像散对聚焦正弦-高斯光束参数的影响

应用二阶矩法推导出了正弦-高斯光束通过像散透镜后束宽的解析表达式.通过数值计算对正弦-高斯光束通过像散透镜后的光束参数,例如束宽和远场发散角的相对误差进行了研究.结果表明:像散使x方向与y方向的束宽一般不相等,束宽的相对误差在传输距离z上存在零点,但x方向与y方向零点的位值不相同;几何焦面上x方向与y方向束宽的相对误差...     

部分相干双曲正弦-高斯光束的传输和聚焦特性

为了研究部分相干双曲正弦-高斯(SHG)光束通过像散透镜的传输和聚焦特性,利用部分相干光的传输公式,推导了光束通过像散透镜后光强分布解析的表达式,并据此得到了光束束腰宽度、远场发散角和M2因子的解析表达式,并对光束强度分布和束腰宽度进行了数值计算和分析。结果表明:部分相干ShG光束聚焦的光强分布与像散系数C6,空间相干参数,离心参数a,菲涅耳数Nw和位置(x,y,z)有关。像散导致x和y方向束宽不同。但M2因子与像散无关,并随相干性的增加和离心参数的减小而减小。适当改变像散和空间相干性,在几何焦面和其它位置可实现部分相干ShG光束的空间整形。     

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.     

双曲余弦-高斯光束的分数傅里叶变换特性研究

基于分数傅里叶变换(FRFT)与维格纳分布函数(WDF)旋转等效的性质．推导出了双曲余弦-高斯(ChG)光束在分数傅里叶变换面上光强分布和束宽的解析公式，研究了双曲余弦-高斯光束光强和束宽随分数傅里叶变换阶数的变化规律，分析了偏心参量对双曲余弦-高斯光束分数傅里叶变换特性的影响，并对数值计算结果进行了分析和讨论。结果表明，对给定偏心参量的双曲余弦-高斯光束，可以使其经过一定阶数的分数傅里叶变换来获得平顶光束。     

非傍轴截断双曲余弦高斯光束的M2因子

基于功率密度的二阶矩方法,对非傍轴截断双曲余弦高斯(ChG)光束的束宽、远场发散角和M2因子进行了研究.数值计算结果表明,非傍轴截断ChG光束的M2因子不仅与截断参数δ、偏心参数α有关,而且与初始束腰宽度和波长之比w0/λ有关.在δ足够小时,M2因子可小于1.当δ→ 0时,远场发散角趋于渐近值63.435°.对于α=0(Ω0=0)和δ→∞的特例,我们的结果分别退化为非傍轴截断高斯光束和非傍轴无截断ChG光束的M2因子.     

余弦平方-高斯光束通过像散透镜的焦开关

为了研究余弦平方.高斯光束通过像散透镜后的焦开关现象,应用Collins公式推导出了聚焦余弦平方-高斯光束轴上光强分布的表达式,通过数值运算得到了像散参量对轴上光强分布的影响.结果表明,在给定光束参量和光束菲涅耳数的条件下,光束入射面位置不同时,余弦平方-高斯光束通过像散透镜后的相对焦移随像散参量变化而变化,确定了在此...     

非傍轴余弦平方-高斯光束的传输特性

基于功率密度的二阶矩方法,数值模拟研究了非傍轴余弦平方-高斯光束的束宽、远场发散角和M2因子.计算结果表明:1)束腰宽度W0(0)随w0/λ的增大而增大.当w0/λ较大(w0/λ≥0.5)时,束腰宽度随着偏心参数的增大而减小. 2)当w0/λ→0时,远场发散角趋于渐近值θ0max=63.435°,与偏心参数α无关.3)在非傍轴范畴,余弦平方-高斯光束的M2因子不仅与偏心参数α有关,而且还与初始束腰宽度和波长之比w0/λ有关.当w0/λ足够小时, M2因子可小于1.对给定的偏心参数α,M2因子随w0/λ的变化并非总是单调的.M2因子随w0/λ的增大而增大,当达到最大值后又逐渐减小,最后渐近趋于一稳定值.     

