高阶平顶高斯光束阵列在自由空间中的相干合成

高阶平顶高斯光束在自由空间传输过程中,光强分布经历了三种状态:平顶高斯分布,平顶高斯中心凹陷分布,高斯型分布.通过对前两种状态相干合成光强分布特点进行模拟,研究了光束阵列结构、种子光束阶数、传输距离等因素对相干合成的影响,并用桶中功率对相干合成的光束质量进行了评价.结果表明:两种状态下相干合成都可以变为高斯光束,不过中心光强和光束半径的变化趋势不同.在一定条件下,阵列环上光束数量越多,相干合成光束的效果越好.     

相干和非相干平顶高斯光束的比较研究

对完全相干和非相干平顶高斯光束的传输特性作了详细研究。提出了用有限个拉盖尔-高斯模或厄米-高斯模的部分相干迭加来产生部分相干平顶高斯光束,以满足某些实际应用要求的新方法。     

圆形平顶高斯光束阵列在湍流大气传输中的M2因子

应用Wigner分布函数的二阶矩定义和拓展Huygens–Fresnel原理研究了圆形平顶高斯光束阵列在湍流大气传输中的光束性质,得到其传输质量因子（ 因子）的解析表达式,进行了相应的数值计算和模拟。结果表明：在湍流大气中传输时,圆形平顶高斯光束阵列的传输质量因子随传播距离、湍流大气结构常数的增大和束腰宽度的减小而增大;当光束阵列阶数一定,阵列个数不断增加时,其传输质量因子先保持不变,然后开始减小,最后不再减小,而保持这个定值不变;当光束阵列的个数一定,阶数不断增加时,其传输质量因子减小,最后不再减小而保持不变。在自由空间中传输时,圆形平顶高斯光束阵列的传输质量因子保持不变。     

部分相干平顶高斯光束的传输特性

本文采用Huygens-Fresnel衍射积分公式导出了部分相干平顶高斯光束（PCFGB）经过ABCD光学系统传输公式;进一步导出了采用二阶矩定义的等效束宽和Kurtosis因子的传输公式;利用导出的公式计算了PCFGB在自由空间中的传输特性,并和相干平顶高斯光束（FGB）的传输特性作了比较分析。结果表明,PCFGB在传输过程中其光强分布的平顶部分不会消退,而且它的平顶化程度越来越,但其束宽迅速增大。     

PCFT光束阵列在海洋湍流中的传输特性

为了研究部分相干平顶光束阵列在海洋湍流中的传输特性,基于拓展惠更斯-菲涅耳原理和魏格纳分布函数,结合海洋湍流的空间功率谱函数,理论推导了部分相干平顶光束阵列在海洋湍流中的传输因子、有效曲率半径、瑞利尺寸的解析表达式,数值计算并讨论了它们与光束的相干长度、海水温度与盐度变化、动能耗散率、温度方差耗散率等参量的关系.结果表明,在相同条件下,当传输距离超过400m时,相对于部分相干高斯光束、部分相干平顶光束和部分相干高斯光束阵列,部分相干平顶光束阵列受海洋湍流的影响更小,传输特性更为稳定.此结果对选择合适的光束在海洋湍流传输方面具有一定的参考价值.     

平顶高斯光束通过扩束系统的传输特性研究

为了研究平顶高斯光束通过扩束系统的传输特性,从柯林斯衍射积分公式出发,推导出场强分布的解析式.以伽利略式和开普勒式这两种常见的扩束系统为例,对平顶高斯光束扩束后在接收面的光强分布进行数值计算及分析.结果表明,平顶高斯光束通过同等倍数但不同形式的扩束系统的传输特性不同,且对于不同焦距的扩束系统,其传输特性也有比较明显的差...     

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。     

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。     

用频域Collins公式和Hankel变换研究光束的传输特性

用频域Collins公式和汉克尔变换研究了平顶高斯光束、贝塞尔超高斯光束以及拉盖尔高斯光束的传输特性,并与空域Collins公式计算结果作了比较,同时讨论了该方法的优点。     

平顶多高斯光束通过ABCD光学系统的传输特性

利用广义惠更斯一菲涅耳衍射积分公式,研究了平顶多高斯光束通过ABCD光学系统的传输特性,推导出光强分布的解析式.以透镜系统为例,给出了平顶多高斯光束聚焦场轴上的和焦面处的光强分布表达式,并对其光强分布进行数值计算及分析.研究结果表明,平顶多高斯光束的聚焦特性与阶数N以及透镜系统的菲涅耳数Nw等有关,随着平顶多高斯光束的阶数N的增大或透镜系统的菲涅耳数Nw增大,轴上和焦面上的光强迅速增大、聚焦光斑减小、焦移量迅速减小.     

平顶高斯光束在有光阑光学系统中的传输

通过将矩孔函数展为有限个复高斯函数之和的方法 ,对直角坐标系中的平顶高斯光束在有光阑限制ABCD光学系统中的传输作了研究 ,得到了近似的解析传输公式 ,并用数值计算例证明了它们的正确性     

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。     

高斯光束通过空间滤波器的传输特性

采用矩阵分解和用有限个复高斯函数之和逼近硬边光阑窗口函数相结合的方法,从柯林斯衍射积分公式出发,对高斯光束通过空间滤波器的传输特性进行了分析,得到了相应的解析式。通过对解析式的数值模拟,得出了直观的结果,并进行了误差分析。数值计算结果表明,最佳滤波小孔尺寸的选择和计算误差均与光束的截断参数有关。在此基础上,进一步研究了空间滤波器具有像传递功能时,高斯光束和平顶高斯光束(N=12)通过空间滤波器的传输特性,得出了截断参数与滤波后光强分布的关系,并证实了此方法也可用于计算其他类型光束通过空间滤波器的传输。     

三维平顶高斯光束通过环形光阑的传输特性

利用Collins衍射积分公式对三维平顶高斯光束通过有中心遮拦的矩形环状光阑的传输特性进行了详细研究。对菲涅耳衍射和夫琅和费衍射的数值计算结果表明,遮拦比e和截断参数δ对其光强分布和远场能量(功率)集中度有影响。     

平顶高斯光束通过硬边光阑传输算法的改进

用傅里叶级数和复高斯函数的乘积对硬边光阑的窗口函数进一步拟合,对平顶高斯光束通过硬边光阑光学系统的模拟算法作了改进,并给出了近似解析传输公式.对直接积分Collins公式和使用Wen方法的数值计算结果作了比较.研究表明,只要傅里叶级数项数不少于30,改进后的算法比直接用复高斯函数展开具有更高的计算精度.     

硬边衍射多色部分相干光束谱强度的快速计算

为了在微机上快速地计算各类被硬边光澜衍射后的谱强度,采用复高斯函数展开模拟硬边衍射效应,推导出了多色高斯-谢尔模型光束被硬边光阑衍射后谱强度的近似解析表达式,并将所得结果与传统方法(直接对交叉谱密度函数传输公式数值积分)进行了比较。结果表明,所得公式在保证计算精度的前提下,具有大大地节省计算机时的优点,以平顶高斯光束为例,证明所采用方法可同样推广用于其它光束被硬边光阑衍射后谱强度的计算。该方法具有普遍意义。