二维艾里光束飞秒成丝特性研究

艾里光束因具有无衍射、自愈和、横向自加速等奇异特性,自被发现以来便成为一个研究热点。对艾里光束的基本理论进行了简单的介绍。利用常用的分步傅里叶数值法对二维艾里光束在空气中的飞秒成丝特性进行了研究。重点计算了二维艾里光束在一定条件下初始光场随传播距离的演化过程。仿真结果表明:当入射的飞秒激光能量足够大时,二维艾里光束在传播很短的距离后便表现出强烈的成丝特性。光丝能量在一定传播距离内会维持较高水平,之后急剧衰减直至光丝消失。所做工作对后续开展相关实验研究具有一定指导意义。     

艾里(Airy)光束的零场截取和变换性质

本文用数值模拟证明 Airy光束或 Airy斑 (Airy Pattern)经零场截取后 ,其中央亮斑或 Airy芯(Airy disc)甚至在远场也不会产生新的衍射旁瓣 (在 10 - 3～ 10 - - 6 以下 )。尔后 ,举例分析了它独特的变换性质。     

半导体激光器光束特性的研究

研究半导体激光器(LD)的光束特性,并对其远场图像是近场图像的傅里叶变换进行了分析和推导。半导体激光器输出光束的方向性很差,发散角大致为10°-40°,并且在快轴和慢轴两个方向上相差较大,使得半导体激光器发射的激光束的束斑呈椭圆状,这对长距离传输很不利,因此本文还研究了光束的准直技术。     

艾里光束的远场特性及其演化规律

从艾里光束的理论基础出发,详细研究了艾里光束的远场传输特性,包括场强分布、光斑直径和桶中功率(Power in the Bucket,PIB)的演化过程。探讨了场强分布随截断因子a和任意横向刻度x0的变化规律,以及a和x0对艾里光束保持无衍射性质传输的距离(Distance with Keeping Non-diffraction,DKNd)、演化成类高斯分布的距离(Distance in which the Evolution became similar Guassian,DEG)和自弯曲程度(Self-bending Degree,SbD)的影响。研究发现:场强分布在演化成类高斯分布过程中,DKNd、DEG和SbD都随着x0的增大而增大,DKNd和DEG随a的增大而减小,a对SbD无影响。研究了艾里光束的光斑直径和PIB的演化规律, 发现在a值不同的情况下,在传输过程中光斑直径先保持不变后增加,PIB先减小后增大,最终等于0.76。     

不同能量背景的环形艾里飞秒激光光束大气成丝特性

自从第一次观察到飞秒激光大气成丝后,光丝备受科学家的关注。它的潜在应用价值主要包括电子加速、激光雷达远程遥感、太赫兹辐射和超短脉冲压缩。利用数值仿真的方法,通过改变艾里光束的衰减系数,研究了不同能量背景的环形艾里光束飞秒激光大气成丝特性,得到的光丝长度长于拥有相同峰值功率、弱能量背景高斯光束形成的光丝。通过分析飞秒激光光丝演化过程的时间和空间特性,发现了环形能量背景是环形艾里光束沿传播方向形成高能量密度光丝的前提条件。比较了环形艾里光束和高丝光束在成丝过程中的光谱展宽特性,发现不同衰减系数的环形艾里光束具有相似的光谱展宽特性,但要明显弱于高斯光束的光谱展宽。研究成果对与提升飞秒激光成丝效果具有参考意义。     

激光多普勒双光束横向测速技术研究

为了实现基于CWCO2激光的运动目标横向速度测量,使用双光束方式在室内进行了实验,得到了较清晰的多普勒频移信号,并对信号数据进行了滤波处理,以提高信噪比。计算出了运动目标速度并与实际速度进行了比较。结果表明,测得速度值与实际值相当接近。     

艾里光束调控与三维显微成像应用

艾里光束具有无衍射、自修复和自加速的传播特性,在光操控、非线性光学、光学成像等领域受到关注.本文介绍利用空间光调制器所构建的4f系统产生和调控艾里光束的方法.通过调控艾里光束的自弯曲传播点扩散函数,设计并实现了艾里光束三维重建显微镜,研究了该显微镜的成像性能,在40×/0.75 NA物镜下实现了横向分辨率约为0.5μm...     

