偏振态纵向变化矢量光束研究进展(特邀)

立足于偏振态空域调控技术，矢量光束所特有的偏振态空间结构属性，使其在光学及其交叉学科领域表现出巨大的研究价值和应用潜力。以往的研究主要关注偏振态的横向空域调控，而纵向(传播)方向同样是重要的光场调控维度，偏振态纵向变化矢量光束的出现，拓展了矢量光束的调控维度，为光与物质的相互作用带来更多可能，引起了广泛关注。文中围绕着偏振态纵向空域调控技术的发展，介绍了基于纵向变化位相差和振幅差的偏振态纵向变化矢量光束生成理论，并总结归纳了利用相位调制和空间频谱滤波的两类实验生成方法。此外，文中还对偏振态纵向变化矢量光束目前存在的问题进行了讨论，并对其发展前景进行了展望。     

用频域Collins公式和Hankel变换研究光束的传输特性

用频域Collins公式和汉克尔变换研究了平顶高斯光束、贝塞尔超高斯光束以及拉盖尔高斯光束的传输特性,并与空域Collins公式计算结果作了比较,同时讨论了该方法的优点。     

脉冲光束在均匀色散介质中的传播

得到了脉冲高斯光束在均匀色散介质中传播的时域解析形式，由此讨论了脉冲的群速度色散、脉冲波前和时空耦合。     

有限束宽下超高斯光束经光栅对压缩的研究

利用有限束宽下入射脉冲通过光栅对压缩的理论模型,从脉冲光束的傅里叶角谱入手,分析了脉冲超高斯光束单次及两次通过光栅对时的变换特性,以及高阶色散对脉冲压缩的影响。结果表明,脉冲超高斯光束单次通过光栅对压缩器时,横向谱移动使得出射光束产生时间相关的空间移动而两次通过压缩器时则会消除此种影响。高阶色散不仅影响输出脉冲的时间特性同时还影响其空间特性,导致输出脉冲波形扭曲,产生时空畸变。     

广义光束和广义ABCD定律

从广义光束的概念出发，推导了几类常用广义光束的Ｑ参数表达式，从而将广义ＡＢＣＤ定律的适用范围从几何光学，球面波和高斯光束推广到广义光束，并对广义ＡＢＣＤ定律的应用条件作了深入分析，指出了研究几类常用光束传输变换时较合适的分析方法。     

非线性自聚焦介质中光束的非傍轴传输

在标量近似下,将非傍轴项近似等效为四阶空间色散和五阶非线性效应,利用变分法研究了高斯光束的传输特性。结果表明,在非傍轴情形下,高斯光束不会崩塌,而是经历聚焦 -散焦的周期性传输过程;光束初始功率越高,则周期越小。此外,高斯光束的自聚焦过程可以通过改变啁啾参数来控制,正负啁啾分别使光束第一次聚焦的距离缩短和延长,但两者都使光束的聚焦 -散焦的周期增大,而且啁啾值越大,周期也越大     

光束变换光学和光束质量研究的某些新进展

本对光束变换光学和光束质量研究的某些新进展，包括二维和三维非高斯光束通过一阶光束系统的传输，一般光束的分类及其光束质量的描述作了评述和分析，并对这一领域中需要解决的困难和问题作了讨论。     

光纤激光谱合成改善光束质量的研究进展

光束质量是衡量激光性能的重要指标。鉴于当前谱合成光束质量的研究现状,本文归纳出3种改善光束质量的方法：窄线宽法,双光栅色散补偿法,抑制光栅热变形法。对于每一种方法,详细介绍了其设计思路;综述了该思路下光束质量改善所取得的进展。此外,本文还展示了我们团队研究光栅热变形、影响光束质量的理论和实验成果。该成果表明：在30 W激光辐照下,2 min内,M²从1.06增加到1.26。显示出谱合成的光束质量是一个动态变化过程。     

脉冲光束在光栅对中的传输特性

运用矩阵方法分析了脉冲光束经过平面光栅对后角谱对时间延迟的影响,并且讨论了脉冲传输过程中空域和时域场分布的耦合特性．     

飞秒脉冲激光器腔镜二、三阶色散的理论研究

详细研究了飞秒脉冲激光腔镜的结构参数及光束入射角对其二、三阶色散的影响。得出了反射单一定时，二阶色散和三阶色出量随着膜料折射率比值和镀膜层数的增加而变大，当这两个参量分别超过１．６７和２５层时，三阶色散开始振荡．另外发现光束入射均对三阶色散的影响比二阶色散明显。     

