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。     

高斯光束通过球差透镜的聚焦特性

基于广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式,在较为普遍情况下,对高斯光束通过球差透镜的聚焦特性作了研究,给出了数值计算例.分析表明,当入射光束束腰宽度较小时,结果与文献[1]和文献[2]的有关结论相符.     

受遮挡贝塞尔-高斯光束在湍流大气传输的M2因子

为了研究受遮挡贝塞尔-高斯光束在湍流大气中传输时质量因子的特性,基于拓展的惠更斯-菲涅耳原理和维格纳分布函数的二阶矩定义,经理论推导得出受遮挡贝塞尔-高斯光束的解析表达式,并进行了相应的数值计算。结果表明,当遮挡物尺寸不大于0.4倍的腰宽时,受遮挡贝塞尔-高斯光束在湍流大气中的传输质量因子随传播距离、湍流大气结构常数的增大而增大,随着湍流内标量、光束拓扑荷数的增大而减小。在相同条件下,光束的传输质量因子随着遮挡物尺寸的增大而增大。所得结论对实际激光传输和自由空间光通信有一定的参考价值。     

高斯光束经过球差环形透镜的聚焦

本文讨论高斯光束经过球差环形透镜的聚焦。推导并得到了聚焦光场轴上点的光强分布的表示式。并对其进行数值计算。数值计算结果表明,对于负球差的情况下,得到的光强的最大点位置（最佳聚焦点）相对于无球差情况,往透镜方向移动,即焦移增大;并且,最佳聚焦点的光强较无球差时大,当球差环形透镜的中心拦截比ε取一定值时,得到的轴上点光强最大值远大于无球差时的光强最大值。此外,当透镜具有正球差时,聚焦光场的光强最大点（     

贝塞尔高斯光束经菲涅尔波带片产生特殊聚焦光强分布

基于衍射光学方法,研究了不同阶数的贝塞尔高斯光束经过环形菲涅尔波带片后,在波带片的焦点附近所形成光强分布。入射光束为高阶贝塞尔高斯光束,聚焦区域获得了空心光强分布,入射光束的阶数越高,空心尺寸越大;菲涅尔波带片的数目越多,空心长度越短。入射光束为零阶贝塞尔高斯光束,在聚焦区域获得了针形光束和局域空心光束。这些具有特殊光强分布的光束在激光加工以及粒子囚禁等领域有着潜在应用价值。     

高阶贝塞尔高斯光束在非柯尔莫哥诺夫大气中的传输特性

利用广义惠更斯菲涅耳原理计算高阶贝塞尔高斯光束(BGB)在非柯尔莫哥诺夫湍流模型下传输的横向光强分布特性。该模型中,湍流对相位干扰的大小与距离和幂律有关。在远距离处,幂律对干扰大小的影响较为明显。通过Matlab进行数值计算的结果表明,远距离处(10km)的各阶BGB光束光强分布形式均有很大展宽,同时它们随幂律的变化也相对于短距离时更为剧烈。高阶BGB光束受到湍流干扰的影响要小于低阶光束。对于同阶光束来说,横向参数越大的光源在湍流中传输的展宽现象也越为明显。     

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。     

部分相干环形光束经透镜聚焦的焦移和焦开关

为了从理论上对部分相干环形光束被透镜聚焦后轴上点的光强分布以及焦移和焦开关现象进行研究,采用惠更斯-菲涅耳衍射积分方法进行了理论分析,取得了轴上点光强分布及焦移、焦开关现象的相关数据。结果表明,焦移量不仅依赖于环形光束外半径的菲涅耳数,还依赖于入射部分相干光的空间相干度和中心拦截比。菲涅耳数越大,焦移量越小;部分相干光的空间相干度越高,焦移量越小。菲涅耳数一定时,环形光束的中心拦截比越大,焦移越大。对于某一固定的空间相干度,随着菲涅耳数的降低会出现焦开关现象。这些结果对研究部分相干环形光束的聚焦性质是有帮助的。     

