柱透镜聚焦高阶Bessel光束产生焦散光束

研究了高阶Bessel光束经过柱透镜后的光场分布特性.在广义惠更斯-菲涅尔衍射积分理论基础上,推导出高阶Bessel光束透过柱透镜后的衍射光场分布表达式;并利用MATLAB和MATHCAD模拟了不同传播距离处的光强分布.实验上,利用轴棱锥和螺旋相位板产生不同阶数的高阶Bessel光束,并使产生的高阶Bessel光束经过柱透镜,最后用CCD记录下不同距离处的衍射光场.研究结果表明,高阶Bessel光束经过柱透镜形成唇状的焦散光束.

非相干LED光源产生高阶Bessel光束

首次采用单色LED绿光光源得到较理想的高阶Bessel光束,提出由交叉谱密度和多波长叠加理论计算出绿光LED发出的光经过螺旋相位板和轴棱锥后的光强分布,模拟出沿轴向不同距离处的截面光强分布图,设计一套实验装置进行实验验证,结果表明:通过光阑提高光场的空间相干性可以用绿光LED得到近似高阶Bessel光束,所得光束的截面光强分布,中心暗斑大小及最大无衍射距离均与理论计算相符.研究结果对非相干光实现粒子微操作提供理论和实验依据.

随机电磁高阶Bessel-Gaussian光束在海洋湍流中的传输特性

利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式得到了随机电磁高阶Bessel-Gaussian光束在海洋湍流中传输的交叉谱密度矩阵的一般表达式,通过数值计算主要研究了随机电磁高阶Bessel-Gaussian光束在海洋湍流中传输时其在远场输出面的统计特性的变化,包括归一化光谱强度、光谱偏振度、两点的光谱相干度等.数值模拟结果显示海洋湍流能够对随机电磁高阶Bessel-Gaussian光束的归一化光谱强度分布产生影响,随着传输距离的增加,零阶Bessel-Gaussian光束中心出现凹陷,高阶Bessel-Gaussian光束中心会变平坦继而又凹陷下去,不管零阶还是高阶,当传输距离增加到足够远,光强分布都会演变成最终的类高斯分布.x轴上各点的偏振度改变与相干长度δ_(xx),δ_(yy)以及海洋湍流参数有关.x轴上任意一点和原点这两点的光谱相干度也随x的增加而呈振荡变化,并且海洋的均方温度耗散率χT对光谱相干度有影响.

高阶Bessel-Gauss光束的产生方法

高阶贝塞尔-高斯(Bessel-Gauss)光束在一定条件下呈现"无衍射"特性,是一种具有广阔应用前景的空心光束。本文首先对高阶Bessel-Gauss光束的产生方法进行了分析和归类,将其产生方式分为主动式和被动式两大类。其次对获得高阶Bessel-Gauss光束的谐振腔法、几何光学法、光学全息法、计算全息法、非线性光学法等实验方法进行了阐述。最后总结了各种方法产生高阶Bessel-Gauss光束的优缺点。

固体激光器涡旋光束产生实验系统设计与实现

高质量的涡旋光束在量子信息、激光雷达、激光通信等领域有着广泛的应用前景。为了用固体激光器直接产生涡旋光束,该文基于谐振腔模式与激光介质作用的速率方程,阐述了在二极管端面泵浦固体激光器中通过环形光泵浦产生拉盖尔-高斯涡旋光的原理。设计了环形光泵浦固体激光器产生涡旋光的实验方案并搭建了实验系统。实验产生了角向阶次为1阶、2阶的涡旋光束,相位涡旋手性可通过微调谐振腔输出镜调节。该实验能够使学生利用固体激光器直接产生涡旋光束并观察涡旋光束的相位特性,有助于学生加深对激光谐振腔模式理论及涡旋光束相位特性的理解,为相关专业学生的课程教学提供有力支撑。

超短脉冲Bessel光束和空间诱导色散效应

给出了含时的波动方程的一族特解——超短脉冲 Bessel光束 ,其脉冲光束的空间和时间部分可以做分离变量 ,空间部分在传输过程中保持 Bessel光束不变 ,而时间脉冲部分的传输行为类似于在普通色散介质中的传输 。

光源频谱宽度对Bessel光束亮暗梯度的影响

分析了三种不同频谱宽度的光源(激光、绿光LED和白光LED)产生无衍射贝塞尔(Bessel)光束亮暗环的梯度。分别模拟得到在不同位置的光强截面图,并计算各亮暗环的光强值,引入对比度的计算公式,计算了三种不同频谱宽度的光源产生贝塞尔光束亮暗环的对比度,可以得到频谱宽度越宽的光源产生的贝塞尔光束亮暗环之间的对比度降低,亮暗环强度梯度下降,从而导致囚禁粒子的能力降低。根据三种光源的特性设计了实验装置,并在与理论模拟相应的位置分别拍摄了三种不同频谱宽度光源产生的无衍射光斑图。对实验中拍摄到的光斑图进行对比度计算,可以得知频谱宽度越宽的光源产生的无衍射光束,其截面光斑亮暗环的对比度降低,亮暗环强度梯度降低,囚禁粒子能力下降,理论和实验相吻合。

