矢量衍射理论的比较研究及标量近似的有效性

光束束腰与波长相比拟时,标量近似已不再成立.以高斯光束的微小圆孔衍射为例,对矢量衍射场的级数解、非傍轴近似解以及精确解进行了详细的数值计算和比较研究.结果表明,对受硬边光阑限制的非傍轴光束,级数展开法适用于处理光束在近场区域的传播,而非傍轴近似解则适用于处理非近场区域光束的传播,具有一定的互补性.讨论了高斯光束圆孔衍射标量近似的有效性,当高斯光束的束腰半径、衍射孔孔径大于几个光波波长时,标量衍射理论是精确、有效的.     

高斯光束对颗粒衍射测量的影响

理论推导了高斯光束的圆孔夫琅和费衍射结果并与平行平面波的圆孔夫琅和费衍射结果进行比较,数值计算和理论分析表明,当激光光束的束宽半径远大于圆孔半径时,两者的衍射结果是非常接近的;当激光光束的束宽半径接近于圆孔半径时,高斯光束的衍射偏离平行光衍射。考虑光强的高斯分布,给出了某一粒度颗粒群的衍射结果。     

高斯光束微圆孔菲涅耳衍射的束型转变

为了获得束型、光强分布、光斑大小等满足激光应用需要的光束,根据由基尔霍夫衍射公式导出的高斯光束微圆孔衍射变换的计算式,探讨了高斯光束微圆孔菲涅耳衍射变换的束型转变及其影响因素,并利用MATLAB软件进行了计算模拟。结果表明,这种方法的可靠性和可行性有利于把激光束应用于激光工程、微光学和微光机电系统。     

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.     

高斯光束微圆孔衍射的整形变换

激光在实际应用中常需要进行光束整形以便更好地适应实际需要.先从基尔霍夫衍射公式出发经过适当推理,导出了高斯光束通过微圆孔衍射变换的解析计算式,再分析讨论了高斯光束通过微圆孔衍射时的3种整形变换.利用Matlab软件进行计算仿真实验,给出了高斯光束通过微圆孔衍射的3种整形变换的情形,实验表明了解析计算式的可靠性和高斯光束...     

高斯光束微圆孔衍射的“再现”与“自再现”研究

由基尔霍夫衍射公式得到高斯光束微圆孔衍射的积分式,导出一种解析算式,分析并模拟了高斯光束微圆孔衍射的“再现”与“自再现”,有利于在激光工程、微光学以及微光机电中对激光束的传输变换和调控.     

光阑约束超几何激光束的传输特性

基于广义惠更斯-菲涅耳衍射积分和圆孔光阑函数展开为有限复高斯函数之和的方法,导出了超几何激光束通过有圆孔光阑约束的近轴ABCD光学系统传输的近似解析表达式,并对其传输特征进行了数值计算和分析。研究结果表明,超几何激光束光强的分布及其衍射效应与光阑的孔径大小、传输的距离以及光束参数等因素密切相关。此外,文中采用的近似解析方法与直接利用衍射积分计算相比,具有更高的计算效率,可以大大节省计算机时。     

平顶高斯光束及其通过圆孔光阑的衍射

为了研究平顶高斯光束通过圆孔硬边光阑衍射特性,本文从collins公式出发,采用数值模拟的方法,模拟结果表明平顶高斯光束在阶数大于10以后,光强的分布变化不大.平顶高斯光束经过圆孔衍射,孔径大时光强在横截面调制越厉害,但是强度小;孔径小时光强在横截面调制相对小,但是光强度相对大.轴上光强分布在孔径大时随菲涅耳数增大出现增大现象;孔径小时光强在轴上分布随菲涅耳数出现周期性振荡的调制特性.     

高斯光束荧光共焦显微镜的三维光学传递函数

研究高斯光源的束斑半径、光源孔径和探测器孔径对荧光共焦显微镜3-D OTF的影响,获得了具有有限光源孔径、探测器孔径和束斑半径的荧光共焦显微镜的三维光学传递函数(3-D OTF)。数值计算结果表明,束斑半径影响到光源孔径和探测器孔径的选择,与采用平行光比较,采用小束斑半径的高斯光束可以提高光源孔径和探测器孔径,获得更好的分辨率和更高的信噪比。     

高斯光束的矩孔和圆孔衍射

应用亥姆霍兹方程和傅里叶变换，对高斯光束通过狭缝、矩孔和圆孔时的衍射时行了分析，在傍轴条件下导出了相应的近似公式，并给出了数值计算结果。     

高斯光束低阶模焦点能量的相对分布

本文给出了高斯光束低阶横模聚焦后的焦点能量相对分布的解析解,并与不同放大倍率M值情况下的非稳腔单模远场聚焦特性进行比较。若以聚焦平面含激光总能量的80％作为光束发散角的统一基准,计算表明,在某些情况下,利用稳腔选模,可得到接近甚至优于非稳腔选模的良好光学质量,而且光腔结构简化,输出稳定性好及光电转换效率高。     

Effects of truncated Gaussian beam on the performance of fiber optical synthetic aperture system

In the fiber optical synthetic aperture (FOSA) system, the diffraction of the Gaussian beam limited by the aperture in exit pupil plane of fiber collimator is studied theoretically, and the axial and transverse irradiance distributions are obtained. The point spread function (PSF) and modulation transfer function (MTF) of the truncated Gaussian beam array are computed numerically with different truncation factors. The results show that the diffraction of the truncated Gaussian beam array agrees with the uniform-beam Rayleigh diffraction when the truncation factor is less than 0.5, but little power is transmitted. The PSF and MTF are degraded, but more power can be contained when the truncation factor is larger. The selection of the truncation factor is a trade-off between the loss of transmission and the qualities of PSF and MTF in practical application.     