余弦高斯光束通过左手平板材料的传输特性

在傍轴近似下,利用广义惠更 斯-菲涅尔衍射积分公式得到了余弦高斯光束通过左手平板材料的传输公式,研究了左手平 板材料的负折射 率与余弦高斯光束的调制参数对光束传输特性的影响。结果表明:余弦高斯光束无论在 左手平板材料 内部传输还是在像空间传输,轴上的最大光强位置是光束聚焦的位置,左手平板材料的负折 射率会改变光 束聚焦的位置;在介质内部,平板材料的负折射率会改变轴上光强分布的形状,但不会改变 像空间轴上的 光强分布形状;无论是在平板材料内部还是像空间,余弦高斯光束的调制参数对轴上与横向 光强都会产生影响。     

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。     

圆柱偏振贝塞耳-高斯光束经高数值孔径透镜的聚焦

利用里查德-沃耳夫(Richards-Wolf)矢量衍射积分模型,推导了圆柱偏振贝塞耳-高斯(CPBG)光束经高数值孔径透镜聚焦的光场表达式,并用数值计算分析了各相关参数的取值变化对焦面及焦点附近光强分布的影响。研究表明,焦面光强大小及光强剖面形状与贝塞耳函数项相关参数β,偏振旋转角0,光束束腰宽度w0和数值孔径角α的取值相关。通过控制各相关参数的取值,在聚焦场中获得了有广泛实际应用的具有涡旋性质的局域空心光束和平顶光束。     

慧差对矢量偏振贝塞耳-高斯光束聚焦场的影响

利用Richards-Wolf矢量衍射积分公式,获得矢量偏振贝塞耳-高斯光束经具有初级慧差的高数值孔径系统聚焦后的三维光场复振幅函数,模拟了不同慧差系数下聚焦光场的纵向分布,以及焦平面和光轴上的光强。研究表明,初级慧差的存在导致矢量偏振贝塞耳-高斯光束的会聚光场发生偏移和变形,焦平面光强的分布和光轴上的光强峰值都受初级慧差和入射光偏振态的共同影响,偏振态和初级慧差不影响聚焦光场在光轴上的对称分布。     

超高斯光束通过球差透镜后的传输特性研究

利用广义惠更斯－菲涅尔衍射积分,并考虑球差的影响,对超高斯光束通过球差透镜后的传输特性作了数值计算和讨论。本文所得主要结果对实际光学系统的设计是在用的。     

部分相干修正贝塞尔-高斯光束通过光阑的传输

为了对部分相干修正贝塞尔-高斯光束通过有硬边光阑近轴ABCD光学系统的传输进行研究,采用将硬边光阑窗口函数展开为有限个复高斯函数之和的方法,得到了近似的解析传输公式.以部分相干修正贝塞尔-高斯光束在有光阑情况下自由空间的传输为例作了数值计算,对所得解析公式的计算误差和适用范围进行了讨论.结果表明,用该方法可快速、解析地研究部分相干修正贝塞尔-高斯光束通过圆孔光阑自由空间的传输特性,分析菲涅耳数、截断参数对其光束经光阑后光强分布的影响.     

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。     

部分相干修正贝塞尔-高斯光束通过硬边光阑ABCD光学系统的传输特性

对部分相干修正贝塞尔-高斯光束通过有硬边光阑的近轴ABCD光学系统的传输进行了研究，采用将硬边光阑窗口函数展开为有限个复高斯函数之和的方法，推导出了部分相干修正贝塞尔-高斯光束的近似解析传输公式，作为特例，给出了在无光阑情况下的传输公式。以光束在有光阑情况下自由空间的传输为例作了数值计算，其结果与直接对柯林斯(Collins)公式作数值积分的结果进行了比较，表明用Wen的方法便于进行物理分析，可节约大量机时，并对解析公式的计算误差和适用范围作了讨论。     

球差对多色部分空间相干光衍射引起的光谱开关的影响

基于空间频率域交叉谱密度函数的传输公式,推导了有球差多色部分空间相干光被光阑衍射后轴上点光谱的解析表达式,而完全空间相干光的结果可作为本公式的特例。着重分析了球差对一阶光谱开关的影响,结果表明,球差会引起光谱移动的不同和光谱开关临界位置的变化。     

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.