椭圆平顶高斯光束的聚焦特性

用张量方法定义了三维不可分离变量的椭圆平顶高斯光束(EFGB),通过级数分解法把EFGB分解成多个椭圆厄米-高斯模(EHGB)的叠加形式,利用椭圆厄米-高斯模的传输公式导出了EFGB通过非轴对称光学系统的传输公式,该公式和直接用矢量积分方法得出的结果是等效的.利用导出的公式,我们研究了EFGB通过轴对称透镜和非轴对称透镜的聚焦特性.结果表明,EFGB通过轴对称透镜和非轴对称透镜的聚焦后光强演化的规律不同.EFGB聚焦后,近场光强分布变化很快,特别是焦点前后,同时光强分布会发生旋转.结果还表明,不同阶次的EFGB经过透镜后的光强演化的快慢不同,阶次大的变化较慢.另外,轴上相对光强分布也跟阶数有关.(PG1)     

部分相干平顶高斯光束的传输特性

本文采用Huygens-Fresnel衍射积分公式导出了部分相干平顶高斯光束（PCFGB）经过ABCD光学系统传输公式;进一步导出了采用二阶矩定义的等效束宽和Kurtosis因子的传输公式;利用导出的公式计算了PCFGB在自由空间中的传输特性,并和相干平顶高斯光束（FGB）的传输特性作了比较分析。结果表明,PCFGB在传输过程中其光强分布的平顶部分不会消退,而且它的平顶化程度越来越,但其束宽迅速增大。     

球差透镜对余弦高斯光束聚焦特性的影响

本文基于余弦高斯光束通过球差透镜聚焦的轴上光强分布表达式,讨论了球差系数格。及高斯光束菲涅耳数Nw对轴．卜光强的影响。数值计算结果表明负球差可作为获得轴向光强平顶分布的一种方法。当无球差时,最佳聚焦点位于几何焦点的左侧。当透镜具有正球差时,通过改变菲涅耳数Nw可以实现最佳聚焦点由几何焦点左侧zf1快速跃变到右侧zf2,此时出现焦开关现象。球差系数越大,对应的相对跃迁量△zf=｜zf1-zf2｜也越大,而临界菲涅耳数（Nw）。则越小,如当格kS2=0．5和0．3时,发生跃变的临界点分别为（Nw）0.5=7．03和（Nw）0.3=8．68,其相对跃迁量△zf分别为0．246及0．146。     

平顶高斯光束通过光阑透镜的焦移

从Collins公式出发,研究了平顶高斯光束通过光阑透镜的焦移,并用大量数值计算例予以说明。研究表明,截断平顶高斯光束的焦移不但由光束的阶数N、光束菲涅耳Fw决定,还与孔径菲涅耳数Fa有关。与无光阑情形比较,对于光阑透镜,即使在Fw很大的情况下,仍然存在焦移。     

强激光的计算模拟:平顶高斯光束模型

基于广义惠更斯－菲涅耳衍射积分,将平顶高斯光束作为一个整体光束,对其基本性质和变换特性作了统一研究。推导出了平顶高斯光束通过有线性增益（损耗）的近轴ABCD光学系统、无光阑和有光阑ABCD光学系统后解析形式的传输方程。对平顶高斯光束的相似变换以及与超高斯光束的一致性也作了分析。所得结果对强激光的模拟提供了一个有用的计算模型。     

高斯光束的复数变换与几何光学方法

从高斯光束复参数的三角形式和菲涅耳数出发,利用复数分式线性变换方法,推导出高斯光束参数变换的类几何光学公式;并利用共轭、互易、反演点对变换方法图解高斯光束传输变换特性。     

双曲余弦高斯光束的聚焦特性

使用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分推导出双曲余弦高斯光束通过透镜聚焦的解析传输公式,从所得公式出发研究了聚焦光强随偏心参数的变化,讨论了光束的偏心参数和菲涅耳数对焦移的影响.研究得出偏心参数取恰当数值时光束达到最佳聚焦效果.     

贝塞尔-高斯光束经球差透镜的聚焦特性

利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分推导了一种涡漩光束——贝塞尔-高斯光束经球差透镜聚焦后的光场表达式,并利用数值计算分析了球差系数对聚焦光束光强剖面分布的影响。研究表明,通过改变球差系数,可以改变零阶贝塞尔-高斯光束轴上光强最大值点的位置,球差的存在使轴上光强最大值减小。零阶贝塞尔-高斯光束经球差透镜聚焦后不能保持其传输不变性,在几何焦面上光强剖面类似于高斯形分布,而实际焦点所在面上的分布则仍具有零阶贝塞尔函数的特征。对于一阶贝塞尔—高斯光束,球差的存在会改变其横向光强分布。     

平顶高斯光束相干合成在大气湍流中的传输

光束合成是将多个激光器的输出光束在远场叠加起来,从而实现高功率、高光束质量的激光输出,因此在遥感、跟踪、远距离光通信等领域中具有广泛的应用前景.研究了一维线阵平顶高斯光束的相干合成在大气湍流中的远场传输特性及能量集中度,推导出合成光束的光强传输及桶中功率、二阶矩束宽解析式.研究表明,合成光束随着传输距离的增加,最终演化...     

