不同能量下环形高斯强激光光束在空气中的非线性传输

以线性传输模型为对比研究了不同初始能量的环形光束在空气中的非线性传输。结果显示,在传输初始阶段,非线性克尔效应减弱了线性空间啁啾导致的聚焦作用。线性聚焦使能量向光轴方向流动导致强光强核心,在光轴附近生成类高斯脉冲结构,增强了非线性自聚焦效应,导致光强急剧增加形成光丝。环形光束的初始能量的大小能够影响自聚焦焦距、光丝长度和光强通量。自聚焦焦距随着初始脉冲能量的增加而减小,但自聚焦焦距与初始功率的开方不成反比(这点与高斯光束不同)。光丝长度随着初始脉冲能量的增加而增加。轴上光强通量随初始脉冲能量的增加而增加。

贝塞尔-高斯光束通过圆孔与圆环光阑的衍射

为了研究贝塞尔-高斯光束通过圆孔硬边光阑和圆环光阑的衍射特性,从Collins公式出发,采用数值模拟的方法模拟出光强分布。模拟结果表明,贝塞尔-高斯光束经圆孔光阑衍射后轴上光强随菲涅耳数F呈周期振荡;贝塞尔-高斯光束经圆环光阑后轴上光强随F呈振动衰减。在F相同时,贝塞尔-高斯光束经圆孔光阑衍射后横向光强分布比经圆环光阑衍射后横向光强分布平滑,孔径越小,光强调制越明显;当孔径与束腰相等时候,横向光强分布与菲涅耳数没有关系。

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。

圆环孔径衍射高斯光束远场发散角研究

基于夫琅禾费衍射理论,通过对衍射积分的核函数进行近似,推导并得出了简洁的经圆环形孔径衍射的高斯光束远场发散角的近似解析式。在不同衍射孔径外径和不同遮拦比的条件下,将该解析式与严格的夫琅禾费衍射积分进行比较,发现二者求出的远场发散角接近一致,最大误差不超过2.7%。与传统数值积分求取光束发散角相比,该近似解析式在避免繁琐的积分运算同时保持了较高的精度。该解析式成立条件为高斯光束的束腰直径大于等于3.5倍中心遮拦直径,且小于等于孔径直径;在实际工程应用中,特别是具有大口径、小遮拦比特点的空间激光通信光学天线这一应用场景,该条件一般能够被满足。

湍流大气中激光束经卡塞格伦天线后的传输

将卡塞格伦天线系统等效为一个环形光阑和括束器的组合,通过将环形光阑展开为复高斯函数的叠加,并利用广义的惠更斯-菲涅尔积分公式得到了准直的光束经卡塞格伦天线系统后衍射场的强度解析表达式。研究了湍流大气中光束经卡塞格伦天线衍射的传输特性及光强分布随折射率结构常数和天线遮挡比的影响。该研究工作将对大气激光通信中的端机性能的评估具有一定的意义。

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。

光束通过含环形光阑的光学系统的传输特性研究

采用将环形光阑的窗口函数展开的傅里叶级数与复高斯函数的乘积的方法,推导出平面波经过含环形光阑光学系统的近似解析传输公式。利用该公式对光束通过含环形光阑的光学系统的传输进行了数值模拟,计算并分析了不同遮拦比下轴上光强分布和横向光强分布的特点。结果表明:轴上光强分布和横向光强分布与环形光阑的遮拦比有关。该研究方法和结果可推广到其他光阑,对控制光束和光学系统设计具有一定的参考价值。

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）。

高斯光束通过有环形光阑限制的ABCD光学系统的传输

对高斯光束通过含有环形光阑的一阶ABCD光学系统的传输进行了研究,采用将圆形域函数表示为复高斯函数叠加的技巧,推导出了解析的传输公式.高斯光束通过圆孔和圆屏光阑的传输公式可作为我们理论模型的特例得出.对高斯光束通过有光阑限制的薄透镜聚焦系统进行了数值计算,计算结果与直接由Collins公式所得结果一致,但我们的方法可节约大量机时.

