复宗量双曲余弦-高斯光束的束传输因子与传输性质(英文)

引入了一类新的复参数双曲余弦 -高斯光束 ,给出了这类光束的束传输因子 (M2 -因子 )的解析表达式 ,并就这类光束在一阶傍轴光学系统中的传输特性进行了讨论。与实参数双曲余弦 -高斯光束相比 ,这类复参数双曲余弦 -高斯光束呈现出了新特性。

部分相干双曲余弦-高斯光束通过像散透镜的光束参数变化

研究了部分相干双曲余弦-高斯(Ch G)光束通过像散透镜的光束参数变化,并对像散和空间相干参数对束宽、束腰位置及远场发散角的影响做了重点分析.结果表明,受像散影响,部分相干Ch G光束在x、y方向束宽、束腰位置和远场发散角表现不同;束宽相对误差随空间相干参数的增大而增大,在几何焦面两侧出现一大一小两个峰值;在几何焦面处,x、y方向的束宽相对误差变化规律相同;x方向远场发散角相对误差随像散的增大而增大,当达到峰值之后进而随像散的增大减小;y方向远场发散角相对误差随像散增大近似呈线性增大.

复变量双曲余弦平方-高斯光束的双焦开关

推导了复变量双曲余弦平方-高斯光束(EchSGB)通过无光阑透镜系统后的轴上光强分布公式,在此基础上通过大量的数值分析发现,在菲涅耳数较小的情形下,当光束参数a<0.91且b>1时,轴上焦点出现两次位置不同的跃变-双焦开关(DFS)现象,讨论了光束入射距离及光束参数对其产生和变化的影响。最后对该光束的特例-余弦平方高斯光束的DFS现象作了一些分析讨论。

非傍轴双曲余弦-高斯脉冲电磁光束远场特性

利用矢量瑞利-索末菲衍射积分公式,推导出了非傍轴部分空间相干部分光谱相干双曲余弦-高斯(ChG)脉冲电磁光束在自由空间传输时交叉谱密度矩阵的远场解析公式,并用来表示脉冲电磁光束的光谱密度(光强)和偏振度。结果表明,对非傍轴远场部分空间相干部分光谱相干ChG脉冲电磁光束,其非傍轴性主要由参数f,fαα决定,而离心参数、脉冲宽度和时间相干长度影响其非傍轴行为。非傍轴部分空间相干部分光谱相干高斯-谢尔模型脉冲电磁光束的远场传输可作为特例处理。

复变量双曲余弦平方—高斯光束的束腰宽度及其位置

本文引入了近轴近似下波动方程的解—复变量双曲余弦平方 -高斯光束 ,该光束与双曲余弦函数项相关的参数为复数。本文主要对复变量双曲余弦平方 -高斯光束的基本特性进行了研究。由Collins公式出发推导出了光束通过近轴ABCD光学系统传输时的场分布函数。基于二阶矩定义 ,导出了光斑尺寸的解析表达式 ,并得到了该光束在自由空间传输时束腰宽度及其位置的解析式。最后对所得结果进行了数值计算和分析。

截断非傍轴双曲余弦-高斯光束的远场特性

基于瑞利-索末菲衍射积分公式,推导出截断非傍轴双曲余弦-高斯光束在自由空间传输的解析表示式,分析了一些特例,并引入非傍轴范畴的桶中功率概念,用以描述非傍轴光束的远场光束质量。结果表明:截断非傍轴双曲余弦-高斯光束的光强和桶中功率不仅与束腰宽度与波长之比、偏心参数及截断参数有关,而且桶中功率还与桶的尺寸有关。在一定的范围内,较大的束腰宽度与波长之比,截断参数和较小的偏心参数使光束有更好的聚焦特性,表现出更好的光束质量。

矢量非傍轴双曲余弦-高斯光束

引入了矢量非傍轴双曲余弦-高斯(ChG)光束概念。使用矢量瑞利-索末菲衍射积分公式推导出了矢量非傍轴ChG光束在自由空间传输的解析公式。矢量非傍轴ChG光束轴上和远场的解析式以及傍轴结果作为一般传输公式的特例给出。研究表明,对矢量非傍轴ChG光束,其非傍轴性主要由f参数决定,但偏心参数会影响其横向光强剖面形状和非傍轴行为。

梯度折射率介质对复变量双曲余弦高斯光束传输的影响

为了研究梯度折射率介质对复变量双曲余弦高斯光束传输的影响,推导出光束在介质中的传输场,运用空间二阶矩的定义解出了光斑尺寸及其变化率的表达式,并利用此表达式分别对光斑尺寸及其变化率作了数字模拟分析。研究表明:介质的折射率梯度变化不改变光束的形状,但是对光强的峰值和光斑尺寸有影响,并且发现随传输距离的增加光斑尺寸及其变化率出现周期性的振荡,而振荡幅度由光束参数决定。

非傍轴双曲余弦平方-高斯光束的传输特性

利用功率密度的二阶矩方法,通过数值计算,对非傍轴双曲余弦平方-高斯光束的远场发散角和M2因子进行了研究.结果表明,当参数1/f趋于零时,非傍轴双曲余弦平方-高斯光束的远场发散角渐近趋于渐近值63.435°,且与偏心参数α无关.非傍轴双曲余弦平方-高斯光束的M2因子与偏心参数α及参数1/f有关.当参数1/f足够小时,M2因子的值可以小于1.当偏心参数取较大值时,M2因子的值随着参数1/f的变化是非单调变化的.

