衍射极限倍因子M^2的实验测量

目的测量He-Ne激光器(波长632.8nm)和半导体激光器(波长650nm)的M2因子。方法根据ISO/TC172/SC9/WG1N80文件对M2因子的测量原理及要求,用美国Spiricon公司生产的LBA-300PC激光束分析仪,沿光传播方向在不同z位置,测出光束宽度,由测量数据进行双曲线拟合,确定束腰直径和远场发射角,计算M2因子。结果所测全内腔玻璃外壳He-Ne激光器的M2=1.422,半导体激光器的M2=1.599。结论市场上流通的He-Ne激光器和廉价的半导体激光器大都可以用于医学应用,不适于用作干涉计量或全息照相等方面的应用。

激光束质量因子M^2及其测量

激光束的质量因子Ｍ２是一种全新描述激光束质量的参数，能够定量地表征单模、多模光束的传播特性。描述了Ｍ２因子的概念和测量方法，利用面阵ＣＣＤ探测器研制一套光束质量测量系统，对激光束质量因子Ｍ２进行测量，并给出测量结果的不确定度。

M^2因子概念和激光光束质量控制

本文对 M^2因子概念的物理意义和在激光光束质量控制中的应用作了详细分析,还就 M^2因子概念的推广和某些问题作了讨论。

阶跃光纤低阶线偏振模的M^2因子分析

针对阶跃光纤输出低阶线偏振模(Linear Polarization,LP),利用二阶距定束宽,多点拟合法计算了几个低阶LPmn模相干和非相干叠加时的M2因子.结果表明,对同一LPmn模式,光纤的归一化频率参量V减小到截止频率时,M2因子出现峰值;当V远离截止频率时M2因子趋于一定值.低阶LPmn模非相干叠加时,叠加后的较高阶模成分越大,合成光束的光束质量越差,光束在一定的条件下可能比基模更接近于理想高斯光束;而相干叠加时,合成后的M2因子可以大于参与叠加的较高阶模的光束质量因子.

克尔效应对高斯光束质量M^2因子的影响及抑制

用分步傅里叶方法计算了高斯光束在克尔介质中的传输过程,采用最小均方根办法对光场进行二项式曲线拟合得到光束质量因子,计算结果表明:当B积分在2rad以内,克尔效应越强则它对因子影响越大;同时,它的这种影响能力也受到光束宽度和光束腰平面到克尔介质的距离的两个因素的影响,即光束越宽,影响越小,距离越大,影响反而较小;最后,基于B积分的可叠加性,提出用具有负非线性折射率系数的非线性介质来补偿正克尔效应、降低光束因子,并指出两端补偿是最优的方式之一·

H-S波前传感器在测量光束质量因子M^2中的应用

仿真研究了H-S测量2M因子等光束质量指标的全过程和可行性。结果表明,由H-S测量的圆形光束的2M因子值与原始光束的2M因子值基本相当,有很好的一致性。由此认为,H-S除了可以评价远场测量系统探测得到的光斑的各种量,比如PSF,OTF,衍射极限,环围能量等远场特性,而且还可以从2M因子来说明光束质量的特性。

截断平顶高斯光束M^2因子的比较研究

使用熵束宽、渐近分析和环围功率法对截断平顶高斯光束的束腰宽度w、远场发散角θ0和M2因子作了比较研究.结果表明:按不同束宽定义得到的截断平顶高斯光束的w、θ0和M2因子不同,且与截断参量a/ w0(a为光阑半宽度,w0为平顶高斯光束初始束腰宽度)有关.随a/ w0的增加,三种方法计算得到的w、θ0和M2都分别趋于某常量.

部分相干高斯光束的M^2因子及模系数

分析了以模式间相互独立的厄米 -高斯光束为基底的部分相干高斯光束。导出了部分相干高斯光束的模系数、权重因子和 M2因子的表达式 ,并讨论了各模式权重因子与 M2因子之间的关系。研究表明 ,只需要由实验测得光强分布便可确定部分相干高斯光束的模系数、M2因子和模结构。

非傍轴平顶高斯光束M^2因子两种定义的比较研究

基于功率密度的二阶矩方法,推导出了非傍轴平顶高斯(FG)光束束宽和远场发散角的解析表达式·研究表明,当w0/λ→0时,远场发散角趋于渐近值θmax=63.435°,与阶数无关·使用非傍轴高斯光束代替傍轴高斯光束作为理想光束,研究了非傍轴FG光束的M2因子,并与传统定义的M2因子作了比较·在非傍轴范畴,非傍轴FG光束的M2因子不仅与阶数N有关,而且与w0/λ有关·按照定义,当w0/λ→0时,非傍轴FG光束的M2因子不等于0,对阶数N=1,2,3时,M2因子分别趋于0.913,0.882和0.886·当N→∞时,M2因子取最小值M2min=0.816·

非傍轴截断双曲余弦高斯光束的M^2因子

基于功率密度的二阶矩方法,对非傍轴截断双曲余弦高斯(ChG)光束的束宽、远场发散角和M2 因子进行了研究。数值计算结果表明,非傍轴截断ChG光束的M2因子不仅与截断参数δ、偏心参数α有 关,而且与初始束腰宽度和波长之比ω0／λ有关。在δ足够小时,M2因子可小于1。当δ→0时,远场发 散角趋于渐近值63．435°。对于α=0(Ω0=0)和δ→∞的特例,我们的结果分别退化为非傍轴截断高斯 光束和非傍轴无截断ChG光束的M2因子。

