空心傍轴高斯光束的传输特性

推导了空心高斯光束经过傍轴光学系统的传输模型;利用导出的公式计算分析了卒心高斯光束在自由空间的传输特性;最后利用Matlab对传输方程进行模拟仿真.结果表明:高斯光束的阶数n和沿傍轴的传输距离z是控制空心光束的主要参数.随着阶数n的增大,高斯光束逐渐变为空心高斯光束,且中心暗斑和亮环的半径也相应增加;当传输距离z增大时...     

ELGB在湍流大气中通过圆形光阑的传输特性

为了研究复宗量拉盖尔-高斯光束在湍流大气中通过圆形光阑的传输特性,采用拓展的惠更斯-菲涅耳原理进行了理论推导和数值计算,得到了光强表达式和相应的计算图像。结果表明,光束在湍流大气中受到光阑限制传输时,当截断参量61,光束能够长距离传输且与源场时的光束横截面光强分布大致类似,仍为空心光束,但中心处光强的归一化值大于0;当截断参量1时,小孔的衍射效应不明显,与无小孔限制时非常类似,光束横截面光强分布变为高斯形状;大气湍流强度越小,越容易保持源场时的光束横截面光强分布;不同阶数光束在湍流大气中的传输特性也做了相应研究。该结果对于从事激光传输与自由空间光通讯是有帮助的。     

空心高斯光束通过圆环形硬边光阑的传输特性

通过把环形光阑函数展开为复高斯函数的方法,推导出了空心高斯光束(HGBs)通过环形光阑的传输近似解析公式,并对空心高斯光束通过圆环形硬边光阑的传输特性进行了研究,分析了不同内外半径下的光阑对输出光束的影响.分析结果表明,衍射特性与空心高斯光束的阶数、光阑宽度、光阑内径等因素有关.     

光阑对部分相干光束轴向偏振特性的影响

为了对控制光束传播的质量提供理论依据,采用光束相干-偏振矩阵理论中柯林斯公式,对高斯谢尔模型光束经光阑衍射后的轴向偏振特性进行了理论研究和数值分析.结果表明,由于光阑衍射,使得高斯谢尔模型光束的偏振出现非均匀分布,光束偏振度沿轴向出现振荡现象,并且随着光阑截断参数的减小、光束空间相干长度的增大以及传输距离的增大,振荡逐渐增强.相比之下,光束在自由空间沿轴向传输时,在近场区偏振度分布均匀,随着传输距离的增大、空间相干长度的减小,偏振度沿轴向分布逐渐增大.利用光阑可对部分相干光的轴向偏振传输特性进行控制,对实际应用有重要的参考价值.     

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.     

高阶贝塞尔-高斯光束通过圆孔硬边光阑的传输特性

文章通过把圆孔光阑函数展开为有限复高斯函数和的方法,用惠更斯-菲涅尔衍射积分,推导出了高阶贝塞尔高斯光束通过具有圆孔光阑的近轴ABCD光学系统的传输近似解析公式,并对高阶贝塞尔-高斯光束通过圆孔硬边光阑的传输特性进行了研究.分析结果表明,衍射特性与截断参数、贝塞尔函数的阶数以及光束的菲涅尔数等因素有关.     

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。     

四瓣高斯光束经过偏心圆孔限制的矢量非傍轴传输

基于矢量瑞利-索末菲衍射积分,建立了非傍轴条件下四瓣高斯光束经过偏心圆孔光阑在自由空间传输的矢量场模型。选取倾斜光轴作为参考光轴,借助于硬边圆孔的复高斯级数分解,得到了近场模型下衍射场分布的矢量解析式。通过数值计算和模拟,详细讨论了f参数、光束阶次、衍射孔位置和截断参数对像场分布的影响,包括衍射场主瓣强度的位置和光束宽度。这些结论有助于更好地理解四瓣高斯光束在离轴非对称光学系统中的传输特性。     

平顶高斯光束在失调光学系统中的传输特性

为了研究平顶高斯光束经含失调窄缝光阑的失调光学系统的传输特性,采用广义衍射积分法和用有限个复高斯函数之和来逼近窄缝光阑孔径函数的方法,得出了输出光束场分布的近似解析公式,并针对给定的光学系统和平顶高斯光束进行了分析和数值模拟。结果表明,当光阑半宽度与光束束腰半宽度之比较大时(大于1),光学系统的失调量比光阑的失调量对输出光束特性影响更显著。这一结果对分析平顶高斯光束传输特性是有帮助的。     

贝塞尔-高斯光束通过圆孔与圆环光阑的衍射

为了研究贝塞尔-高斯光束通过圆孔硬边光阑和圆环光阑的衍射特性,从Collins公式出发,采用数值模拟的方法模拟出光强分布.模拟结果表明,贝塞尔-高斯光束经圆孔光阑衍射后轴上光强随菲涅耳数F呈周期振荡;贝塞尔-高斯光束经圆环光阑后轴上光强随F呈振动衰减.在F相同时,贝塞尔-高斯光束经圆孔光阑衍射后横向光强分布比经圆环光阑衍射后横向光强分布平滑,孔径越小,光强调制越明显;当孔径与束腰相等时候,横向光强分布与菲涅耳数没有关系.     

