余弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性

为了研究光束在梯度折射率介质中的传输规律,利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法,推导出余弦高斯光束在梯度折射率介质中传输的解析表达式,对余弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性进行了分析,并进一步讨论了介质梯度折射率系数和调制参数对传输特性的影响。结果表明,余弦高斯光束在梯度折射率介质中传输时,轴上光强分布呈现周期性变化,横向光强分布受梯度折射率系数和调制参数影响较大。余弦高斯光束传输时具有不稳定性,通过适当调节参数,可在空间某位置实现余弦高斯光束的整形。

平顶高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性

利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法,推导出平顶高斯光束在梯度折射率介质中传输时的解析表达式,对平顶高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性进行了分析,讨论了介质梯度折射率系数和光束阶数对传输特性的影响。研究表明,平顶高斯光束在梯度折射率介质中传输时轴上光强分布呈现周期性变化,其周期决定于介质梯度折射率系数,而与光束的阶数无关;轴上峰值处的横向光强分布受梯度折射率系数和光束阶数的影响较大,横向光强的最大值随着梯度折射率系数的增大而增大。

洛伦兹-高斯光束在梯度折射率介质中的传输

导出了洛伦兹-高斯光束在梯度折射率介质中传输的光场分布,给出了二阶矩定义下的光束半宽度及其变化率的解析表达式,重点分析了梯度折射率系数对洛伦兹-高斯光束传输性能的影响。结果表明,梯度折射率介质中的归一化光强分布和光束半宽度等呈周期性变化,周期为梯度折射率系数的"倍,轴上最大光强出现在半周期处。梯度折射率系数除影响周期性外,对归一化光强分布和光束半宽度无明显影响,但影响光束半宽度变化率。

梯度折射率介质中可控空心光束的传输特性

为了研究可控空心光束在梯度折射率介质中的传输特性,采用广义惠更斯-菲涅尔积分公式,推导出可控空心光束在梯度折射率介质中通过旁轴ABCD光学系统后的一般传输公式。在此基础上,结合光强二阶矩的方法,给出了相应的一般束宽变换公式。通过数值分析研究了梯度折射率介质传输场中强度分布和均方根束宽的变化特点,讨论了介质梯度折射率系数、空心光束的阶数、控制参数p对传输特性的影响。研究结果表明,在梯度折射率介质中,可控空心光束轴上光强和束宽随着传输距离呈现周期性变化。空心光束的阶数和控制参数p对光强分布和均方根束宽影响较大。并且在光强峰值位置处,光强分布不再保持原来暗中空的特性,而是迅速变为类高斯分布。

梯度折射率介质中离轴椭圆厄米高斯光束的传输

利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法,对离轴椭圆厄米高斯光束在梯度折射率介质中传输做了研究,得到了一般的解析传输公式,并利用此解析式进行数值计算和分析,讨论了梯度折射率介质对离轴椭圆厄米高斯光束传输特性的影响。结果表明:介质梯度折射率对离轴椭圆厄米高斯光束传输性质有影响。

梯度折射率介质对复变量sinh-Gaussian光束传输的影响

为了研究梯度折射率介质对复变量双曲正弦高斯光束的传输影响,利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法推导出了复变量双曲正弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输场,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,并进行了数值模拟分析。结果表明,光斑尺寸及其变化率随传输距离的增加呈周期性变化,周期由折射率系数决定;随光束参量的改变,光斑位置不变,周期性不变,但是光斑尺寸的振荡幅度要发生改变;通过调整这些参量,可以改变光斑尺寸及其位置。此项研究对大功率半导体激光器等方面的开发应用有帮助。

双曲余弦平方高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性

利用广义惠更斯-菲涅尔衍射积分方法 ,导出了双曲余弦平方高斯光束(Cosh-Squared-Gaussian beam,CSGB)在梯度折射率介质中传输的解析表达式,对CSGB光束在梯度折射率(Gradient-index,GRIN)介质中的传输特性进行了分析,讨论了介质梯度折射率系数和光束参数对传输特性的影响。研究表明,在梯度折射率系数取值不同的条件下,CSGB光束在GRIN介质中传输时的轴上光强分布随传输距离呈周期性变化,空间周期与介质梯度折射率系数成反比。

