用拉盖尔-高斯函数展开方法计算梯度型单模光纤特性参数(英文)

用拉盖尔 -高斯函数展开方法计算梯度型单模光纤特性参数。应用拉盖尔多项式性质和汉克尔变换来计算光纤参数 :如远场、模斑尺寸和波导色散 ,得到了非常简单且物理概念清晰的表达式。给出了数值计算实例并与精确值进行了比较 。

拉盖尔-高斯截断级数展开法的应用

用拉盖尔-高斯截断级数模拟了任意半径的圆孔硬边光阑窗口函数,并应用于研究高斯光束和零阶贝塞尔-高斯光束通过硬边光阑的衍射。对高斯光束和零阶贝塞尔-高斯光束的轴向和横向光强分布的计算结果表明:当积分面不是很靠近光阑时,用参数最佳化选取的拉盖尔-高斯截断级数法与用直接数值积分所得结果符合很好。

拉盖尔-高斯光束与高斯光束捕获力比较

根据高斯光束和拉盖尔-高斯光束两种光源的截面光强表达式,模拟出各自的光强分布.利用几何光学模型分别计算了高斯光束和拉盖尔-高斯光束在不同捕获目标尺寸和折射率、显微镜物镜的数值孔径以及样品池界面处到捕获目标的距离时的捕获效率,对高斯光束和以拉盖尔-高斯光束为代表的空心光束的捕获能力进行了比较.结果表明,拉盖尔-高斯光束相对于高斯光束其捕获能力具有很大的优势,拉盖尔-高斯光束的最大反向捕获效率高于高斯光束的最大反向捕获效率,在光镊稳定平衡点附近的刚度大于高斯光束的刚度.拉盖尔-高斯光束由于其特殊的光强分布,当物镜的数值孔径足够大时球差对其影响较大.

基于拉盖尔-高斯光束的单光子捕获概率研究（英文）

单光子源通常采用基于高斯光束的高度衰减激光脉冲,假设激光束具有初始高斯时域脉冲波形和TEM_(01)模拉盖尔-高斯空域分布.基于折射率起伏的Rytov近似和修正von Karman谱模型,研究了大气湍流对星地量子通信单光子捕获概率的影响;建立了上行信道和下行信道的单光子捕获概率理论模型;针对低轨卫星-地面站间激光链路,对单光子捕获概率进行了分析.结果表明:上行信道的单光子捕获概率强烈依赖于地面折射率结构常数C_n^2(0),且随着C_n^2(0)的增加而减小;然而,下行信道的单光子捕获概率并不依赖于C_n^2(0),即大气湍流对其没有影响.

厄米-拉盖尔-高斯光束的传输特性

利用Collins公式,推导出厄米-拉盖尔-高斯(HLG)光束通过近轴ABCD光学系统的解析传输公式,并用来研究通过自由空间和薄透镜的传输特性。结果表明,除模指数m,n之外,对HLG光束新引入的α参数,它影响光强分布和对称性;HLG光束在传输中保持形状不变;HLG光束的焦移与模指数m,n和α参数无关,这意味着m,n和α不同的HLG光束聚焦在同一位置。并给出了HLG光束的M2因子。

复宗量拉盖尔-高斯光束通过矩形光阑的传输

利用拉盖尔-高斯模和厄米-高斯模的变换公式,并使用将二维矩孔光阑窗口函数展开为有限个复高斯函数之和的方法,得到了复宗量拉盖尔-高斯(LG)光束通过含矩形硬边光阑近轴ABCD光学系统的变换的解析传输公式,并对复宗量LG光束通过矩形硬边光阑的衍射和聚焦特性进行了研究。该方法对研究有不同几何对称性光阑光学系统的光束变换是有用的。

拉盖尔-高斯光束通过有硬边光阑光学系统的传输

采用将硬边光阑展为有限个复高斯函数之和的方法 ,得到了拉盖尔 高斯光束通过有硬边光阑近轴ABCD光学系统中传输的近似解析公式 ,作了数值计算以说明传输公式的应用 。