激光光束传输因子M^2的一些问题

本文讨论与 M2 因子有关的一些问题 ,指出在近轴近似条件下由光束的二阶强度矩定义的 M2 因子满足 M2 ≥ 1 ,其中只有对基模高斯光束等式才成立 .由光束的功率通量值定义的 M2 因子 ( M2pc)有可能小于 1 ,M2pc的大小取决于所定义的光斑半径内包含的光功率的百分数 .通过计算光场的二阶矩 ,我们获得了轴向相干叠加的高斯光束的 M2

一台染料激光器光束质量因子M^2的测量

本文从激光光束质量因子 M2的定义出发 ,分析了 M2的物理意义 ,介绍了 M2的测量方法——二阶矩法 ,并采用 CCD摄像机及光束截面分析仪实际测量了一台染料激光器 DPL - 30 0 0输出激光的光束质量因子 M2 。

轴向相干叠加高斯光束的M^2传输因子

本文分别用标量叠加和矢量叠加的方法 ,对由两个束腰位置不同的高斯光束相干叠加而成的光束的传输特性进行了研究 ,结果表明 ,这种光束的传输因子M2 不再是常数 。

扭曲的涡旋光束在海洋湍流中的传输因子

基于扩展惠更斯-菲涅尔原理和维格纳分布函数(Wigner distribution function,WDF)二阶矩,推导了部分相干扭曲涡旋光束(partially coherent twisted vortex beam,PCTVB)在海洋湍流中传输时的M2因子和角扩展θ(z)。通过数值模拟方法详细研究了海洋湍流对光束M^(2)因子和角扩展θ(z)的影响,结果表明温度方差耗散率Χ_(T)和温度盐度贡献比w越大、动能耗散率ε和各向异性因子ξ越小时对PCTVB的M^(2)因子和角扩展θ(z)的影响越大。此外研究发现,相较于非扭曲涡旋光束(PCVB),PCTVB有更好的抗海洋湍流的能力,且增大拓扑荷数m以及扭曲因子绝对值|μ|后,PCTVB的M^(2)因子和角扩展θ(z)显著减小,光束的抗海洋湍流能力增强。并且增大束腰宽度w0和波长λ,以及减小初始相干长度δ_(ηη)(η=x,y)同样可以增加光束抗海洋湍流的能力。本文的数值研究结果对海洋光通信具有重要意义。

对“部分相干高斯光束的M^2因子及模系数”一文的评论

指出了发表于《强激光与粒子束》刊 2 0 0 0年 1 2卷 6期由楚晓亮、张彬所写“部分相干高斯光束的 M2因子及模系数”(简称楚文 )一文中的错误并作了物理分析。首先 ,楚文没有什么新的结果 ,因为同样的方法和同样的结果可在《Opt.Lett.》1 998年 2 3卷 1 3期和《Appl.Opt.》1 999年 38卷 2 5期中查到。再者 ,在楚文中未对如何唯一确定束腰尺寸 v0 和如何产生他们所提出与文献 [2 ,3](文献 [3]发表于《IEEE J.Quant.Electron.》1 999年 35卷 6期 )不同的部分相干高斯光束作任何物理解释 ,甚至连“设束腰尺寸 v0 已知”的话也未提及 ,因此从楚文会导致错误的结论。

部分相干平顶光束的M^(2)因子、模分解及合成

推导出以模式间相互独立的厄米 高斯光束为基底的部分相干平顶光束的模系数和M2 因子的解析式,对部分相干平顶光束的模分解及合成进行了研究。研究结果表明,随着光束阶数M及表征光束相干性的参数w0 /ν0 的增加,基模的份额减小,M2 因子增大。采用模式间相互独立的厄米 高斯光束叠加的方法合成部分相干平顶光束的光强矩形分布与光束M2 因子二者无法同时兼顾,即若要求空间分布非常接近矩形,则光束的M2 因子较大,若要求光束的M2 因子较小,则只能降低对光强矩形分布的要求。在实际工作中,可以通过选择恰当的基底基模高斯光束的束腰尺寸以及控制各模式的光功率,由模式间相互独立的厄米 高斯光束合成部分相干平顶光束。

部分相干平顶光束在增益或损耗介质中传输的M^2因子

根据光束在介质中传输强度二阶矩计算公式,推导出部分相干平顶光束在增益或损耗介质中传输的M2因子解析表达式,并将高斯-谢尔模型光束在增益或损耗介质中的传输作为特例统一于一般表达式中。研究结果表明:部分相干平顶光束在增益或损耗介质中传输时的M2因子与光束传输距离、光束相干长度、光束阶数及介质的特性有关。光束在增益或损耗介质中传输的这种特性为应用和控制光束传输提供了理论依据。

激光引信发射组件M^2因子的测试研究

激光引信发射组件中,由于线性阵列激光二极管的光斑是由若干激光二极管的光斑叠加而成,其M2因子的测量不能简单地按照单个激光二极管M2因子的方法进行测量。以ISO11146标准中的二阶矩法为基础,使用CCD采集聚焦后的光斑图像,并对光斑图像进行分块处理,从而得到激光引信发射组件的M2因子。

计算激光光束M^2因子的两种新方法

对实际激光光束M2因子的计算测量作了一些讨论，给出了两种计算测定实际激光束M2因子的新方法：由光束不同截面的光斑半径来得到M2因子；测得激光束某个截面的光强分布求出激光束的M2因子．