Creation of Super Long Transversely Polarized Optical Needle Using Azimuthally Polarized Multi Gaussian Beam

The intensity distribution in the focal region of a high-NA lens for the incident azimuthally polarized multi Gaussian beam transmitted through a multi belt spiral phase hologram is studied on the basis of the vector diffraction theory. Here we report a new method used to generate a needle of transversely polarized light beam with sub diffraction beam size of 0.366A that propagates without divergence over a long distance of about 22A in free space. We also expect that such a light needle of transversely polarized beam may find its applications in utilizing optical materials or instruments responsive to the transversal field only.

多束超高斯激光相干合成的数值模拟

建立了超高斯光束的相干叠加的数学模型,对比了光束间距为1 cm、超高斯阶数为12条件下25束高斯光束相干叠加与非相干叠加时的光强分布,发现相干合成的峰值光强为非相干叠加的峰值光强的近10倍,且光束质量也得到大大提高,有利于提高能量的利用率。分析了多种条件下相干合成的光强分布特性,结果表明:随机相位差小于十分之一波长时,相位差的变化对相干合成效果影响不大;当超高斯阶数大于10时对相干合成的峰值光强影响较小;随着相干发射阵列光束间距的增大,相干合成光强迅速减小,光束质量变差。得到了传输距离分别为10 m,100 m,1 km和5 km下的光强分布,表明合成的峰值光强随着传输距离的增加而由小变大,最后随着传输距离的进一步增大而衰减。最后得到了不同传输距离处的环围功率比。

高功率超高斯光束传输的非线性补偿研究

分析了高功率超高斯光束在非线性介质中传播的基本理论,用分步傅里叶变换方法计算了10阶超高斯光束在非线性介质内的传输过程,最后采用具有负折射率系数的非线性介质作为补偿材料,对不同的补偿方式进行了对比分析。研究表明,四种补偿方式均可以大大减小光束的B积分,有效防止超高斯光束边缘的非线性增长,降低光束的小尺度自聚焦,同时选用后补偿作为最佳补偿方式。

高功率Yb:YAG微片激光器热效应研究

为了研究抽运光在Yb:YAG晶体内产生的非均匀性温升以及引起的热效应问题,以半解析热分析理论为基础,结合超高斯光束端面抽运、背向冷却Yb:YAG微片工作特点分析,采用热传导方程一种新的求解方法,得出了Yb:YAG微片内部温度场、热形变场、附加光程差的半解析计算表达式。并定量分析了超高斯光束不同阶次、不同光斑尺寸抽运时对于Yb:YAG微片温度场、热形变场的影响。结果表明,若使用50W、光斑半径300μm的5阶超高斯光束端面抽运掺镱离子原子数分数为0.08的Yb:YAG微片,抽运面上可获得52.18℃最高温升量,产生0.1195μm最大热形变,引起0.2152μm的附加光程差。该研究结果对于微片激光器热不敏谐振腔最优化设计具有理论指导作用。

用傅立叶级数展开法研究受光阑限制的超高斯光束的传输特性

用傅立叶级数展开法研究了超高斯光束通过受高斯光阑限制的近轴ABCD光学系统的传输特性 ,导出了高斯光阑情况下近似解析传输公式 ,并给出了数值例 .研究表明

有限束宽下超高斯光束经光栅对压缩的研究

利用有限束宽下入射脉冲通过光栅对压缩的理论模型,从脉冲光束的傅里叶角谱入手,分析了脉冲超高斯光束单次及两次通过光栅对时的变换特性,以及高阶色散对脉冲压缩的影响。结果表明,脉冲超高斯光束单次通过光栅对压缩器时,横向谱移动使得出射光束产生时间相关的空间移动而两次通过压缩器时则会消除此种影响。高阶色散不仅影响输出脉冲的时间特性同时还影响其空间特性,导致输出脉冲波形扭曲,产生时空畸变。

像散透镜对超高斯光束的变换特性

利用广义惠更斯 菲涅耳衍射积分 ,并考虑像散的影响 ,对超高斯光束通过像散透镜后的传输特性作了数值计算和讨论 ,得出一些新的结论。以桶中功率为参数分析了像散超高斯光束的光束质量 。