受限拉盖尔-高斯光束湍流传输时轴上光强分布

为了研究受限拉盖尔-高斯光束湍流传输时轴上光强分布,采用扩展惠更斯-菲涅耳原理方法进行了理论分析,得到了受发射圆孔限制的拉盖尔-高斯光束在大气湍流中传输时轴上光强的表达式。并运用MAPLE模拟,取得了不同湍流强度、波长和发射圆孔孔径下轴上光强的分布理论数据。结果表明,拉盖尔-高斯光束在不同阶数、湍流强度、波长和发射圆孔孔径下,真空和湍流较弱时,轴上光强在近场发生明显振荡,达到最大值后,强度明显开始降低,湍流较强时,传输很近距离强度就迅速衰减,并与其在真空中的传输特性进行了比较。这一结果对研究拉盖尔一高斯光束是有帮助的。

拉盖尔-高斯光束通过光阑-透镜分离系统的聚焦特性和焦移

使用 Collins公式推导了拉盖尔 -高斯光束通过光阑 -透镜分离系统的光强分布。利用数值计算详细分析和说明了其聚焦特性。分析得出光阑 -透镜分离程度的大小影响相对焦移的大小和光强的分布 ,并引起焦移可能相反或消失。而且发现满足一定条件时在一段较大的轴向距离上光强几乎等于光强极大值 ,从而可获得一个较大的光强极大范围。

拉盖尔-高斯光束光镊捕获性质

利用 T 矩阵法研究光镊中微粒大小与入射光束波长相近时，光镊捕获效率与入射光束的阶数、微粒的折射率和尺寸大小的关系．对拉盖尔-高斯光束光镊和高斯光束光镊的轴向和横向捕获效率进行比较．计算结果表明：不同阶数的拉盖尔-高斯光束对微粒捕获效率的影响不同，阶数不超过4的拉盖尔-高斯光束的捕获效率高；微粒半径增加时，拉盖尔-高斯光束的轴向捕获效率逐渐增大，且捕获域也增加，高斯光束的最大捕获效率基本保持不变但捕获域逐渐增大；微粒折射率增加时，拉盖尔-高斯光束和高斯光束的轴向和横向捕获效率均先增加后递减，捕获效率出现了一个峰值，微粒折射率约在1．39～1．69是稳定捕获的最佳数值．

复宗量拉盖尔-高斯光束及其特性研究(英文)

用由广义惠更斯 菲涅耳衍射积分推导出的传输方程详细研究了复宗量拉盖尔 高斯光束及其传输特性。采用光束传输因子 (M2 因子 )和桶中功率 (PIB)来表征光束质量 ,对复宗量和实宗量拉盖尔 高斯光束的光束质量进行了比较 ,并对所得结果作了分析。

基于拉盖尔-高斯光束的单光子捕获理论研究

基于TEM10模拉盖尔-高斯光束,推导自由空间量子密钥分配中单光子捕获概率表达式。针对低轨卫星-地面站间激光链路进行单光子捕获分析。结果表明:采用可高度衰减激光脉冲的TEM10模拉盖尔-高斯光束作为单光子源,单光子捕获采用前驱波参考脉冲设置时间窗口的方法,可使卫星上接收机以最大概率捕获光子。与基模高斯光束相比,采用TEM10模拉盖尔-高斯光束的优点是,不会由于卫星运动而增加单光子捕获概率的损耗。

非傍轴旋转对称拉盖尔-高斯光束的远场发散角

基于功率密度的二阶矩方法,推导出了非傍轴旋转对称拉盖尔-高斯(LG)光束远场发散角的解析公式,并表示为伽玛函数的幂级数求和形式。计算结果表明,当初始束腰宽度和波长之比w0/λ趋于0时,对任意非傍轴旋转对称LG光束,远场发散角趋于渐近值63.435°,与阶数无关。对于p=0的特例,则退化为非傍轴高斯光束的结果。

截断拉盖尔-高斯光束的M_G^2因子

用广义截断二阶矩方法对截断圆对称拉盖尔 高斯光束的广义光束传输因子 (MG2 因子 )作了研究 ,得到了MG2 因子的解析公式 ,并用数值计算例作了说明。研究表明 ,截断圆对称拉盖尔 高斯光束MG2 因子与截断参数和光束的阶数有关。随着截断参数的增加 ,MG2 因子逐渐趋近于无截断圆对称拉盖尔

