正三边形光阑的等效菲涅耳数

阐述了菲涅耳数和等效菲涅耳数的物理意义和本质 ;并给出了匀幅平面波正入射时正三边形光阑等效菲涅耳数的精确表示 .

激光中继镜传输的等效菲涅耳数分析

中继镜系统被认为是一种能有效降低大气对激光影响并提升激光打击范围的新型高能激光系统。激光中继镜传输优势评判标准以及应用优势范围分析是中继镜技术研究的重要内容。文章建立了中继镜系统光束传输模型,详细推导了真空和湍流条件下激光中继镜传输过程的等效菲涅耳数,分析了光束中继镜传输过程的性能评价因子以及光束传输性能与等效菲涅耳数的关系,在此基础上分析了激光中继镜传输应用优势范围的求解方法,并对Hufnagel-Valley 5/7湍流模型条件下光源波长3.8μm、高度30 km的激光中继镜系统进行了数值模拟。结果显示:地球大气湍流条件下,中继镜系统能提升激光对远距离、高空目标的打击效果,拓展激光的打击范围。

与菲涅耳数有关的高斯光束的轴上相对光强分布

在考虑像差的情况下，得到了与菲涅耳数聚焦激光光学系统的衍射积分公式，并推出了轴上相对光强分布的普遍近似公式，在此基础上得到了初级球差系统的轴上相对光强分布公式，并在不考虑像差因素和截取效应时，对得到的公式进行了简化，所得结果与以前的结论吻合得较好。

聚焦柱面光束的等效菲涅耳数及焦移

定义了平面波入射柱面透镜的等效菲涅耳数,并基于等效菲涅耳数的含义,利用一种新的简单的方法研究了平面波入射柱面透镜的聚焦光场的聚焦特性。结果显示,聚焦光场的相对焦移可以用一个简单的解析表达式来计算,即表示为等效菲涅耳数的函数。为了说明等效菲涅耳数的定义,将由这种简单的新方法得到的结果与基于衍射积分的数值计算得到的结果进行比较,结果显示,两种方法得到的结果吻合的很好。因此,可以用这种新方法来简单而准确地计算相对焦移。

用时域ABCD矩阵元表达的时间菲涅耳数

利用时域ABCD矩阵引入过程中给出的与ABCD矩阵的类比关系,给出了对光脉冲传输的基本时间特征(脉冲形状、宽度和啁啾行为)可作出定性或半定量分析的时间菲涅耳数,引入了有效传输时间的概念,讨论了几种特例。

正多边形和狭缝的等效菲涅耳数

以正多边形的内切圆半径和狭缝的半宽度为特征尺度 ,给出了匀幅平面波入射时正多边形和狭缝的等效菲涅耳数。

非对称方孔的夫琅和费和菲涅耳衍射

基于标量衍射理论 ,对均匀平面波通过两个非对称双矩孔的衍射作了解析研究和数值计算 ,给出了夫琅和费和菲涅耳衍射的横向、轴上和轴外光强分布。研究表明 ,可用其最大光强的相对误差来区别夫琅和费和菲涅耳衍射 ,所得结果与两个圆孔情况一致。

菲涅耳-夫琅和费衍射区的过渡判据

区分菲涅耳和夫琅和费衍射是光学中一个基本且又十分有意义的问题。然而从菲涅耳衍射到夫琅和费衍射的过渡条件判别,多数文献是通过实验、或者数值计算和模拟仿真给出结论的。基于标量衍射理论,通过数学分析,得到了从菲涅尔衍射过渡到夫琅和费衍射的判别条件(即菲涅耳数的值F=0.203),其结果和一般文献(F=0.223)相一致。

子波叠加算法实现方孔菲涅耳衍射的仿真

运用数值计算方法对方孔的菲涅耳衍射进行分析和仿真,基于菲涅耳衍射积分和子波的相干叠加法,设计了一种针对方孔菲涅耳衍射的数值算法,并给出了相应的MATLAB程序以及仿真结果.从数值分析结果可以直观而明确地看到,菲涅耳衍射场的光强分布完全由菲涅耳数决定.并对菲涅耳衍射过渡到夫琅禾费衍射时的菲涅耳数的取值进行了讨论.

关于菲涅耳衍射图样相似性的分析与讨论

与夫琅禾费衍射不同,菲涅耳衍射图样对于给定波长,当衍射距离变化或输入图像几何缩放时一般都不具有相似性.但我们的分析表明,若波长、衍射距离和输入图像几何线度诸参数满足一定关系,或对于某些特殊类型孔径,菲涅耳衍射图样有可能彼此相似.本文导出了在上述诸参数发生变化时菲涅耳衍射图样保持相似性的普适条件,以及此时衍射图样大小与诸参数的定量关系,并对包括圆孔衍射和直边衍射等情况都得到了一系列有价值的推论.

平面波经小圆孔衍射轴上传播函数的特性

从标量衍射理论出发,采用瑞利-索末菲衍射边界条件,通过求解第一类瑞利-索末菲衍射积分得到的平面波经小圆孔衍射轴上波函数的精确解,分析并总结轴上光强极值数量、极值位置和极值大小的一般规律;比较用振幅表示光强和光强的精确表示之间的差异及用振幅表示光强的条件,为研究其他衍射问题的准确性提供了一准确的判断标准;又由于角谱理论和第一类瑞利-索末菲衍射积分的一致性,同时也就得到角谱理论在处理小孔衍射时不可积积分的解析表达式,为进一步研究小孔非傍轴衍射提供了新的方法.