超高斯光束二次谐波转换中的衍射和离散效应

采用ＫＤＰ晶体Ⅰ类匹配的方案，以超高斯光束的二倍频为例，通过求解包含衍射、离 散的非线性耦合波方程，考虑衍射和离散两种因素对二次谐波转换效率的影响并对其作数值 模拟计算．结果表明，衍射的影响非常小．当入射超高斯光束口径较小时，离散效应的存在将 大大降低倍频转换效率．随着入射光束口径的增大，离散效应的影响相应地减小，甚至可以 忽略．

硬边光阑、超高斯光阑和锯齿光阑的比较研究

以复宗量拉盖尔—高斯(ELG)光束为例,对ELG光束经硬边光阑、超高斯光阑和锯齿光阑的衍射特性作了详细的比较研究。数值计算结果表明,超高斯光阑和锯齿光阑的优点是能有效抑制菲涅尔衍射调制并有较大的填充因子。

Kerr效应对超高斯光束聚焦特性的影响

利用菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式,对一维超高斯光束通过克尔介质的聚焦特性进行了研究。在相位延迟为-2 rad^2 rad的范围内进行了计算。模拟结果表明,正Kerr效应将提高聚焦强度、增大相对焦移量和降低几何焦平面的峰值光强;而负Kerr效应,则会降低聚焦强度、增大相对焦移量和降低几何焦平面的峰值光强。可以将这两种的情况联合起来进行讨论,并可以通过增大光束的菲涅耳数来降低Kerr效应对其聚焦特性的影响。

抽运光分布对圆截面激光晶体热变形的影响

为了简化激光晶体中热变形量的求解过程,分析抽运光分布对激光晶体热变形的影响,采用圆截面激光晶体热变形量的简便计算方法,并取抽运光束为超高斯光束,通过理论推导和数值计算,研究了抽运光强度分布对圆截面激光晶体热变形的影响。结果表明,晶体端面热变形量与半径为3次多项式关系,当抽运光阶次大于2时,随着阶次的增大,晶体端面的热变形量逐步减小。这一结果对全固态激光器的设计有一定帮助。

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 。

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。

超高斯光束是折射率梯度光纤中波动方程的本征解

本文在一般情况下推导出超高斯光束是折射率梯度光纤中ＳＶＡ近似下波动方程的本征解并给出了折射率分布函数

多束高斯叠加模型光束与超高斯光束传输特性比较

基于Wigner分布函数和强度矩方法,研究了多束高斯叠加模型光束(MGB)的光束特性,推导出了M2因子和束宽的解析表达式.对多束高斯叠加模型光束(MGB)和超高斯光束(SGB)的传输变换特性作了比较研究,结果表明,具有相同M2因子的MGB和SGB光束在广义菲涅耳数相同的平面上具有十分相似的横向光强分布,尽管其束宽和传输距离可能不相同.

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M2 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 )

受光阑限制贝塞耳-高斯光束的衍射特性

对贝塞耳-高斯光束经不同几何构形光阑的衍射作了比较研究。结果表明,在选取合适的光阑参数情况下,锯齿光阑能减弱所关心区域(F=20)轴上光强的衍射调制,而超高斯光阑能抑制大部分菲涅耳区(F>3.7)的衍射调制。锯齿光阑和超高斯光阑都有较大的填充因子,使用合适的超高斯光阑可得到有较大填充因子(如fSuper-Gaussian=0.25)又更平滑的横向光强分布。数值计算说明,为有效抑制光强的衍射调制,适当选取超高斯光阑的阶数n和半宽ws(如n=4,ws=0.4mm)是必要的。

强非局域介质中超高斯型光束的传输特性

运用变分法研究了傍轴超高斯型光束在强非局域非线性介质中的传输特性,得到了傍轴超高斯型光束各参量的近似演化方程、一个势函数以及一个临界功率;求出了傍轴超高斯型光束各参量的近似演化表达式;并通过分析得到当初始功率等于临界功率时,可以获得稳定的超高斯型空间光孤子;对于一般情形,傍轴超高斯型光束束宽则作周期性的压缩或展宽变化.

超高斯光束经光阑球差透镜后的光束质量评价

以桶中功率 (PIB)、β参数和 η参数为激光光束质量评价参数 ,对超高斯光束经有方环光阑球差透镜后的光束质量作了详细的研究。大量数值计算和物理分析表明 ,超高斯光束经有方环光阑透镜后的光束质量与方环遮拦比、透镜球差和超高斯光束的阶数等因素有关。采用适当的负球差透镜 ,在实际焦面上可得到最大的PIB ,η值和最小的β值 ,从而获得比无球差透镜更好的光束质量 ,甚至使 β <1。

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。