部分相干光聚焦场特性的分析

基于广义衍射积分和部分相干光理论,本文对高斯-谢尔模型光束通过有光阑透镜和列阵线聚焦光学系统的聚焦场特性作了物理分析和数值计算,得出了一些对实际工作有用的结果.     

透镜球差对拉盖尔-高斯涡旋光束聚焦特性的影响及改善方法

涡旋光场调控对涡旋光在激光通信、生物操控等领域的应用研究具有重要意义。为了揭示透镜球差对拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian,LG)涡旋光束传输特性的影响,本文基于菲涅尔衍射理论,模拟研究了不同透镜球差系数下的LG光束聚焦场的强度、相位以及螺旋谱分布。结果表明:光学系统初级球差系数的增大恶化了LG光束聚焦场的强度分布和螺旋相位,弥散了轨道角动量(orbital angular momentum,OAM) 。由此,本文提出了一种光阑补偿方案,通过在透镜前添加大小合适的圆孔光阑,以消除透镜像差。光阑补偿后的LG光束聚焦场由星芒状空心分布恢复为空心圆环分布,OAM态保持单一稳定。本研究工作为改善透镜像差对涡旋光的传输影响提供了解决方案。     

基于贝塞尔光束的复合光场调控超衍射聚焦

新型光场调控技术已经在焦场调控、光学微加工、光学微操纵和光通信等领域取得了众多重要成果。提出了一种基于贝塞尔光束的复合光场调控方案,利用贝塞尔光束固有角谱和环形光阑的锐边衍射实现了远距离的超衍射极限聚焦。理论和实验结果表明,轴棱锥-透镜系统生成的局域空心光束经环形光阑产生锐边衍射,其高频成份得到增强,从而具有超衍射聚焦特性。该局域聚焦光场与周围旁瓣光场距离很远,有望应用于远场超分辨显微成像和光镊等领域。     

矩形光阑限制下高斯光束的衍射特性分析

为了研究矩形光阑边长与透镜像方焦面处光束光斑尺寸以及光斑内所包含功率的关系,根据高斯光束经矩形光阑和透镜变换后在透镜像方焦面的衍射场分布表达式,采用MATLAB进行数值计算的方法,进行了理论分析。结果表明,当光阑对光束的衍射影响明显时,光束衍射场的中央亮条纹的宽度随着光阑边长的增大而减小;当光阑对光束的衍射影响极小时,中央亮条纹的宽度随着光阑边长的增加而阶跃变化,中央亮条纹强度的半最大值宽度随着光阑边长的增大而减小;当光阑对光束衍射影响极小时,中央亮条纹半最大值宽度趋近于一定值。给出的中央亮条纹强度半最大值宽度与矩形光阑边长关系的拟合表达式,可为激光应用装置的设计提供理论支持。     

激光干扰CCD规则亮点分布原理研究

激光干扰CCD时光的传输过程的研究,对激光干扰CCD干扰图像的仿真、干扰效果的分析等具有重要意义。理论分析了考虑探测器表面反射时的激光干扰CCD时光的传输过程。由于透镜的作用,首先激光会聚焦到探测器表面。聚焦光会被探测器表面反射。由于CCD探测面是网格状分布,反射光的分布会被这一结构调制。反射后的光经过透镜,会成像在某些平面上。根据透镜中光的传输计算发现,因为透镜的傅里叶变换作用,光阑平面上会出现周期性的亮点分布。由于光阑平面上不透光的部分的反射,亮点会再次成像在探测器表面上。仿真了亮点被光阑平面上不透光部分的反射后,经过光阑后面的透镜又成像在探测器上的过程,得到了规则的周期性的亮点分布。实验结果验证了这一理论。     

一种获得平顶激光光强分布的方法

从Huygens-Fresnel衍射积分出发,计算高斯光束经过初级球差透镜聚焦之后的衍射光场.数值结果表明,当透镜的球差系数为负时,在聚焦光场的两个位置,得到了平顶激光光强分布.还讨论了透镜的菲涅耳数对平顶激光光强分布及其出现位置的影响.结果表明,透镜的菲涅耳数愈小,出现平顶激光光强分布的位置愈往聚焦透镜移动.并且,当透镜的菲涅耳数较小时,平顶激光光强分布的顶部呈现光强调制.计算结果表明,负球差透镜可作为获得平顶激光光强分布的简单方法.     

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.     

利用球差透镜获得超衍射极限聚焦

从ＨｕｙｇｅｎｓＦｒｅｓｎｅｌ衍射积分公式出发,得到了高斯光束经过球差透镜聚焦之后聚焦光场的光强分布的表示式。数值计算结果表明,当透镜存在负球差时,可获得超衍射极限聚焦,即得到的聚焦光斑比高斯光束经过无球差透镜聚焦而得到的聚焦光斑还小。并且,透镜的负球差系数越大,得到的聚焦光斑越小。相反,当高斯光束经过正球差透镜聚焦,得到的聚焦光斑比无球差时大。透镜的球差系数愈大,得到的聚焦光斑愈大。讨论了透镜的球差对轴上光强最大点（最佳聚焦点）的影响。     

余弦高斯光束通过硬边光阑的解析传输公式

从Collins公式出发,对余弦高斯光束通过有光阑限制的一阶ABCD光学系统的传输进行了研究,采用将矩形域函数表示为复高斯光束迭加的技巧,推导出了普适的场分布的解析公式。作为应用例,对余弦高斯光束通过有硬边光阑的薄透镜聚焦系统进行了数值计算,计算结果表明,作者的结果与直接由Collins公式衍射积分所得结果一致。数值计算证明,用该方法能节约大量机时,并可推广到其它光束通过硬边光阑光学系统的传输研究。     