梯度折射率介质下的光路计算与成像研究

使用激光照射具有梯度折射率的介质将形成海市蜃楼现象的光路轨迹“可视化”。主要研究了不同波长的激光在线性和非线性梯度折射率介质中的光路轨迹和成像情况。基于几何光学原理推导了光路方程并使用Matlab光线追迹算法计算了线性和非线性情况下的成像。实验上,通过自制仪器配置有折射率梯度的溶液并观察光路轨迹以及拍摄实物成像。实验拍摄的光路轨迹与理论推导基本一致,为海市蜃楼等现象的演示以及成像问题的研究提供了新的参考。

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。

异常空心光束在梯度折射率介质中的传输特性

基于柯林斯积分公式导出了异常空心光束在梯度折射率介质中的传输公式,给出了二阶矩定义下的光束宽度解析表达式.通过数值计算研究了异常空心光束在梯度折射率介质中及穿过介质后传输的强度分布和束宽变化的特性.结果表明,梯度折射率介质中的轴上光强分布、归一化的光强分布、光束剖面形状和光束宽度随着传输距离和梯度折射率系数变化呈周期性的变化,且梯度折射率系数越大,其变化速率越快.

反常涡旋光束在梯度折射率介质中的传输特性

利用柯林斯(Collins)积分方法,导出了反常涡旋光束(Anomalous Vortex Beam,AVB)在梯度折射率(Gradient-index,GRIN)介质中的传输公式,分析了AVB光束在GRIN介质中的传输特性,讨论了光束参数和GRIN系数对传输特性的影响。研究表明,AVB光束在GRIN介质中传输时,轴上光强分布及有效光束宽度随光束参数及介质折射率系数呈周期性变化,在同一观察面上,光束的暗核区域面积和最大光强随拓扑荷数m,光束阶数n增加而增加。

阵列艾里光束通过梯度折射率介质的光强演变特性

利用光学传递矩阵和广义惠更斯-菲涅耳积分衍射公式,研究了阵列艾里光束在梯度折射率介质中的演化规律。首先,导出了傍轴近似下,空间域内艾里和阵列艾里光束通过光学系统的传输方程。然后,分析了入射阵列艾里光束的二维光强随指数截断因子和光波束腰半径的变化规律。在此基础上,讨论了阵列艾里光束在梯度折射率介质部分横截面上的光强特征和光波传输的周期性特点,并与单艾里光束的传输规律进行了对比。因为大气的随机抖动和渐变折射率光纤都可以抽象为梯度折射率模型,所以相关结论对阵列光束的传输与通信有一定的理论意义。

双曲正弦高斯光束在梯度折射介质中的传输

为了研究双曲正弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性,利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法推导了光束强度分布解析表达式,据此结合空间二阶矩定义得到了束腰宽度和位置的解析表达式,并对光束强度分布、光斑尺寸、束腰宽度及其位置进行了数值计算和分析。结果表明,轴向光强分布呈周期性变化,横向光场分布受梯度折射系数和光束参量影响,通过对这些参量的适当调整,可以改变光斑尺寸和束腰位置。

洛默尔-高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性

基于梯度折射率介质,分析了洛默尔-高斯光束的强度包络和传输特性,给出了洛默尔-高斯光束的强度表达式。高斯腰斑取值越小,洛默尔-高斯光束的非零区域越小即高斯光束的截断作用越明显;半锥角取值越大,光束的空间尺度越小;拓扑荷数取值越大,光束中心的暗斑尺寸越大。非对称参数可以改变洛默尔-高斯光束的空间形态和对称特性,随着非对称参数幅值的增加,光强分布逐渐由圆对称改变为轴对称的双月结构,随着非对称参数幅角的增大,双月结构的对称轴呈现顺时针旋转的特性。洛默尔-高斯光束在梯度折射率介质中传输时,在一个传输周期内,光束的相对强度分布没有变化,只是光束尺度发生周期性聚焦变化,而在自由空间中,光束会很快演化为两个光斑。这些结果对研究洛默尔-高斯光束的实际应用具有一定参考价值。

