经光阑衍射的平顶涡旋光束位相奇点的演化特性

推导出了平顶涡旋光束通过有光阑ABCD光学系统的传输解析式,并以光阑透镜和矩形光阑系统为例,与平顶光束比较研究了截断参量、相对离轴距离和光束阶数对衍射场中位相奇点演化特性的影响.数值计算表明,平顶涡旋光束通过上述光学系统均存在位相奇点,即使源处涡旋被光阑阻拦时,衍射场中也会出现位相奇点;而平顶光束通过光阑透镜系统存在刃型位错,随着截断参量增大,会发生刃型位错的演化和湮灭现象,且平顶光束通过矩形光阑系统没有发现位相奇点.

经光阑衍射的高阶贝塞耳光束位相奇点演化特性

推导出了高阶贝塞耳光束通过有光阑近轴ABCD光学系统传输的解析公式,用以研究了高阶贝塞耳光束被光阑衍射位相奇点的演化特性.结果表明:高阶贝塞耳光束经光阑系统衍射后,中心光涡旋始终存在,拓扑电荷守恒,但涡旋核大小会随光阑半径、传输距离和光束阶数而变化;随光阑半径和传输距离变化,圆刃型位错会消失或产生.

被光阑衍射的多色部分空间相干光的光谱异变和光谱开关

从空间-频率域部分空间相干光的传输理论出发,研究了被光阑衍射多色部分空间相干光远场的光谱异变和光谱开关。研究表明,与多色完全空间相干光的光谱异变仅由光阑衍射效应引起不同,多色部分空间相干光的光谱异变和光谱开关与光阑衍射、空间相关性和源光谱谱宽有关。作了详细的数值计算以说明多色部分空间相干光的光谱开关的特性。多色完全空间相干光可作为空间相关度β=1的特例而包含在理论模型之中。

部分相干平顶光束经光阑衍射的偏振特性

根据光束的相干-偏振矩阵和传输理论,对部分相干平顶光束经正多边形光阑衍射的偏振特性进行了系统的研究.给出了部分相干平顶光束偏振度传输公式,并将高斯-谢尔模型光束以及部分相干平顶光束在自由空间传输的偏振度作为特例统一于一般表达式中.研究表明:部分相干平顶光束经光阑衍射的偏振特性与光阑截断参数、光束的空间相干性、衍射角、传输距离、平顶光束的阶数有关.

被光阑衍射部分偏振高斯-谢尔模型光束的远场特性

从部分相干光的传输理论出发,采用光束相干-偏振矩阵方法研究了被光阑衍射部分偏振高斯-谢尔模型光束的远场特性,对远场偏振和光强特性作了详细的数值计算和物理分析。研究结果表明,光阑衍射部分偏振高斯-谢尔模型光束的远场特性与光阑截断参量、光的空间相干性和衍射角有关。并与自由空间的传输特性和以前的工作作了比较分析。

受光阑限制光束衍射场的高阶修正

为了模拟受光阑限制光束衍射场的分布,利用泰勒展开得到了一系列的高阶修正场。随着传输距离z的减少,只需增大到合适的阶数M即可模拟衍射场分布。对于不同的传输距离z,可根据不等式来选择合适的阶数M。以超高斯光束为例,用数值计算例说明理论公式的应用。所得结果对于研究通过光阑衍射光束的传输是有用的。

有硬边光阑衍射时厄米—高斯光束的M^2因子：广义截断二阶矩法

激光束的描述和光束质量评价,已成为近年来在国际和国内激光界的热门研究课题.由Siegman教授倡导基于二阶矩定义的M2因子,在理论上较好地描述了激光光束质量,被国际标准化组织作为评价激光束的一个重要参数.但在实际应用中,尚有不少问题值得深入研究.其中一个重要问题是:对有硬边光阑衍射激光束的光束质量如何评价?为克服所谓"发散"困难,已提出了不少方法.本文以有硬边光阑衍射时的厄米-高斯光束为例,采用广义截断二阶矩法,经过繁冗但严格的推导,得出用不完善伽玛函数表示的广义M2G因子的解析表示式,它由厄米-高斯光束的阶数和截断参数α两个参数所决定,对此作了详细的数值计算和物理分析.并且证明,当光阑宽度a→∞和厄米-高斯光束的阶数n=0时,M2G因子就分别约化为无光阑限制厄米-高斯光束和有硬边光阑衍射高斯光束的M2因子的公式.最后,还对广义截断二阶矩法的推广应用和相关问题作了讨论.(OG13)

