中空双曲正弦高斯光束在光折变介质中的传输特性

采用有限差分方法,从理论上分析了中空双曲正弦高斯光束在光折变介质中的传输特性。首先给出了不同光束阶数下中空双曲正弦高斯光束的强度包络,随着光束阶数的增加,光束的中空区域逐渐加大;然后分析了光束阶数和非线性参数对光束传输形态的影响。当光束阶数取2时,在一定传输距离内,中空双曲正弦高斯光束的聚焦行为具有周期性,相应的聚焦强度比逐次减弱;随着非线性参数的增加,光束首次呈现聚焦行为的传输距离逐渐减小,而聚焦强度比变大。当光束阶数改变为3时,中空光束在一定传输距离内只呈现一次聚焦行为,随后光束呈现点状分布;光束阶数改变为5时,中空光束呈现聚焦行为的传输距离进一步增加,聚焦强度比明显变大。结果表明,利用光束阶数和非线性参数可以灵活的操控中空双曲正弦高斯光束的演化形态。

非傍轴双曲正弦高斯光束质量因子M^2的研究

在标量光场角谱衍射理论的基础上,应用精确光强定义下的非傍轴标量光束的光强二阶矩理论,计算了非傍轴双曲正弦高斯光束的束腰半径、远场发散角、质量因子,并与傍轴双曲正弦高斯光束的质量因子进行了比较研究。数值计算表明,当双曲正弦高斯光束束腰半径较大时,传统光强定义下的光强二阶矩理论近似成立,傍轴与非傍轴理论计算的光束质量因子变化规律完全相同;束腰半径较小时,傍轴理论计算的结果有较大误差,必须采用精确光强定义下的非傍轴光束质量因子的定义作修正。

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。

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。

部分相干双曲正弦高斯光束的M^2因子与湍流距离

基于广义惠更斯-菲涅耳原理和维格纳分布函数方法,推导出了部分相干双曲正弦高斯(ShG)光束在湍流大气中M2因子的解析表达式。在此基础上研究了部分相干ShG光束的湍流距离,即湍流引起的光束扩展可忽略的范围。采用Von Karman谱分别对M2因子和湍流距离进行了数值计算,并分析了内外尺度的影响。研究表明:M2因子随束腰宽度和离心参数的增加存在极小值;湍流距离随束腰宽度的增加存在极大值,随离心参数的增加而增加,大气湍流对离心参数较大的光束影响较小。另外,M2因子和湍流距离与折射率结构参数、内尺度、外尺度、波长和相干参数等密切相关。

用环围功率法研究双曲正弦高斯光束的焦移

从Collins公式出发研究了无光阑双曲正弦高斯光束的聚焦特性。研究发现聚焦双曲正弦高斯光束的轴上光强为零,因此Li和Wolf二人研究焦移的方法不再适用。使用环围功率法定义束宽和实际焦面,由此可以决定聚焦双曲正弦高斯光束的焦移。数值计算表明,聚焦双曲正弦高斯光束的焦移与偏心参数和菲涅耳数有关,焦移随偏心参数和菲涅耳数的减小而增大。此外,还分析了双曲正弦高斯光束的最佳聚焦问题。

用二阶矩法研究复宗量正弦高斯光束的焦移

根据Collins公式,研究了复宗量正弦高斯光束通过薄透镜的聚焦特性,发现聚焦复宗量正弦高斯光束的轴上光强为零.用二阶矩法推导出了复宗量正弦高斯光束的束腰宽度及其位置的解析表达式,用此表达式可计算复宗量正弦高斯光束的焦移.作为特例,给出了聚焦正弦高斯光束和聚焦双曲正弦高斯光束的相对焦移解析表达式.研究表明,相对焦移与光学系统参数、光束参数以及菲涅耳数有关.当光束的入射面与透镜的距离取适当值时,会出现无焦移现象.

双曲正弦高斯光束及其变换特性的研究

详细研究了双曲正弦高斯光束通过近轴 ABCD光学系统的传输变换 ,对无光阑和有光阑的情况都推导出了解析的传输变换公式 .

正弦类高斯光束通过硬边光阑的衍射损耗

对新型光束——正弦高斯光束、余弦高斯光束通过硬边光阑时的功率损耗作了详细的计算。比较和分析了计算结果 ,并对调制参数的影响进行了讨论。

左手平板材料对正弦高斯光束的光斑影响

为了研究左手平板材料对正弦高斯光束的光斑影响,利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法得到了正弦高斯光束的光斑分布表达式,并利用此表达式对光斑进行了数值模拟,结果表明:正弦高斯光束在左手平板材料中传输时,光斑尺寸的聚焦位置是光束束腰的位置,束腰位置受左手平板材料的折射率影响,束腰宽度与材料的折射率无关,并且发现左手平板材料内部和像空间的光斑尺寸随偏心参数变化规律相似。此项研究对光场操控方面应用有帮助。

径向偏振双曲正弦高斯光束深聚焦产生光链的研究

基于Richards-Wolf的矢量衍射积分公式,研究了径向偏振双曲正弦高斯光束经过衍射光学元件(DOE)和高数值孔径(NA)透镜组成的光学系统后的聚焦特性,分析了相关参量对深聚焦特性的影响。研究表明,入射光束经过此光学系统后,在焦点附近产生沿光轴方向的三维多点光俘获结构——光链;改变相关参数,在焦平面附近产生一种针形光束—光渠。这些结果对于径向偏振双曲余弦高斯光束在粒子操控等方面的应用有着重要意义。

