正弦高斯涡旋光束的远场传输特性

根据角谱法和稳相法,推导了正弦高斯涡旋光束TE波和TM波在远场传输和能流密度的解析表达式,研究了正弦高斯涡旋光束在远场中的相位奇点和能流密度分布.结果表明:正弦高斯涡旋光束的远场特性与高斯光束的束腰宽度、涡旋离轴量、坐标位置以及与正弦项相关的参量有关.在一定条件下,远场中会出现相位奇点和能流密度黑核;当控制参量改变时,相位奇点和黑核的位置会发生移动,但原点处不受影响.相位奇点和能流密度的对称性主要受涡旋离轴量影响,当涡旋离轴量为0时,相位奇点和能流密度分布关于原点对称;当涡旋离轴量改变时,相位奇点和能流密度分布呈现出非对称性.     

相位翻转厄米-高斯光束的传输特性

将相位翻转高斯光束的概念推广到相位翻转高阶模光束.以相位翻转厄米-高斯光束为例,推导出相位翻转高斯光束通过近轴理想(无光阑)ABCD光学系统,以及带刀口和光阑的ABCD光学系统传输的递推方程,并用以研究相位翻转高斯光束的传输特性.特别是,得出对TEM1、TEM2和TEM3模相位翻转高斯光束,光阑效应可以忽略的条件分别是截断参量δ≥2.1,2.5和 3.0.     

Half-plane diffraction of Gaussian beams carrying two vortices of equal charges

This paper derives explicit expressions for the propagation of Gaussian beams carrying two vortices of equal charges m=±1 diffracted at a half-plane screen, which enables the study of the dynamic evolution of vortices in the diffraction field. It shows that there may be no vortices, a pair or several pairs of vortices of opposite charges m=+1, -1 in the diffraction field. Pair creation, annihilation and motion of vortices may appear upon propagation. The off-axis distance additionally affects the evolutionary behaviour. In the process the total topological charge is equal to zero, which is unequal to that of the vortex beam at the source plane. A comparison with the free-space propagation of two vortices of equal charges and a further extension are made.     

Partially coherent nonparaxial modified Bessel--Gauss beams

The concept of partially coherent nonparaxial modified Bessel--Gauss (MBG) beams is proposed. Based on the generalized Rayleigh-Sommerfeld diffraction integral, the analytical propagation equations of nonparaxial MBG beams in free space are derived and analysed, and some special cases are discussed. In particular, under the paraxial approximation our results reduce to the corresponding paraxial ones. Numerical calculation examples are given to illustrate the dependence of intensity and spectral degree of coherence on the beam order $m$, \textit{$\xi $} and $f$ parameters, and to compare the difference between the paraxial and nonparaxial results.     

非傍轴贝塞尔-高斯光束在自由空间的传输

从瑞利-索末菲衍射积分出发,推导出任意阶非傍轴贝塞尔-高斯光束在自由空间传输的解析表达式.非傍轴贝塞尔光束和非傍轴高斯光束等的传输方程都可以作为本文一般结果的特例而得出.物理分析和数值计算表明,当高斯和贝塞尔部分的横向尺度与波长相比拟或小于波长时,应当用非傍轴方法处理.     

振幅比对矢量光束相干和非相干叠加合成Stokes奇点的影响

基于菲涅耳衍射积分方法、Stokes参量和复Stokes标量场,推导了两束单色傍轴矢量光束相干叠加和非相干叠加形成的合成Stokes奇点在自由空间传输时的表达式,研究了合成Stokes奇点在自由空间随振幅比变化的传输特性,同时分析了振幅比对合成Stokes奇点的偏振度的影响.结果表明:在自由空间传输时,合成Stokes奇点的数目、位置和奇点指数受振幅比影响.相干叠加场中,合成Stokes奇点的偏振度始终为1.在z=0面上,当振幅比η≠1时,C点、S23和S31奇点的奇点指数会发生反转;在z0面上,产生奇点指数加倍的S23奇点.非相干叠加场中,合成Stokes奇点的偏振度小于1且随振幅比发生变化.在z0面上,随振幅比η的改变,会产生不稳定的V点,V点会重新分裂为S23奇点和旋向性发生反转的C点;随振幅比η的进一步增加,S23奇点会湮灭.研究还发现,合成Stokes奇点的奇点指数之和守恒.     

矢量非傍轴离轴高斯光束的传输

基于矢量瑞利-索末菲衍射积分公式，得出了波动方程的一个解，它代表矢量非傍轴离轴高斯光束，其在自由空间的传输方程表示为解析的结果.矢量非傍轴离轴高斯光束的轴上和远场公式，矢量非傍轴高斯光束的传输方程，以及傍轴的结果都可作为一般表达式的特例而得出.研究表明，f参数对光束的非傍轴特性有重要影响，而离心参数也影响非傍轴行为.与共轴情况不同的是，对离轴情况，在y方向存在场的纵向分量. 关键词： 激光光学 矢量非傍轴离轴高斯光束 瑞利-索末菲衍射积分 f参数 离轴参数     

随机电磁光束的广义斯托克斯参数实验测量

利用杨氏双缝和马赫曾德干涉提出一种检测随机电磁光束的广义斯托克斯参数的实验方法.部分相干光通过杨氏双缝后,用光阑、半波片和偏振片组成的马赫曾德干涉光路进行处理,检测干涉条纹的相干度和单个缝的光场强度,得到光束的交叉谱密度矩阵,进而得到光束的广义斯托克斯参数.实验结果表明,同方向偏振的光分量的空间相干度高于正交偏振方向的光分量.该方法可用于研究光束传播过程中的偏振特性和相干特性的变化.     

光涡旋偶极子经半屏衍射后的演化

推导出寄居于高斯光束中的光涡旋偶极子经过半屏衍射后的解析传输公式.利用所得公式对光涡旋偶极子经半屏衍射后的演化做了详细研究.结果表明,与自由空间中光涡旋偶极子演化相比较,衍射场中会出现多对光涡旋偶极子,湮没方式与离轴量有关.随离轴参数的变化,偶极子出现不同的演化特性,但在演化过程中,拓扑电荷守恒. 关键词： 光涡旋偶极子 半屏衍射 拓扑电荷     

Nonparaxial Dark-Hollow Gaussian Beams

The concept of nonparaxial dark-hollow Gaussian beams （DHGBs） is introduced. By using the Rayleigh-Sommerfeld diffraction integral, the analytical propagation equation of DHGBs in free space is derived. The on-axis intensity, far-field equation and, in particular, paraxial expressions are given and treated as special cases of our result. It is shown that the parameter f = 1/κω0 with κ being the wave number and ω0 being the waist width determines the nonparaxiality of DHGBs. However, the parameter range, within which the paraxial approach is valid, depends on the propagation distance. The beam order affects the beam profile and position of maximum on-axis intensity.