光束通过含环形光阑的光学系统的传输特性研究

采用将环形光阑的窗口函数展开的傅里叶级数与复高斯函数的乘积的方法,推导出平面波经过含环形光阑光学系统的近似解析传输公式。利用该公式对光束通过含环形光阑的光学系统的传输进行了数值模拟,计算并分析了不同遮拦比下轴上光强分布和横向光强分布的特点。结果表明:轴上光强分布和横向光强分布与环形光阑的遮拦比有关。该研究方法和结果可推广到其他光阑,对控制光束和光学系统设计具有一定的参考价值。

高斯光束通过有环形光阑限制的ABCD光学系统的传输

对高斯光束通过含有环形光阑的一阶ABCD光学系统的传输进行了研究,采用将圆形域函数表示为复高斯函数叠加的技巧,推导出了解析的传输公式.高斯光束通过圆孔和圆屏光阑的传输公式可作为我们理论模型的特例得出.对高斯光束通过有光阑限制的薄透镜聚焦系统进行了数值计算,计算结果与直接由Collins公式所得结果一致,但我们的方法可节约大量机时.

研究环形光阑的衍射场

由波前相因子判断法并考虑到孔径的影响,来揭示环形光阑的夫琅禾费衍射场所含成分。分别给出衍射场的积分表达式,进而导出像面衍射场振幅分布公式,并显示出像面衍射场光强分布图。为光阑的夫琅禾费衍射场的分析提供了一种新的分析方法。

会聚球面波通过环形光阑的光强分布

基于菲涅耳衍射积分公式,推导出了会聚球面波通过环形光阑后场分布的解析公式,并讨论了一些特殊情况。数值计算例表明,光强分布与菲涅耳数和遮拦比有关。使用轴上光强公式和近似公式对焦移计算结果的比较证明了近似公式的适用范围。

多色空间相干光经过环形光阑衍射之后的光谱奇异现象

研究了多色空间完全相干光经过环形光阑衍射后在远场出现的光谱变化,并给出了详细的数值计算结果和具体实例.研究表明,在艾里斑零点附近的光谱发生了显著的变化,即有些点光谱会发生红移,有些点会发生蓝移,而在另外一些地方单一谱线则分裂成两条谱线,这种光谱变化依赖于中心拦截比和衍射角.

异常空心光束通过环形硬边光阑的传输特性

通过把环形光阑函数展开为复高斯函数的方法,利用柯林斯衍射积分公式,推导出了异常空心光束通过环形光阑的传输近似解析公式.通过数值计算,对异常空心光束通过圆环形硬边光阑的传输特性进行了研究.结果表明,衍射特性与光阑宽度、光阑内径等参数密切相关.其结果对控制光束和光学系统设计具有一定的参考价值.

空心高斯光束通过圆环形硬边光阑的传输特性

通过把环形光阑函数展开为复高斯函数的方法,推导出了空心高斯光束(HGBs)通过环形光阑的传输近似解析公式,并对空心高斯光束通过圆环形硬边光阑的传输特性进行了研究,分析了不同内外半径下的光阑对输出光束的影响。分析结果表明,衍射特性与空心高斯光束的阶数、光阑宽度、光阑内径等因素有关。

高斯光束通过环形光阑的衍射特性

基于标量衍射理论,用傅里叶变换的形式表示了空心高斯光束、贝塞尔高斯光束、平顶高斯光束通过环形光阑的衍射场.运用D-FFT算法对其衍射特性进行了数值计算,得到了衍射场中轴向和径向的光强分布.分析了一些光学参数对衍射结果的影响,结果表明衍射特性与衍射距离、光束的阶数、圆环宽度等因素有关.

PCELG光束通过光阑传输后偏振度的研究

为了研究部分相干复宗量拉盖尔-高斯(PCELG)光束通过环形光阑后在湍流大气中传输时的偏振特性,基于拓展的惠更斯-菲涅耳原理,经理论推导,得出PCELG光束偏振度的解析表达式,并进行了相应的数值计算。结果表明,光阑的衍射效应将会造成PCELG光束偏振度振荡加剧的现象;当PCELG光束在湍流大气或自由空间中传输时,近轴处横向的偏振度有着剧烈的振荡,而在较远点处,其偏振度都是趋于1,且随着传输距离的增加,横向的偏振度趋于1时所对应的离轴距离也增大;当PCELG光束通过光阑后在自由空间中传输时,经过足够长的距离,偏振度将趋近于不同于初始偏振度的值,而在湍流大气中传输时,偏振度将趋近于初始偏振度。该结果对光束在大气中的传输及其应用具有实际意义。

