非傍轴矢量离轴椭圆高斯光束的矩孔衍射

根据矢量瑞利衍射积分公式,对非傍轴矢量离轴椭圆高斯光束的矩孔衍射进行了系统的研究,给出了矩孔衍射的解析表达式,并将非傍轴矢量离轴椭圆高斯光束矩孔衍射轴上、近场、远场和单缝衍射光场分布,非傍轴离轴矢量高斯光束以及非傍轴矢量高斯光束的自由空间传输作为特例统一于一般表达式中,研究表明,在矩孔衍射中,f参数,截断参数以及相对离轴参数共同决定着光束的非傍轴行为。

非傍轴矢量高斯光束

对傍轴近似下的光束传输变换问题进行了广泛的研究。但是,当光束有大的发散角或与波长相比拟的小光斑尺寸时,傍轴近似不再成立。已发展了多种非傍轴方法用以研究非傍轴光束的传输问题。对非傍轴光束的研究方法作了总结,使用角谱表示法和瑞利衍射积分公式对非傍轴矢量高斯光束的传输作了分析和比较。结果表明,基于瑞利衍射积分公式推导出的非傍轴矢量高斯光束在自由空间传输的解析公式在传输距离远大于波长时是严格的解析结果,并且在有光阑的情况下也是适用的。光束的非傍轴性主要由f参数决定,但当有光阑存在时,截断参数也对光束非傍轴行为产生影响。

非傍轴矢量高斯光束的光强表示

基于瑞利-索末菲衍射积分,未使用任何近似,对非傍轴矢量光束的两种光强表示式,即传统光强公式和时间平均坡印廷矢量的z分量进行了研究。对非傍轴矢量高斯光束详细数值计算结果的比较表明,两种表示式之间的差异,即两者的相对误差与束腰宽度及传输距离和波长的比值有关。对非傍轴矢量高斯光束,若传输距离与波长的比值为10,束腰宽度与波长的比值大于等于0.8,则最大相对误差不到1.5%。因此,传统光强公式是可用的。

非傍轴矢量余弦-高斯光束两种光强表示的比较研究

从矢量瑞利-索末菲衍射积分公式出发,以非傍轴矢量余弦-高斯(CoG)光束为例,对非傍轴矢量光束的两种光强表示式,即传统光强公式和时间平均坡印廷矢量的z分量进行了比较研究.对非傍轴矢量CoG光束轴上和横向光强分布详细的数值计算和比较结果表明,两种光强表示式之间的相对误差η与w0/λ、z/λ和偏心参量b有关,其中w0,λ和z分别为束腰宽度,波长和传输距离.当偏心参量b较小,且束腰宽度与波长相比不很小时,例如,b≤0.8,w0/λ≥0.8,z/λ=10时,二者间的最大相对误差ηmax<2%,传统光强公式可以使用.

矢量非傍轴双曲余弦-高斯光束

引入了矢量非傍轴双曲余弦-高斯(ChG)光束概念。使用矢量瑞利-索末菲衍射积分公式推导出了矢量非傍轴ChG光束在自由空间传输的解析公式。矢量非傍轴ChG光束轴上和远场的解析式以及傍轴结果作为一般传输公式的特例给出。研究表明,对矢量非傍轴ChG光束,其非傍轴性主要由f参数决定,但偏心参数会影响其横向光强剖面形状和非傍轴行为。

非傍轴矢量异常空心光束的传输特性

将Cai提出的异常空心光束的理论模型推广到非傍轴范畴,推导出非傍轴矢量异常空心光束传输的解析表达式,用以研究它在自由空间中的传输特性。研究表明,异常空心光束在传输过程中光束形状会发生变化。与高斯光束不同,非傍轴异常空心光束傍轴近似成立条件依赖于传输距离,这与异常空心光束光强分布随传输距离的变化有关。非傍轴异常空心光束远场的光束质量可用桶中功率来描述,桶中功率随f参数(波长与束腰宽度的比值)的增大而减小。

非傍轴高斯光束通过小孔光阑衍射的轴上光强

基于瑞利衍射积分,不使用通常的近似Rλ(λ为波长),推导出非傍轴高斯光束通过小孔光阑衍射的轴上光强的精确解析表达式。并对传统的光强定义和光强的精确表述进行了比较研究。结果表明,两种定义之间的差异与f参数,截断参数δ和传输距离z有关。