吸收-透射界面下正弦折射率介质内辐射换热

对具有吸收-透射性边界面的梯度折射率半透明介质层,建立了介质内热辐射传递与边界面辐射换热的数理模型,并采用数值弯曲光线跟踪法求解介质内的热辐射传递。通过数值模拟,分析了正弦折射率下,边界面的反射特性、吸收率以及介质层光学厚度对介质内热辐射平衡温度场及热流分布的影响。结果表明,边界面的反射特性与吸收率对介质内辐射换热均有重要影响,吸收率的影响与边界面反射特性、介质层光学厚度及环境条件相关,呈现特征不同的作用。

部分相干平顶光束在梯度折射率介质中的传输特性

利用广义惠更斯-菲涅尔衍射积分方法,推导出部分相干平顶光束在梯度折射率介质中传输的交叉谱密度函数解析表达式,对部分相干平顶光束在梯度折射率介质中的传输特性进行了分析,并进一步讨论了介质梯度折射率系数、光束阶数以及光束相干性对传输特性的影响。结果表明,部分相干平顶光束在梯度折射率介质中传输时的轴上光强分布呈现周期性变化,且周期由梯度折射率系数决定,而与光束相干性无关。光束阶数越高、相干性越好、介质梯度折射率系数越大,则在介质中的轴上峰值光强越大。并且,在光强峰值位置附近的光强分布随传输距离的变化非常剧烈。

空心高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性

利用柯林斯公式推导出空心高斯光束在梯度折射率介质中的传输公式,并利用此解析式进行数值计算和分析,讨论了梯度折射率介质对空心高斯光束传输特性的影响。结果表明,介质梯度折射率对空心高斯光束的传输性质有较大影响。

梯度负折射率介质中高斯光束传输特性的研究

导出了高斯光束在梯度负折射率介质中的ABCD矩阵,据此得到光束在此介质中的传输模型.并利用此模型分析了高斯光束在梯度负折射率介质中的传输特性,发现它能产生空间孤子及呼吸子形式的传输,并发现光束的束腰半径不一定是最小束宽半径.还研究了梯度系数对介质聚焦能力的影响,据此可以设计出相应聚焦能力所需要的折射率分布.最后分析了传输时高斯光束曲率半径的变化情况,与光束束宽半径的变化显著不同,曲率半径始终从无穷大开始,然后产生一个个周期性的变换.

双曲余弦高斯光束在梯度折射率介质中的束腰宽度及其位置

为了研究梯度折射率介质中双曲余弦高斯光束的束腰及其位置,推导出了双曲余弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输场,并运用空间二阶矩的定义解出了光斑尺寸、束腰宽度及位置的表达式,讨论了梯度折射率介质对双曲余弦高斯光束的光斑尺寸、束腰宽度及位置的影响。研究结果表明:梯度折射率介质中光斑尺寸随传输距离的增加出现了周期性变化,周期由折射率系数决定;随偏心参数的增大,束腰宽度先逐渐减小再逐渐增大后趋于稳定;并且发现偏心参数决定光斑尺寸振荡幅度。

厄米余弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性

基于广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法,对梯度折射率介质中的厄米余弦高斯光束传输特性进行了研究,得出了在梯度折射率介质中厄米余弦高斯光束的光场表达式,并利用此表达式作数值模拟,研究了梯度折射率介质对厄米余弦高斯光束传输特性的影响。结果表明:光强在轴上分布呈现空间周期性变化,最大光强位置与梯度折射率系数β有关;随着调制参数α的增大,轴上最大光强逐渐减小而且出现了空心分布。在同一传输面上横向光强随梯度折射率系数β增加,先增大后快速减小;并且发现调制参数α变大,光强不变,但是束腰宽变窄。