正弦高斯涡旋光束的远场传输特性

根据角谱法和稳相法,推导了正弦高斯涡旋光束TE波和TM波在远场传输和能流密度的解析表达式,研究了正弦高斯涡旋光束在远场中的相位奇点和能流密度分布.结果表明:正弦高斯涡旋光束的远场特性与高斯光束的束腰宽度、涡旋离轴量、坐标位置以及与正弦项相关的参量有关.在一定条件下,远场中会出现相位奇点和能流密度黑核;当控制参量改变时,相位奇点和黑核的位置会发生移动,但原点处不受影响.相位奇点和能流密度的对称性主要受涡旋离轴量影响,当涡旋离轴量为0时,相位奇点和能流密度分布关于原点对称;当涡旋离轴量改变时,相位奇点和能流密度分布呈现出非对称性.

受光阑限制厄米-双曲正弦-高斯光束的解析传输公式

从Collins公式出发,使用厄米多项式展开的方法,对厄米-双曲正弦-高斯光束(HShG)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,将其在输出面上的场分布表示成为不完全伽马函数的形式,得出解析表达式。并讨论了该光束的传输特性和该方法的优越性。

双曲正弦平方高斯光束通过EIT介质的传输特性

为了研究双曲正弦平方高斯光束通过四能级EIT介质的传输特性,利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式推导双曲正弦平方高斯光束通过四能级EIT介质的传输解析公式,并利用该公式分析双曲正弦平方高斯光束通过四能级EIT介质的传输特性。研究发现,通过改变偏心参数或者四能级EIT介质控制光的拉比频率就可以实现对不同传输位置的光束进行整形,同时发现了一种调控双曲正弦平方高斯光束光强的新方法。

部分相干双曲正弦-高斯光束的传输特性

为了研究部分相干双曲正弦-高斯(ShG)光束的传输特性,利用部分相干光的传输公式,推导出光强分布解析的表达式,并据此得到了光束传输因子、光束宽度和远场发散角的解析表达式.结果表明,部分相干ShG光束的光强分布随离心参数、空间相关参数和传输距离的变化而不同.适当调整空间相关参数和离心参数,在几何焦面和其它位置可获得不同的光强分布,如钟形、平顶和中心凹陷的双峰结构等,进而实现部分相干ShG光束的空间整形.

矢量非傍轴双曲正弦—高斯光束

基于矢量瑞利-索末菲衍射积分,推导出矢量非傍轴双曲正弦-高斯光束在自由空间传输的解析公式,其远场的解析式作为一般传输公式的特例给出。利用所得结果通过数值计算方法分析了矢量非傍轴双曲正弦-高斯光束的传输特性。研究表明,双曲正弦-高斯光束的横向光强分布与偏心参数和传输距离有关。

像散正弦-高斯光束的分数傅里叶变换与椭圆空心光束产生

基于分数傅里叶变换(FrFT)关系,推导了像散正弦-高斯光束场分布的解析表达式,利用所得结果和数值方法研究了像散正弦-高斯光束在FrFT平面上的光强分布与位相特性.理论和数值分析结果都表明:像散的存在使得正弦-高斯光束在FrFT过程中从初始输入具有边缘位错的多斑花样转换为具有涡旋的暗空心椭圆花样,且其拓扑荷指数为一,而在这种转换中像散起着关键控制作用.此外,适当选择光束参数与FrFT系统结构参数,暗空心椭圆花样的长轴可以是短轴的百余倍,因此利用这一方案可获得相当细长的暗空心椭圆光束.

像散对聚焦正弦-高斯光束参数的影响

应用二阶矩法推导出了正弦-高斯光束通过像散透镜后束宽的解析表达式。通过数值计算对正弦-高斯光束通过像散透镜后的光束参数,例如束宽和远场发散角的相对误差进行了研究。结果表明:像散使x方向与y方向的束宽一般不相等,束宽的相对误差在传输距离z上存在零点,但x方向与y方向零点的位值不相同;几何焦面上x方向与y方向束宽的相对误差随像散系数和偏心参量的变化相同,而在像方束腰面上两方向束宽的相对误差变化迥异,适当选择像散系数可消除x方向束腰面上束宽的相对误差。受像散系数的影响远场发散角在x方向与y方向的相对误差不相等,并且与偏心参量有关。

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。

厄米-双曲正弦-高斯光束的M^2因子

从二阶矩的定义出发 ,给出了一类新光束———厄光 双曲正弦 高斯 (HShG)光束M2 因子的解析公式 ,公式表明HShG光束的M2 因子是光束阶数n和参数α的函数 .作为本公式的特例 ,给出了厄光 正弦 高斯 (HSiG)双束、双曲正弦 高斯 (ShG)光束以及正弦 高斯 (SiG)光束M2 因子的解析公式 .对HShG光束的束腰宽度、远场发散角及M2 因子做了数值计算 ,并对所得结果作了分析 .