波前像差对超短飞秒激光脉冲聚焦特性的影响

为了研究波前像差对超短飞秒激光脉冲聚焦特性的影响, 基于瑞利-索末菲标量衍射理论, 对比研究了在散焦、像散、慧差、三叶形像差以及球差等各类波前像差下, 均匀强度分布和高斯强度分布的超短飞秒激光脉冲的聚焦特性。结果表明, 波前像差对均匀强度分布的飞秒脉冲在焦平面处的光强分布具有明显的不利影响, 从而降低飞秒脉冲的聚焦峰值功率, 而对高斯强度分布的飞秒脉冲影响相对较小, 即在高斯强度分布下, 在焦平面处仍然有可能获得较好的、近衍射极限的聚焦光斑; 在非焦平面处, 即使初始脉冲具有高斯强度分布, 非焦平面处的光强分布受各类波前像差的影响也较为明显; 对于所研究的30fs(1/e2半宽度)超短脉冲, 波前像差对脉冲持续时间的影响几乎可以忽略。此研究结果对超短飞秒激光束的光束质量评估及聚焦特性分析具有实际的指导意义。     

激光准直特性在主动式激光侦察告警系统设计中的应用探讨

探讨了主动式激光侦察告警系统入射高斯光束腰斑与望远镜副镜的距离对出射高斯光束准直倍率的影响.在满足入射高斯光束腰斑与望远镜副镜的距离远大于望远镜副镜的焦距的条件下,望远镜主镜的焦距与望远镜副镜的焦距的比值越大,出射高斯光束的准直效果越好.在不满足入射高斯光束的腰斑与望远镜副镜的距离远大于副镜的焦距的条件下,仿真分析了望...     

方位角偏振光聚焦光斑的研究

对方位偏振平面波、高斯光束、贝塞尔-高斯光束和双环拉盖尔-高斯光束的聚焦特性进行了理论计算,分析了物镜数值孔径和截断因子对焦平面上光强分布、中心暗斑半径的影响,以及加入中心遮拦光阑对焦深和中心暗斑半径的影响。研究发现,4种模式光束形成的聚焦场中心暗斑半径随着数值孔径的增大,单调减小,其大小与数值孔径成反比,与波长成正比;截断因子的改变仅影响高斯光束和贝塞尔-高斯光束中心暗斑半径的大小,对其旁瓣强度的影响较小,但会使得双环拉盖尔-高斯光束焦场光强重新分配,能够形成等光强的双亮环结构;加入中心光阑能够减小焦平面上中心暗斑半径并增大焦深。     

反常涡旋光束锥形折射特性分析

为了分析反常涡旋光束的锥形折射,利用锥形折射衍射理论,给出了反常涡旋光束通过双轴晶体光场的表达式。通过数值模拟,分析了锥形折射的环半径和光束束腰半径的比值、光束阶数、拓扑荷数和传播距离等参数对传输特性的影响。结果表明:当锥形折射的环半径远大于光束束腰半径时,在焦像面处,反常涡旋光束的锥形折射光场与高斯光束的双环结构不同,其光场是多环结构;随着拓扑荷数的增加,在焦像面处的亮环数也会增加;光场进一步传输时,光场从多环结构转换成双环结构,且内外环结构特征也会发生变化。     

样品位置和光腰半径变化对折射型光限幅器性能的影响

本文以衍射理论为基础，通过数值计算，研究了以自聚焦和自散焦为基础的非线性折射型光限幅器的光限幅特性，探讨了样品盒的安装位置和入射光束腰斑半径的变化对折射型光限幅器工作性能的影响。结果表明：折射型光限幅器的光限幅特性曲线随激光输入功率的增加是衰减振荡的。光束聚焦差时，样品盒宜靠近焦面安装；光束聚焦好时，样品盒可稍远离焦面安装。对于自聚焦(自散焦)型非线性光限幅器，当样品盒安装在焦点左面(右边)半个瑞利范围内某位置时，透过率最小，限幅器可获得最佳限幅效果。     

Diffraction of a Gaussian Beam by a Periodic Screen

Based on the plane wave analysis and the superposition of the plane waves, the diffraction of a Gaussian beam by a periodic screen with a dielectric plate is analyzed. The reflection power coefficient for different parameters of the beam and the screen is given. When the beam waist size is increased the results reaches that of the plane wave. It has been found that the power reflection coefficient is not sensitive to the beam waist size, however, it is sensitive to the period of the grating and polarization angle.     

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。