高斯光束经轴锥镜-透镜系统变换后的解析描述

从夫琅禾费衍射积分公式出发,利用卷积定理和零阶汉克变换性质,推导出基横模高斯光束垂直入射轴锥镜-透镜组合光学系统后,在透镜后焦面上的光强分布解析描述公式,建立了环形结构光强度分布与轴锥镜-透镜组合中主要光学参数之间的数学关系,为环形结构光强度分布的快速模拟,以及生成环形结构光的光学系统设计提供理论支撑。根据所推导公式进行了数值模拟和实验验证,分别得到一均匀分布的环形结构光,且二者圆环大小相近,验证了理论结果的正确性。

双轴锥镜光束变换分析

基于轴锥镜和瑞利-索末菲矢量衍射理论,对无衍射光的产生及产生后的光场进行详细的理论分析。采用数值模拟对两束无衍射光的空间光场分布和轴上光强分布曲线进行仿真,基于锥镜加工工艺,对锥镜的锥角和第一、第二轴锥镜出射后的光束进行光场分析。结果表明:当第一轴锥镜的锥角小于第二轴锥镜时,出射光束在干涉重合区的光强为两部分光场的耦合叠加,并产生新的无衍射光束;反之,出射后的两束无衍射光不重合,继续保持各自的无衍射特性。其次,出射光束沿垂直于传输方向上的横截面上呈同心圆环分布,且同心圆环的半径随传输距离的改变而改变。从理论和模拟上均实现了两束无衍射光束的强度分布、光束分布及圆环环径的可调,这对无衍射光束应用于大尺度空间精密测量、粒子微操纵等领域具有重要的指导意义。

基于光学扫描全息系统的边缘提取技术

提出了两种光瞳在光学扫描全息系统中实现边缘提取的方法,基于双光瞳外差检测来获取物体的全息信息。首先,采用LG光束-轴锥镜光瞳和小孔滤波器作为两个光瞳构建复合光场,并对物体进行扫描,提取边缘信息;其次,在小孔滤波器不变的情况下,采用幂函数分布的振幅型光瞳作为另一种光瞳,完成边缘信息的提取。计算机仿真实验结果表明,使用本文所述的两种光瞳相比使用环形光瞳时实现的边缘提取质量均有提升,且无须进行数字图像处理,简化了实验步骤。

双曲线顶点对轴锥镜聚焦柱矢量光束的影响

基于瑞利-索末菲矢量衍射理论和振幅透过率函数,研究了轴锥镜的柱矢量光束聚焦特性。研究结果表明,径向偏振光的矢量聚焦场由径向分量及轴向分量构成,而角向偏振光的矢量聚焦场仅由角向分量构成,同时聚焦场焦深随束腰半径的增大而增加。相较理想情况,锥顶为双曲线时,焦深几乎不变,但光强因干涉效应发生振荡,其依赖于入射光的束腰半径,当径向偏振光束腰半径达到4 mm,角向偏振光束腰半径达到3.5 mm时,振荡现象消失。研究结果为轴锥镜的实际应用,以及进一步完善柱矢量光束聚焦场理论提供了参考。

轴锥镜光束变换特性分析

垂直入射平行光束经轴锥镜变换后,出射光束为Bessel光束。在轴锥镜后方一段传播范围内其分布形式始终保持不变,横截面光强分布表现为均匀间距的同心圆环,中心为一亮斑。首先通过几何光学分析,推导出无衍射传播距离的计算公式;然后,用波动光学的方法推导出亮暗相间同心圆环条纹的间距公式,以及给出存在确切解析表达式的轴锥镜后方横截面光强分布和Bessel光束中心光斑尺寸计算公式,并用MATLAB软件对Bessel光束进行模拟;最后,进行实验验证,并讨论Bessel光束与轴锥镜几何光学参数之间的关系,为Bessel光束的实际应用提供参考。