高斯激光束在Fraunhofer圆孔衍射成像中的球差

基于标量衍射理论,利用Zernike多项式法构建像差函数,并将其应用到ZEMAX中,研究高斯型激光束在透镜与圆孔距离较大时的Fraunhofer圆孔衍射成像中的球差.实验和理论模拟结果表明,透镜及圆孔和透镜距离对产生球差的影响较大,当选择优化的非球面透镜、较高折射率的透镜材料和小视场时,可有效降低由圆孔和透镜距离较大而产生的球差,从而有效提升衍射成像质量.

平顶多高斯光束通过球差透镜的聚焦特性

利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式,研究了平顶多高斯光束通过球差透镜的聚焦特性。推导出轴上光强分布的表达式,并对轴上光强进行大量的数值计算及分析。研究结果表明,当平顶多高斯光束的阶数N一定时,透镜的球差将在很大程度上影响光束的聚焦特性;当透镜的球差一定时,N值的改变将影响轴上最佳聚焦点的位置;当无球差时,轴上最佳聚焦点并不在几何焦点处,轴上最佳聚焦点位置随着N值增加向几何焦点靠近,例如当阶数N由0增大为1时,则归一化最佳聚焦点由0.91增大到0.98。

高斯光束通过球差透镜的聚焦特性

基于广义惠更斯 菲涅耳衍射积分公式 ,在较为普遍情况下 ,对高斯光束通过球差透镜的聚焦特性作了研究 ,给出了数值计算例。分析表明 ,当入射光束束腰宽度较小时 ,结果与文献[1]和文献 [2

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。

利用球差透镜获得平顶激光光束

本文根据Ｈｕｙｇｅｎｓ－Ｆｒｅｓｎｅｌ衍射积分计算高斯光束经过球差透镜的聚焦．数值计算结果表明，当透镜的球差系数为负时，在聚焦光场的两个位置，可得到平顶的激光光束．并且，透镜的负球差系数越大，得到的平顶激光光束越平坦．

高斯光束经过负球差透镜的聚焦

本文讨论高斯光束经过负球差透镜的聚焦，得到了聚焦光场轴上点的光强分布的表示式，并对其进行数值计算。数值计算结果表明，在负球差的情况下，得到光强的最大点位置（最佳聚焦点）相对于无球差情况，往透镜方向移动，并且，最佳聚焦点的光强较无球差时大，当Ｎｗ＝１，Ｎａ＝５，ｋＳ１＝－０．２时，得到的最佳聚焦点的光强是无球差时的１．３４倍。本文还讨论了透镜的菲涅尔数对聚焦光场分布的影响。结果表明，当透镜的菲涅尔数小于１时，球差对高斯光束的聚焦的影响可以忽略。

高斯光束通过两种球差透镜的聚焦特性比较

通过研究 ,比较了高斯光束通过两种不同球差透镜的聚焦特性。研究表明 ,高斯光束通过球差透镜的聚焦特性由球差透镜的类型、球差大小和光束的菲涅耳数共同决定。

球差透镜对超高斯光束光束质量影响的研究

根据束宽的传输方程 ,采用双曲线拟合的方法 ,计算了超高斯光束通过球差透镜后的M2 因子。同时还研究有球差的超高斯光束在透镜几何焦面和实际焦面上的桶中功率 (PIB)。以M2 因子和PIB作为光束质量评价的参数 ,进行了详细的数值计算来说明球差对超高斯光束光束质量的影响 ,并与有球差的高斯光束做了比较。

部分相干平顶高斯光束通过球差透镜的聚焦特性

基于部分相干光的传输理论,研究了部分相干平顶高斯光束通过球差透镜聚焦后轴上点的光强分布。数值计算表明:轴上最佳聚焦点随着球差从负到正的变化而向几何焦点方向移动;光束阶数越大,实现最佳聚焦点越过几何焦点所需的正球差值越小;正负球差对应的最佳聚焦点始终分居于无球差时最佳聚焦点的两侧;轴上最佳聚焦点的光强随着球差从负到正的变化而变小;当正负球差绝对值较大时,光强随球差的变化较为缓慢,而在球差值为0附近,光强随球差的变化比较剧烈。

球差对圆偏涡旋贝塞耳-高斯光束聚焦场的影响

利用理查德-沃耳夫矢量衍射积分,分析了初级球差对圆偏振涡旋贝塞耳-高斯光束聚焦光场的影响,获得不同球差系数下的光强分布.结果表明,当初级球差系数增加,会聚光点偏离系统焦平面,纵向光场发生改变;焦点光强逐渐减小,焦平面光场发生变化;光轴上光强峰值逐渐减小,峰值两侧的旁瓣变化趋势相反,光强由对称分布变成非对称分布;初级球差对贝塞耳-高斯光束聚焦光场的影响不依赖其偏振态;离焦无法完全补偿初级球差对聚焦光场的影响.

