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。

部分相干厄米高斯光束在斜程大气湍流中的扩展

基于广义惠更斯-菲涅耳原理,推导出部分相干厄米高斯(H-G)光束通过斜程大气湍流传输的均方根束宽和角扩展的解析表达式,并用以研究了传输路径和光束阶数对部分相干H-G光束传输的影响。引入相对束宽和相对角扩展来定量描述光束抗拒大气湍流的能力。结果表明:在相同条件下,部分相干H-G光束斜程传输受大气湍流的影响要小于水平传输,与水平传输相比斜程传输更有利于部分相干光束在大气湍流中的传输,光束阶数越大部分相干H-G光束受大气湍流的影响越小。

非Kolmogorov大气湍流对部分相干厄米高斯光束传输因子的影响

基于非Kolmogorov谱模型,利用广义惠更斯-菲涅耳原理和维格纳分布函数的二阶矩定义,推导出部分相干厄米高斯(H-G)光束在非Kolmogonov大气湍流中传输因子的解析表达式,并用以研究了非Kolmogorov大气湍流对部分相干H-G光束传输因子的影响。结果表明,部分相干H-G光束在非Kolmogorov大气湍流中传输时,传输距离、湍流外尺度、广义结构常量和空间相关长度越小,湍流内尺度和光束阶数越大,光束传输受非Kolmogorov大气湍流影响越小,光束质量越好。当广义指数取3.11时,部分相干H-G光束在传输过程中表现的光束质量最差。

强非局域介质中椭圆厄米高斯损耗光孤子

用变分法研究了强非局域非线性小损耗介质中椭圆厄米高斯光束的传输特性。得到光束各参量在传输过程中的演化方程和束宽的演化规律,当输入功率等于临界功率时,在传输距离不是很远时,可得到椭圆厄米高斯损耗光孤子。随着传输距离的增大,光束束宽缓慢展宽.当初始输入功率大于或小于临界功率时,光束束宽将会按照准正弦和准余弦函数规律作准周期性展宽。

脉冲厄米高斯光束的载波相位分析

采用复q参量法对脉冲厄米高斯光束在自由空间中的传输进行了分析.在振幅0阶和位相一阶近似条件下,得到其传播过程中载波位相近似公式.运用数值方法和近似公式进行对比研究,发现在脉宽大于5fs或在远场情况下,两者符合较好.采用近似办法,分别研究了厄米函数阶次、束宽与位置对载波相位的影响.研究表明,在光轴上远场,载波相位趋近于-(m+n+1)π/2,其变化快慢与厄米函数阶次(m+n+1)成正比;束腰宽度越大,则载波相位变化越慢;另外,离光轴距离越远,其导致的载波相位越大,且最大位置都出现在z=ZR(ω0)/3^(1/2)处.

厄米高斯光束在带硬边光阑分数傅里叶变换光学系统中的传输

基于硬边光阑可以展开为复高斯函数的有限级数和,得到厄米高斯光束通过带硬边光阑分数傅里叶变换光学系统后在输出面上的光场分布的近似解析表达式,讨论了光束参数对光束传输的影响,并用Mathematica软件绘出了光强分布图,通过与直接从衍射积分得到的光场分布的结果做数值计算比较,可以看出此方法可以显著提高计算效率.

部分相干厄米高斯光束的湍流距离

根据广义惠更斯-菲涅耳原理和积分变换技术,推导出了部分相干厄米高斯(H-G)光束传输于大气湍流的湍流距离表达式,并定量地研究了湍流对部分相干H-G光束扩展的影响.研究表明,湍流距离ZT与折射率结构常数C2n、光束阶数m、相干长度σ0及波长λ有关,且ZT随C2n、σ0的增大而减小,随m的增大而增大.即随着C2n、σo的增大,m的减小,湍流对部分相干H-G光束扩展的影响将增大.因此,选择合理的光束参数可减小湍流对部分相干H-G光束扩展的影响.

部分相干厄米高斯光束的传输特性

研究了部分相干厄米高斯光束在自由空间的傍轴传输性质,根据交叉光谱密度函数得到了不同模阶数的光强分布、平均光束束宽和光束质量因子的解析表达式,结果表明相干长度对光强分布影响较大,较高的模阶数使得光束展宽得越快,光束质量变差,且这两个光束参量的关系与部分相干厄米高斯光的相干长度无关。

高阶厄米高斯光束实验产生的研究进展

高阶厄米高斯光束具有复杂的空间分布,为激光物理、精密测量物理等领域开辟了新的应用前景,此外将其与量子技术相结合可以产生多模量子态,被广泛地应用于量子测量与量子计算等领域。因此,如何产生高阶厄米高斯光束是实现量子信息处理的关键因素。介绍了高阶厄米高斯光束产生的实验研究进展。

非局域介质中1+2维厄米高斯损耗光孤子

利用变分法研究了强非局域非线性损耗介质中1+2维厄米高斯光束的传输特性,得到了损耗光束参量在介质中传输所遵循的规律及其形成损耗光孤子所需要的临界功率。当初始功率接近临界功率时,光束的束宽按准正弦或准余弦规律作准周期展宽变化。通过比较,利用变分法所得到的解析解与数值解在光束传输一段较长的距离内都符合的很好。

大气湍流对厄米-高斯光束光束质量的影响

采用二阶矩束宽、桶中功率和光束质量参数作为特征参数,研究了大气湍流对厄米-高斯(H-G)光束远场光束质量造成的影响,并对其作了详细的数值计算和分析。研究结果表明,在大气湍流中,TEM10模光束的相对展宽小于TEM00模光束的相对展宽。在湍流不太强的情况下,例如Rytov变量小于9时,TEM10模的PIB小于TEM00模光束的桶中功率,TEM10模的光束质量参数大于TEM00模光束的光束质量参数。但是,随着湍流的进一步增强,TEM10模的PIB和光束质量参数值逐渐趋近于TEM00模的PIB和光束质量参数值。