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。     

贝塞尔光束通过光阑-透镜分离系统的焦移

利用Collins衍射积分公式推导了贝塞尔光束通过光阑透镜分离系统后的轴上光强分布公式,并详细分析了这一情况下的焦移。依赖于光阑透镜的分离程度其相对焦移可能相反。     

高能激光系统中齿形切趾光阑的聚焦特性研究

为了提高高能激光系统光束质量,采用理论和实验相结合方法,对圆孔光阑和齿形切趾光阑的远场聚焦特性进行了理论分析和实验验证,并与圆孔光阑的远场衍射作了比较.结果表明,当圆孔光阑的硬边变成齿状的软边时,远场衍射的次极大值在一定程度上会降低;当齿状光阑齿数增多时,远场衍射光斑周边辐射状的穗状条纹将变得均匀,而且能量密度减弱,仅为峰值能量的0.01.理论和实验相符合,对指导齿形切趾光阑的制作和在激光工程中应用具有重要的参考意义.     

截断高斯-谢尔模型光束聚焦特性的快速分析

以圆形函数可近似展开为有限数目的复高斯函数叠加为基础,推导出部分相干高斯谢尔模型(GSM)光束通过圆形光阑透镜的轴上聚焦光强分布的解析计算公式,并与衍射积分方法所得的结果进行比较分析。结果表明,复高斯函数叠加的方法能极大地提高计算效率。     

一种用于彩色投影CRT的高分辨率电子枪

本文介绍用一种选择型预聚焦透镜来减小球差。我们采用计算机分析计算来设计电子枪。这种磁聚焦电子枪在束电流为4毫安时能提供0. 2毫米的光点尺寸。     

部分相干圆偏振反常涡旋光束的紧聚焦及辐射力研究

根据矢量衍射理论和部分相干理论,推导了部分相干圆偏振反常涡旋光束经过高数值孔径聚焦透镜后的光强表达式.详细讨论了入射光束参数以及聚焦透镜的数值孔径大小对光束紧聚焦特性的影响.研究结果表明:自旋方向,拓扑荷数以及数值孔径大小对光强分布有影响,相干长度以及光束阶数仅改变光强值,光束经过紧聚焦后在轴向方向上自旋角动量可以转换...     

CS_2在超短脉冲作用下的喇曼猝灭

CS_2在超短脉冲作用下,会产生喇曼猝灭,至于产生猝灭的机制,我们将根据实验加以讨论。 实验采用钕玻璃锁模激光器,为获得单横模输出,腔内加φ2毫米的小孔光阑,振荡器在稍微高于阐值运转,输出光方向性为0.5毫弧度。脉冲宽度测量采用双光子荧光方法,测得脉冲宽度为5微微秒。 为了获得较强功率输出,我们将锁模脉冲序列通过两级φ20×500毫米的钕玻璃棒进行放大,输出的脉冲序列经过KDP晶体倍频,变为5295埃的绿光脉冲序列。绿光脉冲序列总能量约0.1焦耳。经f=400毫米透镜聚焦于装CS_210厘米长的样品盒     

带光阑的复杂光学系统的焦移

根据Collins公式,导出了球而波经带有后继光学系统的硬边光阑衍射的焦移公式,并给出了等效的变换矩阵。光阑的作用可等效为一个具有可变焦距的“薄透镜”。     

行波泵浦喇曼激光器的脉宽压缩

实验装置如图1,Nd:YAG主被动锁模激光器输出脉冲序列,经过前置放大后用激光触发火花隙电光开关系统选出单一脉冲,然后经过多级放大。末级输出光束口径为ф35毫米,用倒置望远镜缩束变为ф14毫米。倍频晶体采用Ⅰ型匹配,倍频后输出5321埃的绿光脉冲,然后用f=500毫米透镜聚焦于20厘米长的喇曼盒中,喇曼介质是乙醇。由喇曼盒出来的光,用f=200毫米透镜补偿为平行光,我们对5321埃的泵浦光和6303埃的喇曼光的脉冲宽度进行了测量。用炭斗检流计测量了1.064微米光的能量为1     

矢量涡旋光束经光阑-透镜系统的OAM与偏振特性

与标量涡旋光束不同,矢量涡旋光束同时具有各项异性的空间偏振分布和螺旋相位分布,并携带与相位分布有关的轨道角动量(Orbital angular momentum,OAM)。根据柯林斯衍射积分理论,得到了傍轴近似条件下矢量涡旋光束的OAM密度,实验采集了矢量涡旋光束通过光阑-透镜系统后的光场,详细讨论了光阑截断参数以及光阑-透镜间距等参数对矢量涡旋光场及其OAM密度的影响。结果表明:相比标量涡旋光束,矢量涡旋光束OAM通过光阑系统后随传输距离的衰减更慢,受光阑截断参数影响更小。矢量涡旋光束偏振态不受光阑-透镜系统影响,截断参数大于4.2时,轨道角动量密度和光强不受截断参数影响。在透镜焦点位置处,OAM密度达到最大值。研究结果为矢量涡旋光束OAM特性的应用提供理论依据。     

超高斯光束经有方环光阑透镜的传输特性

本文详细研究了超矿山斯光束经有方环光阑透镜的传输特性,讨论了遮拦比、球差和超高斯光束的阶数对光强分布的影响。研究表明,使用负球差聚焦透镜可获得比无球差透镜在实际焦面上可聚焦性更好、能量更集中的光束。