多色高斯光束照射下透镜轴棱锥的聚焦特性

从菲涅耳衍射积分公式出发,推导多色高斯光束被球差透镜衍射后光强分布的解析公式,进行数值模拟和物理分析.结果表明,光谱半宽σ小的多色高斯光束照射透镜轴棱锥时,不同观察面的光强分布均为J20的形式.随观察平面远离透镜轴棱锥,横向光强第1零点半径逐渐增大;但当σ取值较大时,横向光强分布不再是J20的形式,且横向光强的零点不再明显.对于轴上光强而言,多色高斯光束提高轴上光强分布的均匀性.

散射诱导的多色高斯光束远场的光谱移动和光谱开关

在静态散射的框架内,以高斯光束透过表面粗糙的绝缘板的远场谱强度为例,对散射诱导的光谱变化做了研究。前散射光的谱强度相对源光谱可能有红移和蓝移,某些条件下还会产生光谱开关。在影响散射光谱强度的诸参数中,板的厚度相对平均厚度的差值H参数起主要作用。当H=0时,归一化谱强度保持不变。散射诱导的多色高斯光束远场光谱开关属于"奇点光学"效应。

大气湍流对多色高斯-谢尔模型光束扩展的影响

基于广义惠更斯-菲涅耳原理,采用Rytov相位结构函数二次近似和硬边窗口函数的复高斯展开法,推导了受光阑限制的多色高斯-谢尔模型(GSM)光束在大气湍流中的二阶矩束宽公式。研究表明:二阶矩束宽随着大气湍流折射率结构常数、源光谱带宽和光束传输距离的增加而增大,随着光束截断参数和光束相干参数的增加而减小;并且,当源光谱带宽越大、光束截断参数和光束相干参数越小,则湍流对受光阑限制的多色GSM光束扩展的影响就越小。

多色矢量高斯-谢尔模型光束的焦移和焦开关

从交叉谱密度矩阵的传输公式出发,对多色矢量高斯-谢尔模型(GSM)光束的焦移和焦开关作了详细的研究·插入偏振片之前,多色矢量高斯-谢尔模型(GSM)光束通过硬边光阑透镜分离光学系统后,有焦移,但无焦开关;而插入偏振片之后,会出现焦开关·改变偏振片的旋转角度可以控制焦开关的特性·

大气湍流对受光阑限制的多色高斯-谢尔模型光束总光强分布特性的影响

基于广义惠更斯-菲涅尔原理,采用Rytov相位结构函数二次近似和窗口函数的复高斯展开法,推导出了受光阑限制的多色高斯-谢尔模型(GSM)光束在大气湍流中的总光强公式,详细研究了大气湍流对受光阑限制的多色GSM光束总光强分布特性的影响.研究表明,光束截断参数、光束相干参数和源光谱带宽越小,大气湍流对受光阑限制的多色GSM光束总光强影响就越小.特别地,湍流对受光阑限制的多色GSM光束的影响比无光阑限制时要小;在大气湍流和自由空间中,受光阑限制的多色GSM光束比准单色GSM光束扩展大.

初级相差对多色部分相干平顶高斯光束光谱移动与光谱开关的影响

基于部分相干光的传输理论,研究了有初级像差多色部分相干平顶高斯光束被光阑衍射后的光谱变化规律,并通过数值计算,重点对球差、慧差、像散、场曲和畸变等初级相差对光谱移动和光谱开关的影响进行了分析比较。研究表明:在考虑光学系统存在各种初级像差的情况下,轴上光谱也会出现光谱移动和光谱开关。光谱移动和光谱开关不仅与光阑截断参数、光源谱宽度、光束的空间相干度、光束的阶次及场点位置等因素有关,初级相差对光谱移动和光谱开关也会产生影响,不同的像差系数对光谱开关的位置、光谱跃迁量、光谱开关的变化范围、光谱开关出现与消失产生不同的影响。

多色GSM光束通过杨氏双缝后谱强度的一般式

为了统一地研究多色高斯-谢尔模型(GSM)光束通过杨氏双缝衍射后在近场和远场的光谱移动和光谱开关现象,利用部分相干光的广义衍射积分公式,得到了多色GSM光束通过杨氏双缝和ABCD光学系统后的谱强度解析表达式。从该式可看出,多色GSM光束轴上光谱移动的成因是不同频率成分的光具有不同的菲涅耳数。利用谱强度解析式并以自由空间作为ABCD光学系统的典型代表,对多色GSM光束在近场轴上和远场轴外的光谱移动和光谱开关现象作了数值计算研究。结果表明,所得谱强度解析表达式对GSM光束通过杨氏双缝衍射后的光谱移动和光谱开关现象的研究有一定的理论价值。

多色高斯-谢尔模型光束通过球差透镜的光谱变化

基于部分相干光的传输方程研究了多色高斯谢尔模型光束通过球差透镜的光谱变化。结果表明,多色高斯谢尔模型光束通过球差透镜后的轴上光谱与空间相关参量β,球差系数C4,源光谱谱宽σ0,位置z有关。着重分析了球差对轴上光谱的影响,将所得的结果与无像差的理想情况作了比较。当无球差时,轴上光谱仅有蓝移,而有球差时,轴上光谱存在蓝移或红移,并会出现光谱分裂现象。在某些特定位置处,轴上光谱分裂为等高双峰,并有跃变出现。而且,球差对光谱的影响随空间相关性增加而变得明显。当空间相关参量减小到某一值时,光谱分裂消失。

部分空间相干光在自由空间中传输的光谱分裂

基于部分相干光的传输定律,研究了多色高斯 谢尔模型光束在自由空间中传输的光谱变化。研究表明,在近场会有光谱分裂出现,光谱分裂与光源的空间相干性和源光谱的谱宽以及位置参数有关。对结果作了分析,并用数值计算作了说明。