复宗量双曲余弦高斯光束的束腰及其位置

由复宗量双曲余弦高斯光束通过近轴ABCD光学系统传输公式,推导出了基于二阶矩定义的光斑尺寸的解析表达式,给出了复宗量双曲余弦高斯光束在自由空间传输和通过薄透镜时的光斑尺寸、束腰宽度及其位置的解析表达式,并进行了数值计算,对计算结果进行了分析和讨论,该方法可用于其它光束通过近轴ABCD光学系统的类似计算。

复宗量双曲余弦高斯光束的焦移和焦开关(英文)

由collins衍射积分,推导出了复宗量双曲余弦高斯(EchG)光束通过无光阑透镜后的轴上光强分布公式和轴上最大光强位置满足的一元三次方程,得出了制约焦开关现象的解析条件.在此基础上作了大量的数值分析.结果表明,除了菲涅耳数外,相对入射距离和光束参数都影响焦开关.这些结果将有助于了解EchG光束的聚焦特性.

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。

复宗量双曲正弦高斯光束的传输特性

对复宗量双曲正弦高斯(EshG)光束的一些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光学系统传输的场分布函数,根据二阶矩的定义和光束在近轴ABCD光学系统中的传输公式推导出了光束通过近轴ABCD光学系统光斑尺寸的解析表达式。得到了复宗量双曲正弦高斯光束在自由空间传输时束腰宽度和位置的解析表达式以及M2因子的表达式。对光强分布、光斑尺寸、束腰宽度及其位置和M2因子进行了数值计算,并对计算结果作了分析。本文所得结果具有广泛的意义,因为正弦高斯光束、双曲正弦高斯光束和复宗量正弦高斯光束均可视为其特例。

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。

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。

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。

湍流对M×N列阵双曲余弦高斯光束传输和远场光束质量的影响

基于广义惠更斯-菲涅耳原理,并采用光束的非相干合成方法,推导出了M×N双曲余弦高斯列阵光束在湍流中的三维光强传输方程.采用桶中功率、β参量和Strehl比作为光束质量的评价参量,研究了湍流大气对双曲余弦高斯列阵光束远场光束质量的影响.研究表明:在湍流大气中,双曲余弦高斯列阵光束的传输将经历三个阶段的变化,并且湍流使得光束传输经历三阶段的进程加快;湍流导致双曲余弦高斯列阵光束扩展、最大峰值光强下降,但是,β参量随光束数目M(N)、相邻子光束间距xd(yd)和光束参量δ的增加而减少,即光束扩展受湍流的影响减小;并且,存在最佳xd(yd)和δ值使得Strehl比取得极大值.因此,适当选取M(N)、xd(yd)和δ可以降低湍流对双曲余弦高斯列阵光束远场光束质量的影响.

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。

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。

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。

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。

部分相干双曲余弦高斯光束通过湍流大气传输空间相干性的变化

基于广义惠更斯—菲涅尔原理,推导出了部分相干双曲余弦高斯光束通过湍流大气传输其光谱相干度的解析表达式,并研究了光束的空间相干特性.研究表明,部分相干双曲余弦高斯光束通过自由空间传输其光谱相干度会出现振荡和相位奇异现象,且震荡随光束离心参数δ增大而增强.但是,随着湍流的增强,不同δ的光谱相干度曲线相接近,并呈类高斯分布;此外,在湍流中随着传输距离z的增加光束的空间相干性变差.

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大气中传输的光谱变化

基于广义惠更斯-菲涅尔原理,推导出了部分相干双曲余弦高斯(ChG)光束在湍流大气中的光谱传输方程,研究了湍流对其光谱特性的影响,得出了一些有意义的结论,并给予了合理的物理解释.研究表明,部分相干ChG光束通过湍流大气传输其光谱特性由源光谱、光束相干参数、光束离心参数、大气折射率结构常数和观察点位置等因素共同决定.湍流使轴上点光谱移动量减小.当湍流增强到一定程度时离轴点还存在光谱跃变现象,发生跃变的临界位置和光谱跃变量随湍流的增强而增大.此外,光谱跃变的临界位置随着离心参数的增大而远离传输轴,光谱跃变量随着光束相干参数的增大而增大.

非柯尔莫哥诺夫湍流对部分相干双曲余弦高斯光束扩展的影响

基于非柯尔莫哥诺夫湍流模型,本文给出了部分相干双曲余弦高斯光束通过湍流传输的二阶矩束宽和相对束宽解析式,并研究了湍流参数(广义指数α、内尺度l0、外尺度L0)和光束参数(离心参数δ、相干参数β)对光束扩展的影响。研究表明:束宽随α的增大而先增大后减小,且在α=3.11处存在光束扩展极大值;束宽随l0的增大而减小,随L0的增大而略微增大(仅当α>3.7时)。另外,束宽随δ的增大及β的减小而增大,但当δ越大和β越小时,光束扩展受湍流的影响则越小。

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.

厄米-双曲余弦-高斯光束在有光阑光学系统中的传输

从Collins公式出发,对厄米-双曲余弦-高斯(HChG)光束通过有硬边光阑限制的近轴ABCD光学系统的传输进行了研究.采用将矩形函数展开为有限个复高斯函数之和的方法,推导出了光场分布的解析表达式.给出了数值计算结果,并与直接对Collins公式作数值积分的结果进行了比较,充分显示此解析方法不仅便于物理分析,而且可节约大量机时.

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.

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。