高阶贝塞尔-高斯光束通过圆孔硬边光阑的传输特性

文章通过把圆孔光阑函数展开为有限复高斯函数和的方法,用惠更斯-菲涅尔衍射积分,推导出了高阶贝塞尔高斯光束通过具有圆孔光阑的近轴ABCD光学系统的传输近似解析公式,并对高阶贝塞尔-高斯光束通过圆孔硬边光阑的传输特性进行了研究。分析结果表明,衍射特性与截断参数、贝塞尔函数的阶数以及光束的菲涅尔数等因素有关。

高阶贝塞尔-高斯光束通过圆环形硬边光阑的传输特性

文中通过把环形光阑函数展开为复高斯函数的方法,推导出了高阶贝塞尔-高斯光束通过环形光阑的传输近似解析公式,并对高阶贝塞尔-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,衍射特性与光阑宽度、光阑内径等因素有关,当光阑内径和光阑宽度取值适中时,会出现衍射光强相等的两个峰。

大气斜程传输中高阶贝塞尔高斯光束轨道角动量的研究

大气湍流引起大气折射率随机变化,导致空间不均匀性。高阶贝塞尔光束在大气湍流中传输时,空间不均匀性会使光子波函数改变,形成不同的光子态引起轨道角动量的弥散。在Rytov近似下,计算了高阶贝塞尔光束在大气斜程传输中各分量所占光束总能量的权重。讨论并对比折射率结构常数,光束波长,天顶角,轨道角动量数,接收孔径和光斑大小等参数对螺旋谱的影响,并给予相应的物理解释。结果表明:随着折射率结构常数,天顶角和传输距离的增加以及光束波长的减小,螺旋谐波主分量对应的谱减小,轨道角动量弥散越大,而且望远镜接收孔径和光斑大小对轨道角动量弥散的影响非常小。

Bessel光束纵向振幅特性及参量的影响

利用数值计算从光场振幅的角度研究了 Bessel光束的纵向性质 ,发现 Bessel光束在自由空间中的传播可以理解为我们称之为 Bessel调制光场对另一个振幅为 1的平面波的调制 .又进一步研究了参数对其纵向特性的影响 ,发现 Bessel光束衰减速度 ,决定于β大小 ,而对于振荡性 R起主要作用 ,只有当 β→ 0和 R→∞同时被满足时 ,才能实现理想无衍射光束 .

全固态调Q激光器产生脉冲Bessel光束

使用连续式输出的砷化镓半导体激光器泵浦的掺钕钒酸钇激光器作为光源,被动式通过轴棱锥产生Bessel光束。在激光谐振腔内加入Cr4+:YAG晶体调Q产生脉冲Bessel光束。理论模拟了1064nm波长光束经过轴棱锥之后的三维传播图和截面光强分布。通过实验得到了1064nm波长脉冲Bessel光束的脉冲宽度和脉冲重复率,并计算得到了单脉冲Bessel光束的能量和峰值功率。利用光束分析仪记录了1064nm波长Bessel光束的截面光强分布,并测量了中心光斑的直径,得到的数据与理论计算基本吻合。

高阶贝塞尔-高斯脉冲光束相位奇点的演化

推导出被光阑衍射高阶贝塞尔-高斯脉冲光束的场和光强分布的解析公式,对其相位奇点的演化特性做了计算和分析。结果表明,高阶贝塞尔-高斯脉冲光束经光阑衍射后,中心光涡旋始终存在,拓扑电荷守恒。随脉冲频率和脉冲宽度增加,等相位线均沿逆时针方向旋转,涡旋核随脉冲频率增加而减小,而脉冲宽度对涡旋核大小几乎无影响。等相位线随截断参数和传输距离的增加分别沿逆时针和顺时针方向旋转,涡旋核大小随截断参数增加而变化,随传输距离和光束阶数的增加而增大。

Bessel光束的矢量分析及其能流密度的特征

通过比较自由空间Besssel光束标量解E(r,t)满足的方程和光场矢量E(r,t)与矢量势A(r,t)之间的关系表达式,利用Bessel的特点,合理构造了矢量势A(r,t)的具体形式,推导出电场量E(r,t)的磁场量B(r,t)各分量满足的具体形式。通过数值计算,给出电场E(r,t)在不同参数θ,φ下与径向坐标ρ之间的关系图线(图1,图2),发现由方程(6)描述的标量解仅是矢量场E(r,t)(方程15描述)在小θ下的近似。通过对能量传输特性的讨论,说明“超光速”的提法是不恰当的。

