激光束的参数描述

基于对激光束按空间对称性和空间相干性的分类,对激光束的参数描述进行了研究.以有扭曲的各向异性高斯-谢尔模型光束、有扭曲的各向同性高斯谢尔-模型光束、各向异性高斯-谢尔模型光束、旋转简单像散高斯-谢尔模型光束、准直简单像散高斯-谢尔模型光束、各向同性高斯-谢尔模型光束、复杂像散高斯光束、旋转简单像散高斯光束、准直简单像散高斯光束和无像散高斯光束为典型例,对它们的分类和独立特征参数的数目作了详细分析.对一些相关问题也作了讨论.     

高阶椭圆高斯光束及其传输特性

采用张量方法定义了高阶椭圆高斯光束。偶数阶椭圆高斯光束可展开成厄密-高斯光束的相干叠加形式；奇数阶椭圆高斯光束可展开成厄密-高斯光束的非相干叠加形式。通过矢量积分导出了高阶椭圆光束经过非轴对称光学系统的传输公式。这个公式在零阶情况下可退化为椭圆高斯光束的传输公式。在一维情况下可退化为厄米-高斯光束经过轴对称光学系统的传输公式，进而计算了高阶椭圆光束在自由空间中的传输特性。结果表明，高阶椭圆光束的传输性不同于厄密-高斯光束和拉盖尔-高斯光束，其光强分布在传输过程中会发生旋转。     

厄米-双曲余弦-高斯光束的束腰宽度

从二阶矩定义出发,推导出了厄米双曲余弦高斯光束束腰宽度的解析表达式,作为特例给出了厄米余弦高斯光束、双曲余弦高斯光束、余弦高斯光束及厄米高斯光束束腰宽度的表达式;进行了数值计算及分析。     

厄米-高斯光束通过失调光学系统的变换和偏心厄米-高斯光束

使用广义惠更斯 菲涅耳衍射积分 ,增广矩阵和Wigner分布函数方法 ,研究了厄米 高斯光束通过失调一阶ABCD光学系统的传输特性。证明了在失调光学系统的作用下 ,厄米 高斯光束不保持封闭性。失调一阶ABCD光学系统的作用使出射光束变为更一般的具有偏心性质的厄米 高斯光束 ,称其为偏心厄米 高斯光束 ,通常的偏心高斯光束可看作本文研究的偏心厄米 高斯光束的特殊情况     

高斯光束质量与波像差之间的关系

为了考察光阑截断时高斯光束质量与波像差之间的关系,采用高斯光束值作为截断高斯光束质量的评价参量,通过数值仿真的方法分析光学系统波像差对截断高斯光束质量的影响,给出了高斯光束值与波像差间的拟合关系。讨论了高斯光束质量与Kolmogoroff大气湍流强度间的关系,并给出了二者间的拟合公式。结果表明,该拟合公式的计算结果在相当广的湍流强度范围内与数值仿真结果较好吻合,这也进一步验证了高斯光束值与波像差拟合关系的正确性。     

高斯光束经衍射光栅的滤波特性研究

为了分析高斯光束经衍射光栅后的衍射特性,采用标量衍射理论推导出单色高斯光束的夫琅禾费衍射公式,在此基础上采用高斯光束耦合理论研究了复色高斯光束在衍射光栅的分光作用下的滤波特性,并与平行平面光束通过衍射光栅的分光特性进行了比较。结果表明,单色高斯光束在能量分布上与因子T相关,并且复色光束的滤波带宽会收窄。这为设计和优化高性能光滤波器提供了理论参考。     

空间光调制器产生拉盖尔-高斯光束方法研究

为了解决产生拉盖尔-高斯模式光束较难的问题,采用二进制振幅全息图方法,基于空间光调制器,产生了拉盖尔-高斯光束,进行了理论分析和实验验证。推导了高斯光束到拉盖尔-高斯光束傅里叶变换的传递函数,通过对拉盖尔-高斯模拟图的修正,得出了可以用于空间光调制器的二进制全息图; 搭建了基于4f系统的实验平台,取得了不同阶数的拉盖尔-高斯模式输出,并在实验中对产生的拉盖尔-高斯光束进行了检测。结果表明,此套装置搭建及操作简便,且可实现动态可控的光束输出,对于产生高阶涡旋光束以及因斯-高斯模式都有重要意义。     

椭圆高斯光束的准直

本文根据椭圆高斯光束的传输特性,推导了椭圆高斯光束经光学系统后其远场发散角的表达式;分析了椭圆高斯光束的准直的特点;给出了使其准直效果最佳时光学系统的放置位置;并与圆高斯光束进行了比较。     

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。     

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...     

离轴高斯光束经一阶光学系统的变换

本文定量分析了离轴高斯光束经一阶光学系统的变换,表明出射光束是偏心高斯光束,得出了出射光束参数与入射光束参数及光学系统参数间关系。     

温度对基于双光束耦合耗散晶体中高斯光束演化特性的影响

为了得到温度对高斯光束在耗散晶体中的孤子波演化的影响结果,基于温度对暗辐射强度和扩散场的影响,提出了双光束耦合强度和相位耦合系数的新模型,采用数值模拟的方法研究了高斯光束在双光束耦合光折变耗散系统中不同温度下的演化特性.结果表明,晶体的温度与高斯光束的稳定件密切相关.对于给定的耗散系统,若该系统能支持某一特定的全息屏蔽明孤子,可以找到与之匹配的高斯光束.在300～350 K温度范围内,高斯光束能在晶体中传播足够远的距离;而当晶体温度变化足够大时,高斯光束强度随传播距离增加而减小,入射的高斯光束不能以稳定的全息孤子态传播.     

