复宗量拉盖尔-高斯光束及其特性研究(英文)

用由广义惠更斯-菲涅耳衍射积分推导出的传输方程详细研究了复宗量拉盖尔-高斯光束及其传输特性。采用光束传输因子(M2因子)和桶中功率(PIB)来表征光束质量,对复宗量和实宗量拉盖尔 高斯光束的光束质量进行了比较,并对所得结果作了分析。     

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.     

高斯光束通过倾斜光学元件的变换特性

基于广义惠更斯菲涅耳衍射积分,对高斯光束通过倾斜透镜后的传输特性作了研究,推导出了它的传输方程,并与离轴高斯光束通过透镜的变换做了比较,得到一些有意义的结果,以M2因子和桶中功率为参数分析了偏轴高斯光束的光束质量。     

受硬边光阑限制的拉盖尔-高斯光束的M2因子--自收敛束宽法及其与渐近分析法的比较

将自收敛束宽法用于研究硬边衍射二维拉盖尔 高斯光束的光束参数传输规律和M2 因子。对所得结果作了分析并与用渐近分析法的计算结果作了比较。研究表明 ,自收敛束宽法本质上仍是基于由功率含量百分比确定的截断二阶矩法 ,对两种方法的一致性作了讨论     

厄米-拉盖尔-高斯光束的传输特性

利用Collins公式,推导出厄米-拉盖尔-高斯(HLG)光束通过近轴ABCD光学系统的解析传输公式,并用来研究通过自由空间和薄透镜的传输特性.结果表明,除模指数m,n之外,对HLG光束新引入的α参数,它影响光强分布和对称性;HLG光束在传输中保持形状不变;HLG光束的焦移与模指数m,n和α参数无关,这意味着m,n和α不同的HLG光束聚焦在同一位置.并给出了HLG光束的M2因子.     

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。     

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。     

受限拉盖尔-高斯光束湍流传输时轴上光强分布

为了研究受限拉盖尔-高斯光束湍流传输时轴上光强分布,采用扩展惠更斯-菲涅耳原理方法进行了理论分析,得到了受发射圆孔限制的拉盖尔-高斯光束在大气湍流中传输时轴上光强的表达式。并运用MAPLE模拟,取得了不同湍流强度、波长和发射圆孔孔径下轴上光强的分布理论数据。结果表明,拉盖尔-高斯光束在不同阶数、湍流强度、波长和发射圆孔孔径下,真空和湍流较弱时,轴上光强在近场发生明显振荡,达到最大值后,强度明显开始降低,湍流较强时,传输很近距离强度就迅速衰减,并与其在真空中的传输特性进行了比较。这一结果对研究拉盖尔一高斯光束是有帮助的。     

平顶多高斯光束与平顶高斯光束的一致性研究

对描述平顶光束的两种数学物理模型,即平顶多高斯光束(FMGB)和平顶高斯光束(FGB)作了比较,给出了数值计算结果并作了物理分析。研究表明,具有相同M2因子的两个平顶多高斯光束和平顶高斯光束,无论其束腰宽度是否相等,在广义菲涅耳数相等处都具有相似的光强分布。这一结论对实际工作有应用意义。     

受限拉盖尔-高斯光束湍流传输时轴上光强分布

为了研究受限拉盖尔-高斯光束湍流传输时轴上光强分布,采用扩展惠更斯-菲涅耳原理方法进行了理论分析,得到了受发射圆孔限制的拉盖尔-高斯光束在大气湍流中传输时轴上光强的表达式.并运用MAPLE模拟,取得了不同湍流强度、波长和发射圆孔孔径下轴上光强的分布理论数据.结果表明,拉盖尔-高斯光束在不同阶数、湍流强度、波长和发射圆孔孔径下,真空和湍流较弱时,轴上光强在近场发生明显振荡,达到最大值后,强度明显开始降低,湍流较强时,传输很近距离强度就迅速衰减,并与其在真空中的传输特性进行了比较.这一结果对研究拉盖尔-高斯光束是有帮助的.     

有振幅调制和位相畸变光束的聚焦特性

用广义惠更斯－菲涅耳衍射积分和统计光学方法对有振幅调制和位相畸变光束的聚焦特性作了详细研究，并对有位相畸变光束的光束质量Ｍ２因子作了分析     

部分相干平顶光束的传输特性

采用超高斯－谢尔模型光束来描述部分相干平顶光束,推导出光束传输M^2因子,利用广义惠更斯－菲涅尔衍射积分,对其聚焦特性进行了分析,并对其焦面上的功率（能量）集中度进行了讨论。     

球差透镜对超高斯光束光束质量影响的研究

根据束宽的传输方程,采用双曲线拟合的方法,计算了超高斯光束通过球差透镜后的M2因子。同时还研究有球差的超高斯光束在透镜几何焦面和实际焦面上的桶中功率(PIB)。以M2因子和PIB作为光束质量评价的参数,进行了详细的数值计算来说明球差对超高斯光束光束质量的影响,并与有球差的高斯光束做了比较。得出了一些有实际应用意义的结果。     

高斯光束通过位相板后的变化

对基模和高阶高斯光束通过位相板后的变化作了详细的计算分析.研究表明,位相板可以改变光场分布和用功率含量百分比定义的Me2 因子,甚至使Me22.     

广义光束质量因子M~2

用形变量子力学中的形变测不准关系给出了广义光束质量因子Ｍ２，并用它简要分析了小型新光束ＣＯ２激光器的等效光束质量因子。