The degenerating diffraction far-field propagation properties of the conical double half-Gaussian hollow beams

The far-field propagation properties of conical double half-Gaussian hollow beams in the condition of Collins formula are studied. Because of the cone angle of this kind of hollow beams, the diffraction is compensated and the inner diameter is turning bigger by the rule of geometric optics as the propagation distance is increasing, whereas the degenerating diffraction phenomenon is turned out. The far-field intensity distribution of the conical double half-Gaussian hollow beams in the condition of in-Collins formula is researched, and the results show that the far-field propagation properties can be depicted by this model. In the experiment, this kind of hollow beams are obtained by means of the dual-reflecting splitting optical system, and the inner diameter of the hollow beams is tested. The results show good agreement with the propagation theory in the condition of in-Collins formula.

双曲正弦高斯光束在梯度折射介质中的传输

为了研究双曲正弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性,利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法推导了光束强度分布解析表达式,据此结合空间二阶矩定义得到了束腰宽度和位置的解析表达式,并对光束强度分布、光斑尺寸、束腰宽度及其位置进行了数值计算和分析。结果表明,轴向光强分布呈周期性变化,横向光场分布受梯度折射系数和光束参量影响,通过对这些参量的适当调整,可以改变光斑尺寸和束腰位置。

二维矩形阵列非傍轴离轴高斯光束的合成研究

基于瑞利-索末菲衍射积分公式,推导出非傍轴离轴高斯光束相干合成和非相干合成光束在自由空间中传输的解析公式.用所得结果对非傍轴高斯光束相干合成和非相干合成进行了研究,得到了非傍轴公式在傍轴条件下,能回归到傍轴理论所得结果.远场近似、傍轴离轴高斯光束的相干合成与非相干合成光束传输公式可作为特例给出.数值计算表明,合成光束的光强分布与合成方式(相干合成和非相干合成)、光束束宽w0(或等效于f参数)、光束束数M(N)、离轴参数a(b)以及传输距离z有关.在远场,对于相干合成,M×N束非傍轴高斯光束的合成光束的轴上光强是单束非傍轴高斯光束的轴上光强的M2N2倍;对于非相干合成,M×N束非傍轴高斯光束的合成光束的轴上光强是单束非傍轴高斯光束的轴上光强的MN倍.

空心高斯光束通过圆孔形硬边光阑的传输特性

通过把圆孔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)通过圆孔光阑的传输近似解析公式,并对空心高斯光束通过圆孔形硬边光阑的传输特性进行了研究,分析了不同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、光阑半径等因素有关。

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。

空心光束在损耗和增益介质中的传输特性

从复数波数定义和广义惠更斯-菲涅尔积分出发,推导出空心光束在介质中通过旁轴ABCD光学系统后的一般传输公式。在此基础上,结合光强二阶矩方法,给出了相应的一般束宽变换公式。通过数值分析研究了介质传输场中强度分布和均方根束宽的变化特点。研究结果表明,空心光束在增益或者损耗介质中传输时,当其为增益(损耗)介质时,会增强(衰减)光束的强度;但对均方根束宽却没有太大的影响。

基于相干衰减器的半高斯激光束的产生实验研究（英文）

根据之前的理论分析(Yaling Yin,et al,Opt.Commun.281(22),5511(2008)),实验上设计了一个由相干衰减器和锋利薄刀片构成的产生无衍射条纹的纯净半高斯激光束的简单光学装置.装置中相干衰减器由两片有机玻璃片和一片塑料薄膜构成,并由马达驱动,该相干衰减器可以有效降低激光场的相干度.实验中,选择氦-氖激光作为实验光源,在传输位置z=0.5 cm处获得了品质因子Q_(SGB)=1:16.42的无衍射条纹的纯净半高斯激光束.实验结果显示,产生的半高斯激光束的品质因子随着传输距离的增加而减少,产生的半高斯激光束的陡峭上升沿的宽度与入射高斯光束的波长和束腰半径无关,这与之前的理论计算结果一致.实验上产生的半高斯激光束因为具有非对称性的强度分布、优良的空间传输特性,所以在现代光学中有广泛的应用.

矢量空心高斯光束横纵向光场传输特性

基于矢量瑞利-索末菲衍射积分,研究了矢量空心高斯光束横向光场和纵向光场在自由空间中的传输特性。研究结果表明,空心高斯光束的横向光场与纵向光场在传输过程中光强分布情况并不相同,横向光场的光强分布具有旋转对称性,并且保持空心特性的距离受光束阶数的影响,而纵向光场不再具有旋转对称性,并且在理想状态下纵向光场可以一直保持空心特性。纵向光场在近场时的光斑特性可用于合成径向偏振光束。传输距离以及f参数(f=1/kω0)的大小会影响纵向光场在总光强中所占的比重。

空心傍轴高斯光束的传输特性

推导了空心高斯光束经过傍轴光学系统的传输模型;利用导出的公式计算分析了空心高斯光束在自由空间的传输特性;最后利用Matlab对传输方程进行模拟仿真。结果表明:高斯光束的阶数n和沿傍轴的传输距离z是控制空心光束的主要参数。随着阶数n的增大,高斯光束逐渐变为空心高斯光束,且中心暗斑和亮环的半径也相应增加;当传输距离z增大时,空心高斯光束的光斑发散,同时黑斑面积占总光斑面积的比率减小,而在远场"黑心"区域消失了,此时轴上的光强变为最大。

一种新空心光束的理论及实验研究

提出了一种用来描述空心光束的新理论模型———空心高斯光束模型 ,通过控制光束参数可以方便地调制空心光束黑斑的大小 .导出了空心高斯光束经傍轴光学系统的解析传输变换公式 .利用导出的公式计算分析了空心高斯光束在自由空间的传输特性 .在实验上利用矩阵本征值方法设计了能输出空心高斯光束的光学谐振腔 ,对实验上得到的空心高斯光束进行了传输特性的研究 .结果表明 ,理论和实验相吻合 .

倾斜离轴高斯光束通过猫眼光学镜头的传输特性

运用矩阵光学理论以及将硬边光阑窗口函数展开为有限个复高斯函数之和的方法,进一步推导了倾斜离轴高斯光束通过猫眼光学镜头的解析传输公式,通过数值计算分析得到了倾斜系数和离轴量对猫眼效应反射光光强分布的影响规律。结果表明,斜入射情况下猫眼效应反射光光强分布发生非对称畸变,且倾斜系数较小和较大时有着不同的分布规律。并且,离轴量与倾斜系数共同决定着猫眼效应反射光应用于激光主动探测的可行性。

空心高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性

利用柯林斯公式推导出空心高斯光束在梯度折射率介质中的传输公式,并利用此解析式进行数值计算和分析,讨论了梯度折射率介质对空心高斯光束传输特性的影响。结果表明,介质梯度折射率对空心高斯光束的传输性质有较大影响。

半高斯激光束在自由空间的传输特性理论研究

基于惠更斯菲涅耳衍射积分理论,对半高斯激光束在自由空间的传输特性进行了详细的理论研究,得到了二维半高斯激光束在自由空间传输时的光强分布计算表达式。数值计算结果表明半高斯激光束在自由空间传输时,在近场有很好的传输稳定性,当传输距离继续增大时,半高斯激光束的最大光强值不断降低,衍射条纹逐渐增多,同时上升沿宽度慢慢展宽,最后在远场转化为对称性光束。数值计算结果还发现对称性越好的半高斯激光束其传输稳定性越好。