光阑对高斯谢尔模型光束偏振特性的影响

根据光束的相干-偏振矩阵理论,应用柯林公式对部分相干光经光阑衍射后的轴向、横向偏振特性从近场区到远场区的演化规律进行了详细的数值计算。经研究表明,由于光阑的衍射效应,使得高斯谢尔模型光束的偏振出现非均匀分布,光束偏振度沿轴向、横向分布出现多峰振荡现象,并且随着光阑截断参数的减小、光束空间相干长度的增大和传输距离的增大,多峰振荡逐渐增强。光束在自由空间沿轴向传输时,在近场区偏振度分布均匀,与源平面相同,随着传输距离的增大和空间相干长度的减小,偏振度沿轴向分布逐渐增大,无振荡现象。

球差对多色部分空间相干光衍射引起的光谱开关的影响

基于空间频率域交叉谱密度函数的传输公式,推导了有球差多色部分空间相干光被光阑衍射后轴上点光谱的解析表达式,而完全空间相干光的结果可作为本公式的特例。着重分析了球差对一阶光谱开关的影响,结果表明,球差会引起光谱移动的不同和光谱开关临界位置的变化。

高阶贝塞尔-高斯脉冲光束相位奇点的演化

推导出被光阑衍射高阶贝塞尔-高斯脉冲光束的场和光强分布的解析公式,对其相位奇点的演化特性做了计算和分析。结果表明,高阶贝塞尔-高斯脉冲光束经光阑衍射后,中心光涡旋始终存在,拓扑电荷守恒。随脉冲频率和脉冲宽度增加,等相位线均沿逆时针方向旋转,涡旋核随脉冲频率增加而减小,而脉冲宽度对涡旋核大小几乎无影响。等相位线随截断参数和传输距离的增加分别沿逆时针和顺时针方向旋转,涡旋核大小随截断参数增加而变化,随传输距离和光束阶数的增加而增大。

有振幅调制和相位畸变光束的远场光谱移动与光谱开关

基于瑞利衍射公式,研究了被光阑衍射的具有振幅调制和相位畸变光束的远场光谱变化规律。结果表明,有振幅调制和相位畸变光束在远场也会出现光谱异变现象和光谱开关效应,光阑截断参数、光束的相位畸变参数、振幅调制参数、光强调制参数对远场光谱的跃迁量和光谱开关产生影响。通过数值计算结果分析讨论了光阑截断参数及光束各参数影响远场光谱的规律。

拉盖尔-高斯截断级数展开法的应用

用拉盖尔-高斯截断级数模拟了任意半径的圆孔硬边光阑窗口函数,并应用于研究高斯光束和零阶贝塞尔-高斯光束通过硬边光阑的衍射。对高斯光束和零阶贝塞尔-高斯光束的轴向和横向光强分布的计算结果表明:当积分面不是很靠近光阑时,用参数最佳化选取的拉盖尔-高斯截断级数法与用直接数值积分所得结果符合很好。

锯齿型衍射光阑的优化设计与制作

在传统几何光阑基础上,利用微细加工技术在其特定区域制作衍射微结构,则可获得既能控制光束大小又能实现光束整形的衍射光阑。针对高功率激光放大系统前端光束形态控制的需求,对可产生平顶超高斯光束的锯齿型衍射光阑的优化设计理论进行了研究,提出引入均方误差和顶部不均匀度两个参数作为优化设计的评价依据,并在此基础上对影响光阑光束控制效果的衍射微结构进行了深入分析,获得了锯齿型衍射光阑关键参数的优化设计方法,最后,提出采用镀膜结合光学光刻的方法,制作了锯齿型衍射光阑。

有球差多色高斯光束衍射引起的光谱开关

从空间频率域交叉谱密度函数的传输公式出发 ,推导出有球差多色高斯光束被硬边光阑衍射后轴上光谱的解析公式 ,无像差的结果作为本公式的特例 .对所得公式作了详细的数值计算和物理分析 .结果表明 ,球差高斯光束被硬边光阑衍射后近场的光谱与无像差时比较有蓝移、红移 ,也会出现光谱开关 .

激光陀螺环形谐振腔抑制比优化控制研究

根据光阑衍射理论,以光阑衍射损耗灵敏度为参量,研究和分析了激光陀螺环形谐振腔的抗失调能力。基于激光陀螺的限模条件,为获得谐振腔的最佳光阑衍射损耗灵敏度,计算得到了激光陀螺抑制比下限。通过数值计算,研究了谐振腔增益和反射镜总损耗对其抑制比下限的影响,并得到了实验验证。研究结果表明:腔内增益越大,陀螺抑制比下限值越大;反射镜总损耗越大,陀螺抑制比下限值越小。这对激光陀螺环形谐振腔装调过程中抑制比的优化控制具有重要指导意义。