高斯光束通过环状球差透镜后的光束质量

以桶中功率 (PIB)及 β值为光束质量评价参数 ,分析了环状球差透镜的遮拦比、球差系数等参数对高斯光束光束质量的影响。值得指出的是 :(1)由于焦移 ,在实际焦面比几何焦面上可得到更大的PIB ;(2 )适当选用负球差环状透镜可实现 β <1。

高斯光束经过球差环形透镜的聚焦

本文讨论高斯光束经过球差环形透镜的聚焦。推导并得到了聚焦光场轴上点的光强分布的表示式。并对其进行数值计算。数值计算结果表明，对于负球差的情况下，得到的光强的最大点位置（最佳聚焦点）相对于无球差情况，往透镜方向移动，即焦移增大；并且，最佳聚焦点的光强较无球差时大，当球差环形透镜的中心拦截比ε取一定值时，得到的轴上点光强最大值远大于无球差时的光强最大值。此外，当透镜具有正球差时，聚焦光场的光强最大点（ｚ／ｆ）ｍ往几何焦点移动，以致出现正的焦移（即Δｚ／ｆ＝（ｚ／ｆ）ｍ－１＞０）。

强流电子束在螺线管透镜作用下的聚焦特性

本文研究了由1.5MeV直线感应加速器(LIA)引出的2～3kA强流脉冲电子束在螺线管透镜作用下的聚焦特性。理论上,利用推导的非线性轨迹方程、K-V包络方程及解析方法研究了空间电荷效应、发射度、透镜球面像差和色散像差对最小焦斑直径的限制并对聚焦实验布局和参数进行了优化选择。实验上,获得了直径5～6mm的最小焦斑(包含90％电子)。实验结果与理论预估基本一致。

激光光学系统的球差

依据斯特列尔判断,采用解线性方程组的方法讨论了高斯光束初级和高级球差的最佳校正形式,并以表格方式给出了最佳校正形式。讨论了按照均匀光波最佳校正形式对高斯光束进行像差平衡时的中心点亮度变化,研究表明,在工程实际中,采用普通光学系统的像差平衡理论对激光光学系统进行设计是完全可行的。

带球差的分数傅立叶变换系统的传输特性研究

以广义衍射理论和矩阵光学为基础,介绍了两类带透镜球差的分数傅立叶变换系统。该文以平顶高斯光束入射为例,进行了数值模拟,详细分析了平顶高斯光束在两类带透镜球差的分数傅立叶变换系统中的传输特性。结果表明,球差对输出面上光强分布的影响是比较大的。正球差起会聚作用,负球差起发散作用。在考虑透镜球差的情况下,两类实现分数傅立叶变换的系统不再等价。

初级球差激光扫描系统的设计分析

给出了离轴高斯光束通过一个初级球差光学系统后，其相对光强的分布，通过数值积分，可以得到它与系统球差的大小和光束的入射位置的关系曲线。利用这个关系曲线以及瑞利判据，可以对激光扫描系统的设计进行分析，并提出合理的建议。

环状光束通过球差透镜的聚焦特性

利用偏心高斯光束相干叠加的方法,建立了柱坐标系下环状光束的新模型。从广义衍射积分理论出发,经过大量数值计算分析,详细研究了环状光束通过球差透镜的聚焦特性,定量分析了环状光束的阶数L,M、偏心高斯光束的束腰宽度w0以及球差系数C4对聚焦光场实际焦点(轴上最大光强)位置以及轴上最大光强的影响。研究结果表明,本文提出的模型可统一描述基模高斯光束和环状光束。在透镜焦距和入射光束波长一定的情况下,环状光束通过球差透镜的聚焦特性不仅与透镜的球差系数C4有关,而且还与环状光束的阶数L,M以及偏心高斯光束的束腰宽度w0有关。

考虑二级近似下静电曲轴宽电子束聚焦系统的计算

本文对曲线坐标系下的静电宽电子束轨迹方程进一步深入研究,给出了该坐标系下的主轨迹方程以及考虑到二级近似下的曲轴轨迹方程,并将之转换成适合计算的形式,利用同心球系统论证了这种曲轴轨迹计算方法的合理性与可靠性,计算表明同心球近轴与实际轨迹之间、曲轴一级与二级近似下轨迹之间相差约在第五个数量级;由实际管型计算出的像差约在第四个数量级上,这在一般工程应用中是可以忽略的,但在高精度像管计算中却不能将之忽略。

贝塞尔-高斯光束经球差透镜的聚焦特性

利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分推导了一种涡漩光束——贝塞尔-高斯光束经球差透镜聚焦后的光场表达式,并利用数值计算分析了球差系数对聚焦光束光强剖面分布的影响。研究表明,通过改变球差系数,可以改变零阶贝塞尔-高斯光束轴上光强最大值点的位置,球差的存在使轴上光强最大值减小。零阶贝塞尔-高斯光束经球差透镜聚焦后不能保持其传输不变性,在几何焦面上光强剖面类似于高斯形分布,而实际焦点所在面上的分布则仍具有零阶贝塞尔函数的特征。对于一阶贝塞尔—高斯光束,球差的存在会改变其横向光强分布。

部分相干光束照射的透镜轴棱锥获得均匀焦线

从部分相干光的交叉谱密度函数传输公式出发,推导了高斯谢尔模型(GSM)光束被球差透镜衍射后轴上光强分布的解析公式,并进行了数值模拟和物理分析。结果表明,具有一定束腰宽度和空间相干度的GSM光束经过负球差透镜聚焦后,可以获得轴上光强的均匀分布。通过改变GSM光束的束腰宽度和空间相干度来实现轴上光强均匀分布的方法很简单,转换效率高。