空心高斯光束通过圆环形硬边光阑的传输特性

通过把环形光阑函数展开为复高斯函数的方法,推导出了空心高斯光束(HGBs)通过环形光阑的传输近似解析公式,并对空心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,衍射特性与空心高斯光束的阶数、光阑宽度、光阑内径等因素有关。

卡塞格林望远系统与激光束参数匹配

在激光工程系统中,把卡塞格林望远系统等效为一个扩束器和环形光阑的组合形式,研究了激光束的光腰半径与卡塞格林望远系统的参数匹配问题。推导出光束扩束后通过环形光阑衍射的场分布解析表达式,并由此数值计算了由环形光阑引起的能量损失,以及光束扩束后光腰半径与环形光阑外径的比值K对Strehl比的影响。结果表明,在卡塞格林望远系统参数确定的条件下,存在最佳比值K,使损失能量最小,并可以获得较高的Strehl比,得到最大的峰值光强。

超高斯光束经光阑球差透镜后的光束质量评价

以桶中功率 (PIB)、β参数和 η参数为激光光束质量评价参数 ,对超高斯光束经有方环光阑球差透镜后的光束质量作了详细的研究。大量数值计算和物理分析表明 ,超高斯光束经有方环光阑透镜后的光束质量与方环遮拦比、透镜球差和超高斯光束的阶数等因素有关。采用适当的负球差透镜 ,在实际焦面上可得到最大的PIB ,η值和最小的β值 ,从而获得比无球差透镜更好的光束质量 ,甚至使 β <1。

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。

超高斯光束经椭圆环光阑的衍射和光束质量评价

本文采用数值计算方法讨论了超高斯光束经椭圆环的衍射现象。以桶中功率 (PIB)、β参数和η参数为远场激光光束质量的评价参数 ,对超高斯光束经椭圆环衍射后的光束质量作了详细的研究。大量数值计算和物理分析表明 ,在椭圆环外径一定的条件下 。

超高斯光束经有方环光阑透镜的传输特性

本文详细研究了超高斯光束经有方环光阑透镜的传输特性 ,讨论了遮拦比、球差和超高斯光束的阶数对光强分布的影响。研究表明 ,使用负球差聚焦透镜可获得比无球差透镜在实际焦面上可聚焦性更好、能量更集中的光束。

环形光束锥形衍射出射光场偏振特性及光场调控

环形光束的锥形衍射效应对于微粒的操控具有重要的应用价值.本文建立了环状高斯光束的锥形衍射模型,并基于Berry理论给出了线偏振态下环形光束锥形衍射出射光场的计算公式.理论仿真了环状光锥形衍射出射光场的偏振特性,得出环光锥形衍射出射光场的内、外亮环具有相互正交的偏振分布特性.搭建了线偏振态下环状高斯光锥形衍射的实验系统,实验验证了出射光场的偏振特性.针对环形光束锥形衍射出射光场具备的偏振特性,设计了一种组合偏振片,理论和实验研究了该组合偏振片对环光锥形衍射出射光场的调控.结果表明,随着组合偏振片方位角的变化,锥形衍射出射光场的内、外环强度发生周期性的变化.

非傍轴高斯光束通过方环硬边光阑的传输特性研究

利用矢量Rayleigh积分公式研究了非傍轴高斯光束通过方环硬边光阑的传输,得到了衍射场分布的解析表达式。和傍轴传输相比较,该结果具有更广泛的适用性。以桶中功率为光束质量评价函数,讨论了遮拦比、截断参数对远场光束质量的影响。结果表明,环形光阑的尺寸决定着非傍轴光束远场能量分布的集中程度,截断参数和遮拦比的增大都会导致非傍轴高斯光束衍射效应增强,从而远场能量发散。

贝塞尔光束通过环形硬边光阑的ABCD光学系统传输

通过把环形光阑函数展开为复高斯函数的方法,推导出贝塞尔光束通过有环形光阑限制的近轴ABCD光学系统的传输近似解析公式。通过数值计算,对贝塞尔光束通过环形光阑的传输特性进行了详细的研究,给出了光阑内、外半径等参数对光强分布的影响规律。

空心高斯光束多棒环形并接放大器输出的理论分析与数值模拟

为获得高功率激光输出,设计了激光束多棒环形并接放大器。运用基尔霍夫衍射理论对多棒并接环形放大器模型进行分析,建立了多棒并接环形放大器输出激光传播情况的理论模型,利用M atlab软件模拟计算并绘制了经过放大器放大后,激光光束传播时的光强分布图。计算结果表明,采用多棒环形放大器,由于衍射的作用,轴线中心的光强得到了加强,实现了对空心高斯光束的放大。

脉冲能量对环状高斯光束成丝的影响

通过数值模拟分析了初始脉冲能量对环形高斯光束在大气中成丝的影响。研究表明,当增加初始脉冲能量时,环形高斯光束在大气中生成的等离子体通道的长度被延长;而当脉冲能量增大到一定值时,虽然等离子体通道的长度继续增加,但是等离子体通道的稳定性却有所下降。因此,对于环形高斯光束,合适的初始脉冲能量将有利于稳定的等离子体通道的远距离传输。