光束反射中的若干新奇现象

本文对有限宽度的光束在两种不同光学性质的平面界面上反射中的若干新奇现象进行了系统的介绍．这里所说的反射中的新奇现象，指的是与经典几何光学反射定律不相一致的一切现象，主要介绍当光束从光密介质入射到光疏介质的界面上时的反射现象．本文就三种典型光束(平行光束、高斯光束与发散光束)的反射现象分述如下：     

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。     

宽角光束传播法在集成光学中的应用

阐明了一种简单的宽角光束传播法在集成光学中的应用，用该方法计算只需要同一般的光束传播法相同的内存和几乎相等的计算时间。但是宽角光束传播法具有较高的精度，尤其在模拟光波导中非旁轴光传轴时，宽角光束传播法更显其优点。     

超短脉冲高斯光束经聚焦透镜的光场形式

考虑到激光腔模中光腰的频率依赖性 ,得到了超短脉冲高斯光束经消色差透镜聚焦后光场的解析形式 ,并讨论了此时透镜群速度色散对光束聚焦性质的影响。分析了单透镜色差和群速度色散对超短脉冲高斯光束聚焦的时间分布及脉冲波面的影响 ;比较了消色差透镜及单透镜中脉冲初始光腰尺寸对聚焦的影响。     

激光大气传输热晕与光束抖动综合效应的数值模拟

研究了激光大气传输中热晕与光束抖动综合效应的数值模拟方法。一般情况下采用统计方法模拟光束抖动,当光束抖动频率远小于或远大于热晕特征频率时,用卷积的方法计算热晕与光束抖动综合作用下的光束远场光斑的光强分布。为了检验数值模拟方法的正确性,针对聚焦Gauss光束,计算了热晕与光束抖动综合作用下,焦平面上的光强分布。计算结果与经验公式的计算结果符合得很好,验证了数值模拟方法的正确性。     

激光光束传输特性分析─—等效波面曲率半径法

本文提出了利用光束等效波面曲率半径，并结合束宽及远场发散角来测量分析激光光束传输特性的方法，能以较高的精度确定激光光束的束腰位置ｚｏ，束腰处的束宽Ｄ＿ｏ及激光光束质量传输因子Ｍ￣２。这是一种可用于连续，重复频率脉冲及单脉冲激光光束传输特性的分析测量方法。文中还给出了实现这一方法的具体测量方案。     

无衍射贝塞尔光束的实现方法

无衍射光束是一种新兴的光束，它具有很好的应用前景，本文给出了无射贝塞尔光束的理论背景、实现方法及相应实验结果，比较了这些方法的优缺点，提出了无衍射光束的应用范围。     

半主动寻的激光制导系统的干涉编码方法

提出一种半主动寻的激光制导干涉编码方法,在传统时序编码基础上加入多子光束相干发射系统产生的空间干涉图样,形成时空域相融合的编码信号。设计一种多子光束相干发射系统,依据子光束良好的空间相干性进行空间构图,形成编码可控的空间干涉图样。计算结果表明:当参数K值（子光束对角线之比）在2.5~3.5之间时,干涉图样明暗相间程度最为明显,干涉图样最为纯净;当子光束相干发射系统中分束镜的位置偏移小于0.1（为激光波长）,角度偏离小于0.10（0为光束发散角）时,发射系统机械振动对制导系统的影响可忽略不计。     

用轴棱锥实现可改变的局域空心光束

理论和实验研究了利用轴棱锥-透镜系统产生的局域空心光束，分析了局域空心光束的演变过程，由简单的几何光学结构和近轴光线追迹的方法进行模拟。研究结果表明，局域空心光束的暗中空区域不仅与聚焦透镜的焦距有关，而且与光阑半径以及聚焦透镜到轴棱锥间的距离有关；对于给定的轴棱锥，局域空心光束的横向暗斑尺寸与焦距成正比，并且其纵向暗斑尺寸与聚焦透镜到轴棱锥间的距离以及光阑半径成反比。这些结果表明，改变聚焦透镜的焦距和聚焦透镜到轴棱锥间的距离以及光阑半径，可有效地改变局域空心光束的暗中空区域。     

改进的宽角光束传播法

依据Ｄｏｕｇａｌｓ算子，阐述了一种改进的宽角光束传播法（ＷＢＰＭ），此方法和传统的宽角光束传播法相比，在几乎不增加计算时间和计算机资源的情况下，把原数值计算时横向截断误差从ｏ（Δｘ）＾２减小到ｏ（Δｘ）４。该方法在宽角光束传播计算中，更显示出其优越性。