高斯光束的复数变换与几何光学方法

从高斯光束复参数的三角形式和菲涅耳数出发，利用复数分式线性变换方法，推导出高斯光束参数变换的类几何光学公式；并利用共轭、互易、反演点对变换方法图解高斯光束传输变换特性。

数值法研究光的圆孔衍射实验现象

在平行平面波近似的情况下,数值法求解菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式,得到平行平面光波通过圆孔衍射后的光强分布图.通过对纵向及横向光强分布图的数值分析,验证了轴上点光强由菲涅耳数决定,菲涅耳数大于1时为菲涅耳衍射区,菲涅耳数小于1时为夫琅禾费衍射区.在近场,光强分布为明暗相间的环形条纹;在远场,光束演化成束腰位置在圆孔处的高斯光束,仿真结果与理论和实验结果基本一致.本仿真结果将光衍射的抽象理论直观化、可视化.

部分相干修正贝塞尔高斯光束通过球差透镜的聚焦特性

由部分相干光的传输理论出发,对部分相干修正贝塞尔高斯光束通过球差透镜聚焦后轴上光强分布进行了研究.数值计算表明:当光谱相干度较小时,正、负球差对应的最佳聚焦点位于无球差时对应的最佳聚焦点的两侧;当光谱相干度较大时,正、负球差对应的最佳聚焦点将位于无球差时对应的最佳聚焦点的左侧.研究进一步表明,最佳聚焦点随着透镜菲涅耳数的增大向几何焦点方向靠近,并趋于一个定值.当光束菲涅耳数为1时,无球差时对应的最佳聚焦点逐渐趋于0.908,该值与光谱相干度无关,当透镜具有球差时,该值与光谱相干度有关.

部分相干修正贝塞尔高斯光束通过光阑透镜的光谱特性

基于部分相干光的传输理论,研究了部分相干修正贝塞尔高斯光束(MBGB)通过光阑透镜系统后,轴上光谱位移及光谱开关.数值计算结果表明,光谱开关主要与截断参量、光束菲涅耳数以及光谱相干度有关.光谱开关的个数随着光束菲涅耳数以及截断参量的增大将增多,而随光谱相干度的增大而减少.但当截断参量增大到一定值时,光谱开关将消失.例如,当光谱相干度取0.5时,截断参量大于2.2,光谱开关将消失,仅表现出蓝移.

部分相干光经柱面球差透镜聚焦所产生的焦移

利用Collins公式得出光强均匀部分相干光经柱面球差透镜聚焦后的轴上光强分布,并通过数值模拟的方法研究了入射光的菲涅耳数、相干度和透镜的球差对轴上点光强分布的影响·结果显示,当菲涅耳数较小、空间相干度较小的部分相干光经无球差透镜聚焦时,轴上点光强分布会产生焦移现象,而当部分相干光被球差透镜聚焦时,也会有焦移现象产生·

平面波经小圆环衍射轴上光强特性分析

从标量衍射理论出发,采用瑞利-索末菲衍射边界条件,通过求解第一类瑞利-索末菲衍射积分得到平面波经圆环衍射后轴上的波函数,进而分析轴上的光强特性以及光强极值数量、位置和大小与衍射圆环内外孔径的关系.比较用传统的光强定义和精确定义得到的光强公式的偏差,以及偏差与内外半径的关系.并将圆环衍射向内半径为零和外半径为无穷大两个方向进行推广,即对圆孔和圆形障碍物两种情况下的衍射情况进行讨论.

高功率激光装置的线性传输特性

在菲涅耳数的基础上重新定义了衍射特征量,并将其定义扩展至聚焦或发散光路,定义了一个光学系统中各光学元件衍射特征量的符号。通过全新的定义和扩展,研究了波前畸变对近场调制度的影响以及正弦调频光谱色散平滑光束衍射传输引入的幅频调制的大小。以神光-Ⅲ主机主放大级为例,研究了元件波前畸变对近场调制度的影响以及正弦调频光谱色散平滑光束衍射传输引入的幅频调制的大小。衍射特征量与能流分布F相结合,可以作为评价高功率激光装置线性传输效应的一项受限指标,指导高功率激光装置的设计。

受光阑限制厄米-高斯光束的聚焦特性

该文从Collins公式出发,对受光阑限制厄米-高斯光束的聚焦特性进行了研究.利用厄米函数的性质,推导出了受光阑限制的厄米-高斯光束轴上聚焦光强分布的解析公式.受光阑限制的厄米-高斯光束的轴上光强分布不仅与菲涅耳数有关,而且还与截断参数和光束模式有关.解析公式有利于研究厄米-高斯光束的轴上光强分布与菲涅耳数、截断参数和光束模式等之间的关系.

球差透镜对余弦高斯光束聚焦特性的影响

本文基于余弦高斯光束通过球差透镜聚焦的轴上光强分布表达式,讨论了球差系数kS1及高斯光束菲涅耳数Nw对轴上光强的影响。数值计算结果表明负球差可作为获得轴向光强平顶分布的一种方法。当无球差时,最佳聚焦点位于几何焦点的左侧。当透镜具有正球差时,通过改变菲涅耳数Nw可以实现最佳聚焦点由几何焦点左侧zf1快速跃变到右侧zf2,此时出现焦开关现象。球差系数越大,对应的相对跃迁量Δzf=|zf1-zf2|也越大,而临界菲涅耳数(Nw)c则越小,如当kS1=0.5和0.3时,发生跃变的临界点分别为(Nw)0.5=7.03和(Nw)0.3=8.68,其相对跃迁量Δzf分别为0.246及0.146。