基于微透镜阵列光束均匀化的傅里叶分析

为了提高高功率固体激光器泵浦光束的均匀性,分析了成像型和衍射型微透镜阵列匀化光束的基本原理,基于菲涅尔衍射和傅里叶变换公式,推导出了微透镜阵列焦平面上光强分布的解析表达式,比较了两种光束微透镜阵列对光束匀化的效果。同时,研究了成像型微透镜阵列子透镜的相对孔径及微透镜阵列间距对光强分布的影响。结果表明,成像型微透镜阵列具有更好地匀化效果,且子透镜孔径是影响光束均匀性最主要的因素。     

含负折射率平板介质中艾里高斯光束的传输特性

基于光学传输矩阵,结合柯林斯光学衍射公式,研究了艾里高斯光束在无损和有损含负折射率平板介质中传输时,其侧面光强分布图景演化特征。结果表明,当右手材料和双负材料折射率值恰好相反,并且左、右两侧右手单元长度之和等于双负单元长度时,可以实现输出面光强的完美还原;当双负材料折射率绝对值增大时,实现光强还原所需中间双负单元长度也越长,反之,绝对值减小时,长度越短;对于有损介质,电、磁振荡因子越小,输出光波性能越良好。进一步探究了ζ因子和指数截断因子a对这类光波传输特性的影响,其中,ζ因子不会影响艾里高斯光束的固有性质,但ζ越小,自弯曲特性越明显,并且主、旁瓣的径向尺寸都随ζ的减小而成倍减小;a因子可以调控光波的传输轮廓,使其在a<0.2时为艾里光束,而当a逐渐增大到0.7时,光波的外形轮廓已和高斯光束无异。     

加载光学涡旋的多光束圆形Airy光束的产生与传输

通过对具有加载光学涡旋的圆形Airy光束传输性质的研究,理论分析了笛卡尔坐标系下,利用分区域法加载光学涡旋的多光束圆形Airy光束的产生,并通过傅里叶变换与角谱传输定理,理论模拟了该光束的传输特性,讨论了加载不同拓扑荷数光学涡旋对光束传输特性的影响。结果表明:拓扑荷数的大小对聚焦位置影响不大,但随着拓扑荷数的增加,焦平面上光束中心处的空心尺寸变大,并且光束的突然自聚焦强度降低。由于该研究具有同时产生并在多光束上加载不同拓扑荷数光学涡旋的优点,在光操控多微粒领域及激光治疗等领域具有潜在的应用价值。     

余弦高斯光束的传输特性

对新型光束——余弦高斯光束在无光阑情况下自由空间的传输及通过薄透镜的传输和聚焦特性进行了分析计算.给出了在自由空间传输及通过薄透镜聚焦场的解析式,以及轴上光强和相对焦移的解析表达式,并对计算结果进行了比较.     

完美平顶涡旋光束北大核心CSCD

由于能够提供独特的光-物质交互界面,携带净轨道角动量的各类涡旋光束成为光场调控研究的热点问题。随着相关研究的不断深入,光镊以及非线性光学领域都特别需要一种具有均一空间强度分布且无曲率相位梯度的"完美平顶涡旋"光束。针对这一问题,从理论出发基于超高斯模型提出"完美平顶涡旋"的复振幅计算全息产生技术,并利用相位型空间光调制器构成的数字傅里叶变换系统实验论证了"完美平顶涡旋"在焦场区域的可控产生与调控,重点阐述了在给定孔径限制条件下获取光滑涡旋奇点的强度控制原理及方法。     

Airy光束的无衍射特性

本文首先证明Ａｉｒｙ光束的横向分布通过ＡＢＣＤ光学系统是不变量．进一步。用圆形光栏截到第一暗环，中心亮斑的传输将是无衍射的．     

平顶高斯光束通过透镜序列的传输特性

基于平顶高斯光束通过无光阑限制的ABCD光学系统的传输公式,对平顶高斯光束在透镜序列中的传输作了研究,并给出了数值计算例.     

椭圆高斯光束的分数傅里叶变换

利用分数傅里叶变换与Wigner分布函数旋转等效的性质 ,推导出了椭圆高斯光束在分数傅里叶变换平面上的光强分布和束宽的解析公式。研究了椭圆高斯光束光强和束宽随分数傅里叶变换阶数变化的规律 ,并给出了数值计算结果     

高阶双曲余弦高斯光束的传输性质

引入了高阶双曲余弦高斯光束,结果表明这类光束在一定参数条件下呈现平顶光束特征。这类光束可用偏心高斯光束或双曲余弦高斯光束的相干叠加而得到,因而也是傍轴波动方程的解,并讨论了它们在一阶光学系统中的传播性质。     

扭曲高斯-谢尔模型光束通过有限尺寸透镜的聚焦特性

用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分对扭曲高斯-谢尔模型光束通过有限尺寸透镜的聚焦特性作了详细研究。数值计算结果表明,扭曲高斯 谢尔模型光束的聚焦特性与系统菲涅耳数、光束截断参数、光束相干参数以及扭曲参数等有关。