非均匀偏振光束通过环状光阑的传输

使用光束相干偏振矩阵方法,推导出非均匀偏振光束通过环状光阑后偏振度和光强分布的表达式,研究了非均匀偏振光束通过环状光阑后偏振度和光强的变化。结果表明,在横平面上通常偏振度为非均匀分布,但在中心区域近似为均匀分布,均匀分布范围与非均匀偏振光束参数、光阑遮拦比和传输距离有关。初始为均匀分布的光强通过光阑后变为具有中心主极大和小衍射旁瓣的非均匀分布。

湍流大气中激光束经卡塞格伦天线后的传输

将卡塞格伦天线系统等效为一个环形光阑和括束器的组合,通过将环形光阑展开为复高斯函数的叠加,并利用广义的惠更斯-菲涅尔积分公式得到了准直的光束经卡塞格伦天线系统后衍射场的强度解析表达式。研究了湍流大气中光束经卡塞格伦天线衍射的传输特性及光强分布随折射率结构常数和天线遮挡比的影响。该研究工作将对大气激光通信中的端机性能的评估具有一定的意义。

卡塞格林望远系统与激光束参数匹配

在激光工程系统中,把卡塞格林望远系统等效为一个扩束器和环形光阑的组合形式,研究了激光束的光腰半径与卡塞格林望远系统的参数匹配问题。推导出光束扩束后通过环形光阑衍射的场分布解析表达式,并由此数值计算了由环形光阑引起的能量损失,以及光束扩束后光腰半径与环形光阑外径的比值K对Strehl比的影响。结果表明,在卡塞格林望远系统参数确定的条件下,存在最佳比值K,使损失能量最小,并可以获得较高的Strehl比,得到最大的峰值光强。

基于调制光束的空间相干性获得局域空心光束

通过调制部分相干光的空间相干性,实现了局域空心光束的产生。理论上根据范西泰特-策尼克定理及标量衍射积分,构造出具有一定空间相干性的部分相干光,并研究其聚焦特性。实验上采用理论上要求的光学系统来构造具有特定空间相干性的部分相干光,并采用薄透镜聚焦部分相干光。研究表明,当构造出的部分相干光经透镜聚焦,可得到局域空心光束。研究了光学系统的参数及透镜焦距对产生局域空心光束的影响,结果显示:光阑的拦截比及透镜的焦距越大,获得的空心光束的尺寸就越大。

消除角膜前表面反射杂散光方法的比较

人眼角膜前表面反射的杂散光是视网膜有效反射率的10～100倍,对人眼波前像差探测和视网膜高分辨率成像影响很大。为了有效消除角膜前表面反射杂散光,本文介绍并对比了偏振分束法、共焦滤波法、细光束离轴照明法和环形照明法等消除角膜前表面反射杂散光的方法。分析表明,这些方法虽然都可以在一定程度上消除杂散光,但均不够理想,而环形照明法和共焦滤波法相结合具有光能利用率高、消杂光效果好、简单易行等优点,是消除人眼角膜前表面杂散光的有效方法。

一种多色空间相干光衍射后出现的光谱异常现象

研究了多色空间完全相干光经过环形光阑衍射后在远场出现的光谱变化,并给出了详细的数值计算结果和具体实例.研究表明,在艾里斑零点附近的光谱发生了显著的变化,即有些点光谱会发生红移,有些点会发生蓝移,而在另外一些地方单一谱线则分裂成两条谱线,这种光谱变化依赖于中心拦截比和衍射角.

基于眼模型的便携式眼底荧光相机设计

设计了一款基于Gullstrand-Le Grand眼模型的便携式眼底荧光相机.该相机选用Nikon公司的B-2A滤光组合作为滤光系统,综合考虑了人眼光学结构和外部系统的像差进行综合设计,实现了全视场200万像素的高清晰成像.采用环形光阑和共轴式照明相结合的照明方式,获得了眼底均匀照明.结果显示:本相机具有较大的调节能力,对-10D～+8D人眼普遍适用,其视场角为30°,像面成像分辨率为120lp/mm,负畸变值小于5.3%.

径向偏振光聚焦光斑研究

一阶径向偏振光偏振态在光束截面呈中心对称分布。通常认为,径向偏振光聚焦时,焦点处光斑直径比空间偏振态均匀分布的光源,如线偏振光的光斑直径小,而且焦点光场具有很强的纵向分量。通过数值计算的方法对径向偏振光和线偏振光的聚焦光斑进行了研究,发现只有满足折射光线与光轴的夹角大于70°时,径向偏振光的聚焦光斑直径才会变得小于线偏振光聚焦光斑沿偏振方向的光斑直径,小于70°则相反。而线偏振光聚焦光斑垂直于偏振方向的直径始终小于径向偏振光聚焦光斑直径。另外,通过在光路中加入光阑的方法,可以进一步减小径向偏振光聚焦光斑的直径,同样的方法只能减小线偏振光聚焦光斑垂直于偏振方向的直径,而沿光偏振方向的光斑直径则不能减小。