矢量非傍轴厄米余弦高斯光束

引入了矢量非傍轴厄米余弦高斯(HCosG)光束的概念,从矢量瑞利-索末菲衍射积分公式出发,得出了矢量非傍轴HCosG光束在自由空间的解析传输公式,并将非傍轴HCosG光束在自由空间衍射时轴上、近场、远场以及在傍轴条件下的传输作为特例给出。数值计算和分析表明,对于矢量非傍轴HCosG光束,参数和偏心参数均对光束的非傍轴特性有重要影响。此外,其轴上光强分布与光束的阶数及其奇偶性有关。

非傍轴对称高斯光束矢量和标量表征的比较研究

微型激光源和衍射光学元件应用的不断增加激发了人们对非傍轴激光束的研究兴趣,导致非傍轴条件下高斯光束的表征受到格外的关注.迄今为止,人们已提出很多方法描述非傍轴条件下的高斯光束,既有标量表征,也有矢量表征.分别采用矢量和标量表征非傍轴对称高斯光束,通过引入比值T来度量光场的z分量对整个光场的贡献.结果表明,以x/W(z)和y/W(z)作为坐标时,T值的变化规律与z无关.对于光源半宽度w0≥0.5λ的非傍轴对称高斯光束,在传输轴附近,特别是沿xy平面45°对角线附近,可以采用标量表征;且随着传输距离的增大,适用范围同步增大.对于半宽度w0小于0.5λ的非傍轴对称高斯光束,由于在xy平面原点附近T值有较大的极值峰,因此标量表征完全失效.

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。

矢量非傍轴高斯光束在杨氏实验中的传输

使用矢量瑞利-索末菲衍射积分公式推导出了矢量非傍轴高斯光束在杨氏实验中的传输公式,远场和傍轴公式作为特例给出,通过数值计算对其传输特性进行了研究.

非傍轴矢量离轴光束通过矩形光阑的传输特性

利用矢量瑞利-索末菲衍射积分公式,求出了波动方程的一个解析解.作为特例,推导出了非傍轴矢量离轴高斯光束远场和轴上公式,非傍轴矢量高斯光束的传输方程和傍轴的结果.通过数值计算表明f,-参数、截断参数δ和离心参数要影响非傍轴性.

矢量非傍轴平顶高斯光束的光强研究

从矢量Rayleigh-Sommerfeld衍射积分公式出发,以矢量非傍轴平顶高斯光束为例,对其横向光强分布进行了研究.研究结果表明,非傍轴矢量光束的两种光强表示式,即传统光强公式和时间平均坡印廷矢量的z分量,它们之间的相对误差与束腰宽度和波长之比w0/λ有关.

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。

非傍轴双曲余弦-高斯脉冲电磁光束远场特性

利用矢量瑞利-索末菲衍射积分公式,推导出了非傍轴部分空间相干部分光谱相干双曲余弦-高斯(ChG)脉冲电磁光束在自由空间传输时交叉谱密度矩阵的远场解析公式,并用来表示脉冲电磁光束的光谱密度(光强)和偏振度。结果表明,对非傍轴远场部分空间相干部分光谱相干ChG脉冲电磁光束,其非傍轴性主要由参数f,fαα决定,而离心参数、脉冲宽度和时间相干长度影响其非傍轴行为。非傍轴部分空间相干部分光谱相干高斯-谢尔模型脉冲电磁光束的远场传输可作为特例处理。

非傍轴贝塞尔-高斯光束在自由空间的传输

从瑞利索末菲衍射积分出发,推导出任意阶非傍轴贝塞尔高斯光束在自由空间传输的解析表达式.非傍轴贝塞尔光束和非傍轴高斯光束等的传输方程都可以作为本文一般结果的特例而得出.物理分析和数值计算表明,当高斯和贝塞尔部分的横向尺度与波长相比拟或小于波长时,应当用非傍轴方法处理.

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·

截断非傍轴双曲余弦-高斯光束的远场特性

基于瑞利-索末菲衍射积分公式,推导出截断非傍轴双曲余弦-高斯光束在自由空间传输的解析表示式,分析了一些特例,并引入非傍轴范畴的桶中功率概念,用以描述非傍轴光束的远场光束质量。结果表明:截断非傍轴双曲余弦-高斯光束的光强和桶中功率不仅与束腰宽度与波长之比、偏心参数及截断参数有关,而且桶中功率还与桶的尺寸有关。在一定的范围内,较大的束腰宽度与波长之比,截断参数和较小的偏心参数使光束有更好的聚焦特性,表现出更好的光束质量。

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。

非傍轴厄米-高斯光束及其高阶修正

使用级数修正公式研究了非傍轴厄米 高斯光束的传输。用数值计算例子说明了修正公式的适用范围。结果表明 ,在束宽可与波长相比时 ,修正公式是发散的 。