厄米-余弦-高斯光束的传输特性

从广义惠更斯 菲涅耳衍射积分出发对厄米 余弦 高斯光束的传输特性作了研究,给出了厄米 余弦 高斯光束通过近轴ABCD光学系统的解析传输公式,以厄米 余弦 高斯光束通过自由空间和薄透镜系统为例做了数值计算和分析,结果表明厄米 余弦 高斯光束在自由空间传输时不能保持其形状不变。厄米 双曲余弦 高斯光束、余弦 高斯光束、厄米 高斯光束的传输公式可作为厄米 余弦 高斯光束的特例得出。

海上厄米-高斯光束激光大气传输特性

为了研究大气传输效应对海上激光远场光强分布的影响,以厄米-高斯(H-G)光束的传输为例,建立了激光到达接收面的光强分布模型.根据广义惠更斯-菲涅耳原理,对TEM00模和TEM10模光束在不同大气折射率结构常数、传输距离和传输激光波长条件下的光强分布特性进行数值模拟.结果表明,在确定了大气传输效应的参量和光束参量之后,就可以判断出激光远场光强分布特性.

相位翻转厄米-高斯光束的传输特性

将相位翻转高斯光束的概念推广到相位翻转高阶模光束.以相位翻转厄米-高斯光束为例,推导出相位翻转高斯光束通过近轴理想(无光阑)ABCD光学系统,以及带刀口和光阑的ABCD光学系统传输的递推方程,并用以研究相位翻转高斯光束的传输特性.特别是,得出对TEM1、TEM2和TEM3模相位翻转高斯光束,光阑效应可以忽略的条件分别是截断参量δ≥2.1,2.5和3.0.

强非局域非线性介质中1+1维厄米-高斯损耗光孤子

用变分法研究了强非局域非线性有损耗介质中1+1维厄米高斯光束的传输特性,得到了光束参量在介质中传输所遵循的规律及其形成损耗光孤子所需要的临界功率。当初始功率接近临界功率时,光束的束宽按准正弦或准余弦规律作准周期展宽变化。通过比较,利用变分法所得到的解析解与数值解在光束传输一段较长距离内都符合的比较好。

非局域克尔介质中厄米高斯光束传输的变分研究

在非局域非线性克尔介质中,通过对介质实对称响应函数的泰勒展开,简化了非局域非线性薛定谔方程所对应的Lagrange密度,进而利用变分法对光束的传输问题进行了分析.求出试探解各个参量的演化方程并得到了自聚焦介质中的厄米高斯型光束的精确解析解,当输入功率达到临界功率时,即形成高阶空间光孤子(厄米高斯孤子),其最低阶(基模光孤子)就是高斯孤子.通过数值模拟发现解析解与数值解符合得很好.

LD光束在自聚焦透镜中的传输特性

基于分析激光二极管光束传输特性,运用厄米-高斯光束描述其远场分布.将自聚焦透镜用于激光二极管的光束整形,用2阶传输矩阵描述自聚焦透镜.运用Collins衍射积分公式,分析了LD光束在自聚焦透镜中传输场分布的解析表达式.在此基础上,数值计算了一种LD光束在自聚焦透镜中场分布.该模型结构简单,可用于分析光束传输特性和设计光束整形系统.

使用空间光调制器产生高阶厄米高斯光束

提出通过单个空间光调制器制备厄米高斯(HG)光束的方法,理论上分析了输入光束空间横向分布与模式转换效率的关系,实验上采用最佳的椭圆形光斑入射,获得了高质量的HG6,0、HG8,0、HG10,0模光场,纯度分别为96.2%,94.9%,93.4%,并且HG10,0模的转换效率达到了14.45%,输出功率为217 mW,其转换效率较传统的基模高斯光束入射时提高了5.6倍。此高质量及高效的高阶厄米高斯光束制备方法,有望应用于高阶空间压缩态光场制备和空间小位移精密测量等方面。

等衍射超短脉冲厄米高斯光束在自由空间中的传输及其时空耦合效应

从超短脉冲光束的傍轴传输方程出发,得出了描述任意脉冲形式驱动的等衍射超短脉冲厄米高斯光束在自由空间中的解析表达式.并通过例子研究了超短脉冲厄米高斯光束的传输性质.结果表明:在传输过程中,由于群速度的空间分布不均匀性,会导致超短脉冲光束的脉冲时间延迟,并进而导致了在脉冲不同位置处光束横向分布严重偏离了厄米高斯函数.另外,在传输过程中,发现不同阶数的脉冲厄米高斯光束会发生不同次数的极化反转.并用脉冲光束的群-相速度差对这一现象进行了解释.

部分相干双曲余弦厄米高斯光束在非Kolmogorov大气湍流中的传输特性

基于广义Huygens-Fresnel原理和非Kolmogorov大气湍流折射率起伏谱密度函数,采用Wigner分布函数的二阶矩方法,推导出了在大气湍流中传输的部分相干双曲余弦厄米高斯光束束宽和M2因子的解析表达式.研究表明:相对束宽和归一化M2因子随传输距离的增大而增大;光束阶数越大、相干长度越小、双曲余弦参数越小,相对束宽和归一化M2因子受大气湍流影响越小;相对束宽随束腰宽度的增大存在极大值,在一定的相干长度范围内,归一化M2因子随束腰宽度的增大存在极小值;相对束宽和归一化M2因子随广义指数的变化均存在极大值,随内尺度的增大而逐渐减小,随外尺度的增大几乎没有变化.