高阶模高斯光束入射时透镜光轴上的光场分布

应用惠更斯－菲涅耳原理和薄透镜的傅里叶变换对柱对称高阶模高斯光束入射时透镜光轴上的光场分布进行了分析，得到了光场复振幅分布的一般表达式，给出了数值计算结果。     

高斯光束通过多高斯光阑ABCD系统的传输

基于Collins公式和Sylvester定理,推导出高斯光束通过多高斯光阑傍轴ABCD光学系统的解析传输公式。并以数值计算例对公式的应用加以说明。     

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。     

Propagating property of flat-topped multi-Gaussian beams passing through a misaligned optical system with two-lens and two-diaphragm

The optical elements' maladjustment is a potential threaten in optical systems,thus,the transmission feature of laser beams passing through a misaligned optical system is widely studied.By using approximate expansion of circle diaphragm and generalized Huygens-Fresnel diffraction formula,a universal analytic expression is deduced for the flat-topped multi-Gaussian beams passing through a misaligned optical system with two-lens and two-diaphragm.The study on the propagating property of fundamental-mode Gaussian beams and a flat-topped multi-Gaussian beam is carried out accordingly.The expansion of complex Gauss function of misaligned optical circle diaphragm is given,as well as a group of new parameter values of the expansion of complex Gauss function.By using the new parameter values,the influence of disadjust parameters on output intensity distribution is analyzed numerically.The result shows that the diaphragms'offset can make the beams offset or covered,and the second diaphragm influences more;the angle deflection of diaphragms can make light beams compressed in the deflection direction,and the first diaphragm influences more;the offset of the first lens can weaken light intensity in the same direction of the lens offset,and the offset of the second lens can weaken light intensity in the opposite direction of the lens offset;the angle deflection of the first lens can make light beams move to the opposite direction,and the angle deflection of the second lens has no influence;when all the diaphragms and the lenses are disadjust,the angle deflection of the first lens has a vital influence to the output intensity distribution.     

平顶高斯光束通过硬边光阑传输算法的改进

用傅里叶级数和复高斯函数的乘积对硬边光阑的窗口函数进一步拟合,对平顶高斯光束通过硬边光阑光学系统的模拟算法作了改进,并给出了近似解析传输公式.对直接积分Collins公式和使用Wen方法的数值计算结果作了比较.研究表明,只要傅里叶级数项数不少于30,改进后的算法比直接用复高斯函数展开具有更高的计算精度.     

高斯光束通过位相板后的变化

对基模和高阶高斯光束通过位相板后的变化作了详细的计算分析.研究表明,位相板可以改变光场分布和用功率含量百分比定义的Me2 因子,甚至使Me22.     

三维平顶高斯光束通过环形光阑的传输特性

利用Collins衍射积分公式对三维平顶高斯光束通过有中心遮拦的矩形环状光阑的传输特性进行了详细研究。对菲涅耳衍射和夫琅和费衍射的数值计算结果表明,遮拦比e和截断参数δ对其光强分布和远场能量(功率)集中度有影响。     

初级相差对多色部分相干平顶高斯光束光谱移动与光谱开关的影响

基于部分相干光的传输理论,研究了有初级像差多色部分相干平顶高斯光束被光阑衍射后的光谱变化规律,并通过数值计算,重点对球差、慧差、像散、场曲和畸变等初级相差对光谱移动和光谱开关的影响进行了分析比较.研究表明:在考虑光学系统存在各种初级像差的情况下,轴上光谱也会出现光谱移动和光谱开关.光谱移动和光谱开关不仅与光阑截断参数、...     

非傍轴余弦平方-高斯光束的传输特性

基于功率密度的二阶矩方法,数值模拟研究了非傍轴余弦平方-高斯光束的束宽、远场发散角和M2因子.计算结果表明:1)束腰宽度W0(0)随w0/λ的增大而增大.当w0/λ较大(w0/λ≥0.5)时,束腰宽度随着偏心参数的增大而减小. 2)当w0/λ→0时,远场发散角趋于渐近值θ0max=63.435°,与偏心参数α无关.3)在非傍轴范畴,余弦平方-高斯光束的M2因子不仅与偏心参数α有关,而且还与初始束腰宽度和波长之比w0/λ有关.当w0/λ足够小时, M2因子可小于1.对给定的偏心参数α,M2因子随w0/λ的变化并非总是单调的.M2因子随w0/λ的增大而增大,当达到最大值后又逐渐减小,最后渐近趋于一稳定值.     

相位屏法研究平顶高斯光束的大气传输特性

由于理论研究和实验研究的局限性,用随机相位屏描述湍流大气对激光束的影响,模拟了平顶高斯光束经湍流大气传输时的远场光斑,并进行了统计分析。结果表明,平顶高斯光束经弱湍流大气传输时,短曝光光斑由中心小暗斑和外侧不规则的亮斑组成,湍流增强使光斑破碎,光强分布杂乱无章;对长曝光光斑而言,弱湍流情况下,光斑形状规则,光强分布存在中心凹陷现象,湍流增强使光斑变为椭圆,但光强变为近似成高斯分布。对于本文的参数值,湍流强度为C2n=10-16m-2/3时,光斑质心沿x和y方向分别在[-7.5 mm,7.5 mm]和[-10 mm,10 mm]随机变化,湍流增强使质心漂移标准差变大,同一湍流情况下,平顶高斯光束质心漂移的标准差要比高斯光束小。