拉盖尔-高斯光束的近场矢量结构特征

直接以麦克斯韦方程组的解表征拉盖尔-高斯光束。基于麦克斯韦方程组解的矢量角谱表述和电磁光束的矢量结构理论,利用一些数学技巧导出了拉盖尔-高斯光束的TE项和TM项在近场的解析表达式。利用所导出的公式,在近场描绘了拉盖尔-高斯光束的TE项、TM项及整个光束的光强分布。并对角度依赖分别为余弦和正弦关系的拉盖尔-高斯光束的矢量结构进行了比较,结果显示两者整个光束的光斑完全相似,唯一的区别是子瓣的空间方位不同且两者的内部矢量结构完全不相同。

电磁拉盖尔-高斯光束通过湍流时偏振度研究

基于相干性和偏振性统一理论,经理论推导,得出部分相干电磁拉盖尔-高斯光束在湍流中传输时偏振度的解析表达式。经数值计算,结果表明:在湍流中,当源偏振度(P0)、结构常数C2n、相干长度和光束阶数不同时,经过足够长传输距离,部分相干电磁拉盖尔-高斯光束的偏振度逐渐趋向于P0,而在自由空间中,该光束的偏振度达到其各自不同的极限值;当δx=δy时,不论在自由空间中还是在湍流中,光束的偏振度都不改变。此结论对部分相干光的大气传输在激光雷达成像以及远距离相干测量和光通信等领域有实用意义。

拉盖尔-高斯光束通过多光阑B=0成像系统传输的计算模拟

用复高斯函数展开法及B =0成像矩阵分解的技巧 ,推导出了拉盖尔 -高斯光束通过多光阑B =0光学成像系统和多级空间滤波器解析的近似传输公式。高斯光束的传输可作为我们理论模型的特例给出。数值计算例表明使用我们的解析公式和直接对Collins公式作数值积分的结果基本一致 ,但我们的结果具有快速计算的主要优点 ,因此大为节约了机时。

基于腔内球差选模产生高阶拉盖尔-高斯模式激光

本文报道了基于腔内球差在端泵Nd:YVO_(4)激光器中选择单一高阶拉盖尔-高斯(LG)振荡模式的实验研究.在激光谐振腔内使用短焦距透镜引入明显的球差,使具有不同光斑半径的各阶LG模式的光路在空间上发生分离,从而实现对模式的选择作用,1.03 W泵浦功率下线偏振1064 nm激光能够在LG_(0,)±10和LG_(0,)±33之间以单横模工作.分析发现适当的横模间球差是抑制边模、选择单一高阶LG模式的必要条件,而过大的球差又会导致单一LG模式自身遭受明显的损耗,不利于产生高阶的LG模式输出.据此进一步优化实验参数,获得了角向指数m达到±75的高阶LG模式输出.

利用计算全息产生的拉盖尔-高斯光束旋转微粒

分析了采用计算全息再现拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian,LG)光束光场的原理。将计算全息法生成的全息图载入空间光调制器(spatial light modulator,SLM),在全息光镊平台上生成了LG光束。对吸收性氧化铜(CuO)微粒进行了系列旋转操纵实验。实验发现单个微粒既可以被光学漩涡捕获在暗中空区域绕固定轴旋转,又可以被囚禁在光强最大值处绕轨道旋转;还实现了多个微粒的绕轨道旋转。通过实验观察和测量,得出了微粒旋转的周期与激光功率和角向指数的变化关系。所得结果对光致旋转微粒的精确操控具有一定的指导作用。

拉盖尔-高斯光束在non-Kolmogorov湍流中传输的数值模拟

针对大气湍流对拉盖尔-高斯光束的螺旋谱的影响,本文提出利用多相位屏法模拟拉盖尔-高斯光束在大气湍流中的传输。采用傅里叶变换法模拟符合non-Kolmogorov谱的大气随机相位屏,通过改变拓扑荷、光束波长、指数参数、折射率结构常数、湍流内尺度、外尺度等参数,对大气湍流的影响进行数值模拟。仿真结果表明,大气湍流会导致拉盖尔-高斯光束的螺旋谱的弥散。而且,螺旋谱弥散与拓扑荷、波长、指数参数、折射率结构常数、内尺度、外尺度密切相关。