Rytov相位结构函数二次近似和硬边光阑复高斯函数展开近似的验证

以受光阑限制的高斯光束在大气湍流中传输为例,用仿真程序数值模拟方法和实验方法对用Rytov相位结构函数二次近似和复高斯函数展开法得到的解析结果(如光强分布、二阶矩束宽、桶中功率和β参数)进行了比较验证。研究表明,解析结果与数值模拟结果和实验结果基本吻合。此外,对用不同研究方法所得结果的差异给出了合理的解释。

两种硬边衍射光束计算模拟方法的比较

以平顶高斯光束通过多个硬边光阑ABCD复杂光学系统的传输为例,分别用矩阵表示法和复高斯函数展开法推导出其对应的解析公式,并通过大量数值计算对两种方法进行比较。研究表明,矩阵表示法其解析公式形式简洁、规范,它在菲涅尔和夫琅禾费衍射区都很精确,但仅适用于圆对称光束和光学系统。复高斯函数展开法其解析公式形式较为复杂,它在非常靠近光阑的菲涅尔衍射区的误差较大,但是它可适用于圆对称和非圆对称光束和光学系统。两种方法与直接对Collins公式积分比较都能节约大量机时。

硬边光阑光学计算方法的比较研究

对通过硬边光阑光学系统光束传输问题的直接数值积分法、复高斯函数展开法、矩阵法和光束模式展开法作了比较研究。研究表明 ,直接数值积分应用范围广泛 ,但随着光阑数的增加 ,它变得既烦琐又耗时。复高斯函数展开法为快速模拟硬边衍射光束在菲涅耳区和夫琅和费区的传输提供了一个有用方法 ,只是在很近的场存在着显著的计算误差。矩阵法能用于菲涅耳区和夫琅和费区 ,但只适用于旋转对称的光学系统与光束。光束模式展开法可用于近似计算远场的弱截断光束。

厄米-高斯光束通过光阑的传输特性

对厄米-高斯(H-G)光束通过透射率为高斯分布的硬边光阑的传输特性进行了研究.采用硬边光阑函数可被展开为复高斯函数叠加的方法,推导出了近似的解析传输公式,并对厄米-高斯光束通过薄透镜的光强进行了数值计算.

厄米-高斯光束通过含硬边光阑光学系统束宽传输近似解析方程

本文对厄米-高斯光束通过含光阑系统的聚焦特性作了详细研究。采用将硬边光阑窗口函数展开为有限个复高斯函数之和的方法,推导出了由环围功率法定义的束宽传输的近似解析方程,并用数值计算例研究了光学系统和光束参数对光束聚焦特性的影响。

部分相干修正贝塞尔-高斯光束通过光阑的传输

为了对部分相干修正贝塞尔-高斯光束通过有硬边光阑近轴ABCD光学系统的传输进行研究,采用将硬边光阑窗口函数展开为有限个复高斯函数之和的方法,得到了近似的解析传输公式。以部分相干修正贝塞尔-高斯光束在有光阑情况下自由空间的传输为例作了数值计算,对所得解析公式的计算误差和适用范围进行了讨论。结果表明,用该方法可快速、解析地研究部分相干修正贝塞尔-高斯光束通过圆孔光阑自由空间的传输特性,分析菲涅耳数、截断参数对其光束经光阑后光强分布的影响。

高斯-谢尔模型光束通过杨氏双缝衍射后的解析传输公式

通过将杨氏双缝窗口函数表示为复高斯函数叠加的方法,从Collins公式出发推导出了高斯-谢尔模型(GSM)光束通过杨氏双缝和ABCD光学系统后光强的近似解析表达式。利用该公式作了数值计算,通过与Collins公式计算结果进行比较,确定了该公式的适用范围,研究了相干长度和双缝中心遮拦比对解析公式适用范围的影响,并对该公式的应用前景作了展望。

湍流大气中的有限孔径平面镜反射波的二阶统计特性

利用复高斯函数展开法,有限尺寸圆形平面镜被分解为一系列高斯孔径的叠加。在此基础上,利用ABCD矩阵结合Rytov近似,计算了湍流中有限尺寸圆形平面镜回波的平均强度及后向增强系数,揭示了反射波二阶矩振荡区间的存在。通过计算相干度函数及相干长度,证明了振荡区间湍流会对波前产生更大的影响。