部分相干双曲余弦-高斯光束的传输特性和空间整形

通过加入高斯项的空间相干度,引入部分相干双曲余弦-高斯(ChG)光束,推导出部分相干ChG光束通过近轴ABCD光学系统传输的解析表达式,并用以研究其传输特性和空间整形。结果表明,部分相干ChG光束的光强分布不能保持传输不变性,其光强分布不仅与传输距离和离心参数有关,而且还与空间相干参数有关。在传输距离固定时,适当改变部分相干ChG光束的离心参数和空间相干参数,可实现光束的空间整形。光束质量因子随空间相干性的增大和离心参数的减小而减小。高斯-谢尔模型光束和完全相干ChG光束可作为部分相干ChG光束的特例处理。

非傍轴截断双曲余弦高斯光束的M^2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ω0／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。

双曲余弦高斯光束在非Kolmogorov湍流中的湍流距离

为了研究双曲余弦高斯光束在非Kolmogorov湍流中的扩展,采用广义惠更斯-菲涅耳原理,推导出部分相干双曲余弦高斯光束在非Kolmogorov湍流中的湍流距离zt的解析表达式。对湍流参量(广义指数α、内尺度l0、外尺度L0)和光束参量(相干参量β、离心参量δ)对湍流距离的影响进行了理论分析。结果表明,zt随α的增大而先减小后增大,且在α=3.11处存在zt极小值;zt随l0和δ的增大而增大,随L0(仅当3.6<α<4时)和β的增大而减小。这一结果对双曲余弦高斯光束在实际湍流中传输的相关应用是有帮助的。

部分相干双曲余弦高斯光束在湍流中的等效曲率半径

给出了部分相干双曲余弦高斯(Ch G)光束在非-Kolmogorov湍流中的等效曲率半径Rx(z)的解析式,并研究了湍流参数(广义指数α、折射率结构常数C2n)和光束离心参数δ对等效曲率半径的影响.研究表明,Rx(z)随湍流的增强而逐渐减小;随湍流广义指数α的增大而先减小后增大,且在α=3.11时存在Rx(z)的极小值.另外,Rx(z)随离心参数δ的增加而增加,但湍流使得其变化更加缓慢;湍流对Rx(z)的影响随δ的增大而增大.

部分相干双曲余弦高斯光束在湍流中的扩展区间

为探讨部分相干双曲余弦高斯光束在湍流中的扩展情况,采用湍流距离,将部分相干双曲余弦高斯光束在湍流中的传输路径划分为三个区间,并详细研究了三个区间范围随各参量的变化情况。结果显示,光束从传输路径上依次进入三个区间,其光束的扩展逐渐加剧;第一、二区间的长度及第三区间的起点均随湍流广义指数α表现出非单调变化(随α增大而先减小后增大),并随相干参数的增大而减小,随离心参数的增大而增大。此外,通过对比第一区间与瑞利区间发现,α越大,湍流在瑞利区间内对光束扩展构成的影响越容易被忽略。研究表明,选取合理的参数可有效控制部分相干双曲余弦高斯光束在湍流中的扩展区间。

矢量非傍轴双曲正弦—高斯光束

基于矢量瑞利-索末菲衍射积分,推导出矢量非傍轴双曲正弦-高斯光束在自由空间传输的解析公式,其远场的解析式作为一般传输公式的特例给出。利用所得结果通过数值计算方法分析了矢量非傍轴双曲正弦-高斯光束的传输特性。研究表明,双曲正弦-高斯光束的横向光强分布与偏心参数和传输距离有关。

随机双曲余弦-高斯电磁光束互偏振度通过透镜的传输

从随机电磁光束的相干和偏振性的统一理论出发,利用交叉谱密度矩阵传输公式,推导出随机双曲余弦-高斯(ChG)电磁光束通过透镜后2×2交叉谱密度矩阵的传输解析公式,并用以表示任意两点的互偏振度,即纵向互偏振度(LDCP)和横向互偏振度(TDCP)。研究表明,随机ChG电磁光束的互偏振度与透镜焦距及随机ChG电磁光束的参数,例如随机ChG电磁光束系数比、离心参数和自相关长度等有关。随机高斯-谢尔模型(GSM)电磁光束通过透镜的互偏振度可作为随机ChG电磁光束离心参数为0的特例得出。对主要结果用数值计算作了说明,并给出相应的物理解释。

EchSGB远距离照明条件下的焦开关

推导了复变量双曲余弦平方-高斯光束(EchSGB)被无光阑透镜聚焦后的轴上光强分布公式,在此基础上通过数值计算和分析发现,EchSGB只有在远距离照明条件下才存在焦开关现象。焦点跃变位置随光束参数和对应高斯光束的菲涅尔数不同而变化,得到了EchSGB在平顶情形下产生焦开关的相对入射距离为11.13,表明在远距离照明和无光阑透镜精密调焦时,对于EchSGB要考虑焦开关现象的影响。