硬边衍射光束的计算模拟

在激光的产生和传输过程中或多或少地要受到光阑的限制。因此,光束通过有硬边光阑限制光学系统传输问题的研究有重要实际意义。为此,已发展了多种模拟方法。一般情况下,对Collins公式直接数值积分是一种精确的模拟方法。但当光阑数增加时,计算变得非常繁琐和费时。使用四种简明方法,即解析公式法、递推算法、复高斯函数展开法和矩阵表示法来模拟硬边衍射光束,对这些方法的优点和使用范围作了分析．讨论了方法的改进。     

非傍轴矢量高斯光束

对傍轴近似下的光束传输变换问题进行了广泛的研究.但是,当光束有大的发散角或与波长相比拟的小光斑尺寸时,傍轴近似不再成立.已发展了多种非傍轴方法用以研究非傍轴光束的传输问题.对非傍轴光束的研究方法作了总结,使用角谱表示法和瑞利衍射积分公式对非傍轴矢量高斯光束的传输作了分析和比较.结果表明,基于瑞利衍射积分公式推导出的非傍轴矢量高斯光束在自由空间传输的解析公式在传输距离远大于波长时是严格的解析结果,并且在有光阑的情况下也是适用的.光束的非傍轴性主要由f参数决定,但当有光阑存在时,截断参数也对光束非傍轴行为产生影响.     

像散透镜对双曲余弦-高斯光束参量的影响

为了进一步研究双曲余弦-高斯光束的特性,从广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式出发,对双曲余弦-高斯光束通过像散透镜后的光束参量,例如束宽和远场发散角的相对误差作了研究.结果表明,束宽和远场发散角的相对误差与像散因子C2,偏心参量α,瑞利长度z0以及透镜焦距f等有关.几何焦面上x和y方向束宽的相对误差与像散系数C2和偏心参量α变化相同,而在像方束腰处两方向相对误差变化迥异.此外,束宽的相对误差还与传输距离z有关.因像散影响,在x和y方向远场发散角一般不相等,并且还与偏心参量α有关.     

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。     

反常涡旋光束锥形折射特性分析

为了分析反常涡旋光束的锥形折射,利用锥形折射衍射理论,给出了反常涡旋光束通过双轴晶体光场的表达式。通过数值模拟,分析了锥形折射的环半径和光束束腰半径的比值、光束阶数、拓扑荷数和传播距离等参数对传输特性的影响。结果表明:当锥形折射的环半径远大于光束束腰半径时,在焦像面处,反常涡旋光束的锥形折射光场与高斯光束的双环结构不同,其光场是多环结构;随着拓扑荷数的增加,在焦像面处的亮环数也会增加;光场进一步传输时,光场从多环结构转换成双环结构,且内外环结构特征也会发生变化。     

拉盖尔-高斯涡旋光束传播中的相位变化分析

为了研究拉盖尔-高斯涡旋光束在传播过程中的相位特性,采用螺旋相位板法获取涡旋光束,从菲涅耳衍射积分出发,对光束在传输过程中的相位变化以及整数阶与分数阶涡旋光束相位奇点的稳定性进行了理论推导和数值模拟。当光束传输一段距离后,光场在观察平面上的等相位线由发散的射线变成了花瓣状的弧线。结果表明,拓扑荷为整数阶的涡旋光束在传输过程中,相位奇点具有稳定性,而分数阶光束的相位奇点不再保持稳定性,其观察平面的光强分布不对称,且涡旋光束中心为暗核的特点消失。该结论对光学微操纵和光信息编码技术的实现具有理论指导意义。     

相关参量对纳秒贝塞尔光脉冲光束传输的影响

在广义的惠更斯-菲涅耳衍射积分理论和稳相法的基础上,研究了纳秒高斯光脉冲通过理想加工和截面成椭圆的轴棱锥后最大无衍射距离内的光场分布,根据导出的光场表达式,数值模拟了三维光强分布及相应光斑图.研究表明在椭圆加工误差存在的情况下,不同椭圆误差、不同传输距离、不同光波波长对纳秒贝塞尔光脉冲光束传输均有影响.实验采用胶片扫描法对垂直于传播轴的横截面内纳秒光斑进行了记录分析.实验结果和理论模拟吻合很好.     

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。     

梯度折射率介质对复变量sinh-Gaussian光束传输的影响

为了研究梯度折射率介质对复变量双曲正弦高斯光束的传输影响,利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法推导出了复变量双曲正弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输场,运用空间二阶矩的定义解出了光斑尺寸及其变化率的表达式,并进行了数值模拟分析。结果表明,光斑尺寸及其变化率随传输距离的增加呈周期性变化,周期由折射率系数决定;随光束参量的改变,光斑位置不变,周期性不变,但是光斑尺寸的振荡幅度要发生改变;通过调整这些参量,可以改变光斑尺寸及其位置。此项研究对大功率半导体激光器等方面的开发应用有帮助。     

高功率激光技术中的光束控制和相关问题

对高功率激光进行了研究。以平顶高斯光束为例,推导出了它通过无光阑和有光阑的近轴ABCD光学系统传输的解析表达式。给出了它的特征参数,包括光束传输因子(M2因子)、陡峭度(K参数)和桶中功率(PIB)并作了物理分析。最后,指出高功率激光光束控制应使光束在靶面上的功率/能量集中度、时间和空间波形、瞄准稳定性以及时间持续性等指标满足应用要求。