厄米-双曲余弦-高斯光束通过对称化光学系统的变换

研究了用于厄米高斯光束对称化的光学系统对像散厄米双曲余弦高斯光束的变换。分析了偏心参数和模阶数对变换后的厄米双曲余弦高斯光束对称性的影响,通过大量数值计算说明复杂像散厄米双曲余弦高斯光束对称化的物理意义。     

非傍轴双曲余弦高斯光束质量因子的研究

运用非傍轴标量光束的光强二阶矩理论,计算了非傍轴双曲余弦高斯光束的束腰半径、远场发散角、质量因子,并与傍轴双曲余弦高斯光束的质量因子进行了比较研究。数值计算表明:当双曲余弦高斯光束束腰半径较大时,傍轴与非傍轴理论计算的光束质量因子变化规律完全相同;束腰半径较小时,傍轴理论的计算结果有较大误差。     

非傍轴余弦-高斯光束的传输

从功率密度的二阶矩方法出发,对非傍轴余弦一高斯(CoG)光束的传输特性进行了系统的研究.结果表明,基于二阶矩定义的束宽在传输过程中满足简单的双曲线变化规律.非傍轴CoG光束的M2因子不仅与偏心参数α有关,而且还与f参数有关.在1/f足够小时,M2因子可小于1.当1/f→0时,远场发散角趋于渐近值63.435°.对于α=0(Ω0=0)的特例,非傍轴CoG光束的M2因子退化为非傍轴高斯光束的M2因子.     

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。     

厄米-余弦-高斯光束通过像散透镜的焦开关

应用惠更斯-菲涅耳衍射积分公式,研究了厄米-余弦-高斯光束通过像散透镜后的焦开关现象.数值计算结果表明,厄米-余弦-高斯光束通过有像散透镜的光学系统,在像散参数和光束菲涅耳数一定时,改变光学系统几何参数δ(即光束入射面到透镜的距离与透镜焦距之比),不仅在δ=1.O时发生通常所说的焦开关现象,而且在δ≠1.O时的其他位置也可以产生焦开关现象,即焦开关现象不仅可以在几何焦点处产生,也可以在几何焦点右侧或左侧产生.讨论了光束参数对焦开关的产生及其位置的影响;分析研究了在给定光束参数和光束菲涅耳数条件下,光学系统几何参数δ取不同值时,厄米-余弦-高斯光束通过像散透镜后的相对焦移随像散参数的变化规律.结果表明,可以通过改变光束参数和像散参数来控制焦开关发生的位置和产生焦开关的次数.     

不同空间分布光束通过聚焦光学系统传输特性的比较

基于柯林斯公式和ABCD传输矩阵理论，在相同激光功率和初始束宽下，研究了不同空间分布光束通过聚焦光学系统的传输特性，结果表明，入口处不同阶次的超高斯光束在距离光学系统焦点一半的位置（z=f/2)，光强分布的差别很大，轴上光强随着阶次的增加，先增加，然后减小至固定值；聚焦光学系统入口处超高斯光束的阶次越大，即光强分布越均匀，在光学系统的焦点位置（z=f)，光轴上激光强度越大，直至趋于固定值，但光强分布的差别不大。     

激光非均匀性和内光路热效应对远场特性的影响

高功率高能激光在光束控制系统(或称为内光路)中的传输距离比长程大气传输要短得多，但高功率密度的激光束在通过内光路时的热效应对远场光束质量会有显著影响。采用自编的四维仿真程序，详细计算了沿x方向呈线性变化的环状高功率激光束通过内光路的传输。用像散参数、桶中功率(PIB)和峰值光强位置描述了远场光束质量。研究表明，内光路的热效应(热晕)使得光束的峰值光强和可聚焦能力下降，降低了远场的光束质量，初始光束的非均匀性会影响光束的可聚焦能力并引起像散。值得指出的是，热晕是一种非线性效应，会影响光强分布和引起远场峰值光强位置的移动，对此给出了物理诠释，并用数值计算证实了物理分析。     

激光光束传输特性分析─—等效波面曲率半径法

本文提出了利用光束等效波面曲率半径,并结合束宽及远场发散角来测量分析激光光束传输特性的方法,能以较高的精度确定激光光束的束腰位置z0,束腰处的束宽D0及激光光束质量传输因子M2.这是一种可用于连续,重复频率脉冲及单脉冲激光光束传输特性的分析测量方法。文中还给出了实现这一方法的具体测量方案。