洛伦兹光束通过一阶轴对称光学系统的传输变换特性

从广义惠更斯-菲涅耳衍射积分出发,导出了洛伦兹光束通过一阶轴对称光学系统传输变换的解析公式.给出了洛伦兹光束的束宽、瑞利长度和发散角的表达式,讨论了这些参量通过自由空间的变换规律.结果表明,洛伦兹光束的瑞利长度大于高斯光束的瑞利长度,洛伦兹光束光斑半径的扩展速度慢于高斯光束,洛伦兹光束的远场发散角小于高斯光束的远场发散角.结果还表明,自由空间中洛伦兹光束的束宽、瑞利长度和发散角的变化规律与高斯光束相应参量的变化规律相同.     

不同透过率光束对Z-扫描灵敏度的影响

阐述了不同透射率的入射光束对Z-扫描测量灵敏度的影响,实验给出了不同孔径的小孔截取高斯光束改变Z-扫描测量灵敏度,采用数值模拟的方法分析了实验通常得到的高斯、高斯贝塞尔和爱里斑3种入射光束小孔截取对其测量灵敏度的影响。对于由小孔截取的高斯-贝塞尔光束,随着调制参数β的增加其灵敏度下降。与帽顶光束比较发现,3种入射光束中,随着小孔透过率的增加入射光束的Z-扫描测量灵敏度下降,由小孔所截的高斯-贝塞尔光束的灵敏度高,其次是所截的高斯光束,所截的爱里斑光束最低。这说明,在Z-扫描测量时可以通过调节小孔的孔径提高其灵敏度。     

匹配高斯光束在双光子光折变介质中的自偏转

为了研究有外加电场的双光子光折变介质中匹配高斯光束的动态演化及自偏转特性,采用数值模拟的方法,给出了匹配高斯光束在晶体中的动态演化及自偏转图形。结果表明,对于给定的与双光子光折变介质参量匹配的高斯光束,在介质中能演化为稳定的孤子波;考虑扩散效应之后,匹配高斯光束的光束中心将发生自偏转;随着外加电场的增加,高斯光束的自偏转程度增加,当外加电场达到一定强度后,高斯光束的自偏转程度随着外加电场的增加反而减小;高斯光束的自偏转程度随着入射光强的变化关系与外加电场的情况相似。     

偏心椭圆高斯光束

在椭圆高斯光束横坐标中引入复数偏移量,将其推广为偏心椭圆高斯光束。在垂直于ｚ轴截面内强度分布仍然是椭圆高斯函数分布,在传播方向上光束峰值强度沿直线分布,波前也存在横向位移。对偏心椭圆高斯光束经一阶光学系统的变换关系进行了定量推导。对传播方向偏离ｚ轴的椭圆高斯光束经薄透镜传播时的特例进行了讨论。     

部分相干脉冲光束的M2因子

研究了部分相干超短脉冲光束的M2因子。从时空维格纳分布函数出发,以高斯-谢尔(GSM)脉冲光束为例,导出部分相干超短脉冲光束的M2因子公式。给出了空间完全相干高斯脉冲光束和准单色高斯-谢尔脉冲光束的M2因子。由于受脉冲光束带宽及空间相关度的影响,高斯-谢尔脉冲光束的M2因子总是大于1。研究结果表明,M2因子随脉冲光束带宽的增大而增大,随空间相关度的增大而减小。此外,对于啁啾高斯-谢尔脉冲光束,M2因子还随啁啾参数的增大而增大。     

复杂像散高斯光束的变换特性

强调了分析复杂像散高斯光束时应注意的一些重要问题。然后,通过数值计算以典型例说明复杂像散高斯光束与常规圆高斯光束和简单像散光束完全不同的变换特性,即:对复杂像散高斯光束,束腰不一定位于等相面曲率半径为无穷大的位置,并且,即使在自由空间中传输,也可能有几个束腰。     

一维会聚非傍轴高斯光束焦线附近的光场特性

傍轴近似常被用于光束传输理论的表达,数值计算常被用于非傍轴光束的传输特性分析。为了使一维会聚非傍轴高斯光束的传输特性更加简明,本文基于倾斜因子由观察方倾斜角余弦平方根表达的非傍轴衍射积分公式,给出了符合行波场辐射能守恒定律的一维会聚非傍轴高斯光束的焦平面光场分布表达,同时给出了焦点附近一维会聚非傍轴高斯光束的轴上点光强和相位特性表达。当一维会聚非傍轴高斯光束的最大倾斜角远大于高斯光束的远场发散角时,合理的观察方倾斜因子可将高斯光束传输特性从傍轴领域延拓到非傍轴领域。本文阐明了一维会聚非傍轴高斯光束的传输特性,并验证了用观察方倾斜角余弦平方根表达观察方倾斜因子的合理性。     

CsLiB6O10晶体用于平顶高斯光束和高斯光束二次谐波转换效率的特性比较

本文讨论了CsLiB6O10晶体用于平顶高斯光束和高斯光束二次谐波转换效率的机理，对影响平顶高斯光束的二次谐波转换效率的泵浦光强度、偏振分量比、晶体长度和平顶高斯光束的阶数进行了分析和数值模拟，获得了在Ⅰ类和Ⅱ类相位匹配下，通过CsLiB6O10晶体时平顶高斯光束的二次谐波转换效率理论值逼近于1和78．5％。得出在相同条件下，平顶高斯光束的二次谐波转换效率大于高斯型69．1％的结果。