增大Bessel光束无衍射距离的凹透镜系统

根据传统轴棱锥法产生Bessel光束的原理和凹透镜的几何光学效应,设计并模拟了一套提高Bessel光无衍射距离的光学系统。利用凹透镜的发散特性,将其分别放置在轴棱锥的前方与后方,使用Math CAD软件进行模拟并与传统轴棱锥法进行比较,得出结论:在轴棱锥前方放置凹透镜使Bessel光的无衍射距离从244 mm增大至638 mm,同时增大中心光斑半径。在轴棱锥后方放置凹透镜使Bessel光的无衍射距离从244 mm增大至406 mm。使用He-Ne激光作为光源进行实验验证,实验结果与理论分析及仿真模拟基本一致。可根据实际要求选择凹透镜的曲率半径和位置,得到无衍射距离较大、质量较高的Bessel光束。

椭圆高斯光束产生近似无衍射Bessel-Gauss光

研究了轴棱锥聚焦像散椭圆高斯光束的光场分布特性,根据菲涅耳衍射积分理论导出了椭圆高斯光束经轴棱锥衍射后的光场分布,通过数值积分给出椭圆高斯光束经轴棱锥聚焦后的近轴光场强度分布情况,将其与圆高斯光束产生的近似Bessel-Gauss场进行比较,发现椭圆高斯光束经轴棱锥聚焦后的光束在一定的传播距离内也具有无衍射特性,且轴上光强分布与圆高斯光束产生的Bessel-Gauss光束的轴上光强分布具有相似的形式,而这种无衍射光场的强度在垂直于光轴的平面上不再是柱对称分布。根据近轴球面波产生近似Bessel光束的最大无衍射距离公式计算了椭圆Bessel-Gauss光束在子午面和弧矢面上的最大无衍射距离,整个光束的无衍射距离由入射到轴棱锥上的椭圆光斑短轴方向的尺寸决定。

高阶贝塞尔光束的Z扫描理论

以菲涅耳-基尔霍夫衍射理论为基础,研究高阶贝塞尔光束穿过非线性光学介质的衍射效应,从而解释高阶贝塞尔光束的Z扫描现象.通过对使用高斯光束、零阶贝塞尔光束、一阶贝塞尔光束、二阶贝塞尔光束和三阶贝塞尔光束的归一化Z扫描曲线对比,表明使用高阶贝塞尔光束较使用零阶贝塞尔光束的Z扫描具有更高的灵敏度.高阶贝塞尔光束的Z扫描为测量介质非线性光学系数提供了一种更为精确的测量方法.

高阶空间电荷场对匹配高斯光束自偏转特性的影响

通过数值模拟的方法,研究了高阶空间电荷场对匹配高斯光束在光伏光折变晶体中自偏转特性的影响。结果表明,对于给定的与晶体参量匹配的高斯光束,高阶空间电荷场对其自偏转特性的影响与外电场和光伏场的极性和强度,以及入射光束的强度有关。当外电场、光伏场、入射光束的强度取不同的参数组合时,就可以控制高斯光束的偏转程度,在三者特定的参数组合下,还可以实现高斯光束偏转方向的改变,进而实现高斯光束的无偏转稳定传播。

Bessel光束经柱透镜的衍射光场

基于空间域中的广义惠更斯-菲涅耳衍射积分理论,导出Bessel光束通过柱透镜光强分布表达式,利用计算机模拟不同传播距离处的截面光强分布.利用轴棱锥产生Bessel光束,光束经过焦距为130mm的柱透镜,用CCD拍摄柱透镜的后不同传播距离的处光强分布.结果表明:实验所得结果与理论模拟吻合,Bessel光束经柱透镜后将产生唇状焦散光束.

高阶椭圆厄密-高斯光束的轨道角动量研究

从傍轴条件下光束轨道角动量的基本理论出发,根据高阶椭圆厄密-高斯光束的光场分布,运用张量方法,对高阶椭圆厄密-高斯光束轨道角动量的密度分布进行了理论分析,得到了求解该密度分布的计算公式,并在给定参量条件下作了数值模拟.进一步对光束中每个光子携带的平均轨道角动量进行了计算,发现其值随着椭圆厄密-高斯光束阶次的增大而增大,表明高阶椭圆厄密-高斯光束能够比椭圆高斯光束或拉盖尔-高斯光束提供高得多的轨道角动量.