分利用卷积方法得到的再现像质不理想;对于离轴无透镜傅里叶变换全息显微来说,菲涅耳近似重建方法优于卷积方法.     

带透镜球差的分数傅立叶变换

从Lohmann提出的两类分数博立叶变换系统出发,引入了透镜球差并分析了球差对分数傅立叶变换系统的影响。以平面波入射为例,进行了数值计算。研究表明．球差对分数傅立叶变换面上光强分布的影响是显著的;在相同球差的情况下,两类系统相同分数傅立叶变换面上的光强分布明显不同;正、负球差和不同大小的球差．它们的作用是不同的。因而,在透镜有球差的情况下,Lohmann提出的两类实现分数傅立叶变换的化学装置不再等价。     

单驱动变曲率单晶硅反射镜的研究

为了解决高能激光器输出光束的光束质量随时间蜕变的问题,提出了一种主动光学元件的结构,只使用一个驱动器使反射镜的曲率产生可控制的改变,用以补偿高能激光器中增益介质或光学元件因热效应而产生的球差。通过理论模拟计算和实验研究对比验证,这种结构能够使单晶硅基底的反射镜产生微小变形,通过精确控制驱动器,可以使反射镜产生所需要的曲率变化。结果表明,这种主动光学元件可以用于谐振腔内补偿高能激光器中热效应产生的球差项的影响。     

高斯光束经含光阑失调光学系统的传输特性

为分析光学系统中圆孔光阑和透镜失调对高斯光束传输特性的影响,利用硬边椭圆光阑的近似展开式和适用于失调光学系统的广义衍射公式,推导了高斯光束经含失调圆孔光阑的失调光学系统传输的近似解析式,得出了输出光束场分布与光束参量、孔径尺寸、ABCD矩阵元、光阑和光学系统失调量间的关系。针对特定光学系统,定量分析了各失调量对输出光束场分布的影响。     

高斯光束经含失调透镜的猫眼系统反射特性研究

为了分析猫眼光学系统中透镜失调对高斯光束反射特性的影响,将分划板的光瞳函数展为有限项复高斯函数之和,并利用适用于失调光学系统的广义衍射公式,求解了高斯光束经含失调透镜的猫眼光学系统的反射光场近似解析式,针对给定猫眼光学系统定量分析了透镜失调量对反射光束场分布的影响.结果表明,透镜的角位移比横位移对反射光束传输特性的影响...     

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。     

基于基本光学单元的分数傅里叶变换算法

提出两种分数傅里叶变换数值计算新方法。本文用分数傅里叶变换描述信息在光学系统中的传输过程 ,分别基于分数傅里叶变换与菲涅尔变换之间联系和基于基本光学单元 (薄透镜及其组合 )实现分数傅里叶变换。该算法与光传输物理过程有着直观的联系 ,计算时光学系统的焦距、距离等参数可调。避免了传统算法中“变换核”等复杂计算 ,便于计算复杂光路和缩短计算时间。以三种飞机 (及字符 )光学模式识别实验为例 ,给出了空域 -频域变换混合光路的计算流程与结果     

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。     

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。     

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。     

成像光谱仪的离轴反射式光学系统设计

高分辨率成像光谱仪要求光学系统在宽视场和宽波段范围内具有高的空间分辨率和光谱分辨率。根据同轴三反光学系统初级像差理论计算初始结构,并分别将孔径光阑置于主镜、次镜和三镜焦点,通过光阑和视场离轴,设计了无中心遮拦的离轴反射式光学系统。其光谱范围为1.0~2.5 m,焦距f=1 600 mm,相对孔径为1/ 5,视场角为6.861.48,满足成像光谱仪宽视场、大相对孔径离轴三反消象散光学系统的设计指标。     

分数傅里叶变换产生分数泰伯效应

讨论了如何使用分数傅里叶变换来产生分数泰伯效应，导出了要产生这种双重变换的光学条件，变换后的周期、变换比例因子和级联运算法则，并进行了实验验证。这种双重变换有助于光学系统的设计、分析和计算。最后给出了应用实例