激光束在照相系统中传输的分析(Ⅰ)

本文基于四个基本前提,利用几何光学的近轴成象公式,首先导出高斯激光束经单薄透镜变换成象时,其基本变换方程的普遍形式。引入高斯物方焦距,赋予“焦散”概念以全新的物理图景和物理意义。引入光学变换函数,从此限定了高斯光束变换成象理论与几何光学近轴成象理论这两者之间的界限及各自的适用范围。其次,应用真空(或空气)中的基本变换方程,对柯克三片式照相物镜进行分析。最后,导出了真空(或空气)中柯克照相光学系统的变换方程和偏离量的计算公式。     

基于MATLAB的二元光学元件设计研究

提出利用MATLAB的FFT函数和IFFT函数,对高斯分布光束进行傅立叶变换,利用G-S迭代法,得到巴特沃斯(近似矩形)分布.从而获得二元光学元件的设计数据,实现对高斯光波的均匀化处理.并给出了完整的设计程序.     

光束轴向均匀化的实现方法

采用一种衍射光学元件（DOE0和透镜相结合的系统,利用Y－G算法的位相变换,使透镜前焦面的光束振幅分布为一径向调和函数（RHF）,从而实现基模高斯光束在透镜聚焦平面附近沿轴向较大范围内光束光强近似成均匀分布,计算结果较好地实现了这一预定要求。     

高斯光束的透镜耦合系统参数的确定

准直-聚集的透镜耦合系统是高斯光束在光纤之间的耦合的一种常用方法.本文在分析单透镜对高斯光束的变换后束腰半径变化规律的基础上,得出了确定准直———聚集透镜组成的耦合系统参数的一般方法,并给出实例进行了验证.     

高斯光束在透镜光轴上的振幅及位相分析

基于菲涅耳衍射原理 ,导出了高斯光束通过透镜光阑后在光轴上光场分布 ,分别给出了高斯光束在透镜光轴上振幅和位相的具体表达式 ,并对高斯光束近轴衍射及平面波两种情况分别进行了分析     

高斯光束变换成像的放大率(Ⅱ)——厚透镜系统

本文从ABCD变换定律出发,采用文献[1]中的定义,导出厚透镜对高斯光束变换成像的各种放大率的解析表示。引入厚透镜对高斯光束变换成像的放大率关系函数,并对其物理意义进行了详细分析。指出,薄透镜对高斯光束变换成像的各种放大率,仅仅是厚透镜对高斯光束变换成像的各相应放大率在其中心厚度d(?)0这一条件下的极限。     

部分相干光的夫琅禾费衍射特性

从部分相干光的传输理论出发,推导出了高斯-谢尔模型光束所描述的部分相干光通过夫琅禾费单缝衍射后光强分布的表达式,通过数值计算对这种光束通过单缝光阑系统后观察屏上的光强分布特点进行了讨论,并和完全相干高斯光束的情况做了对比分析。结果表明,通过单缝系统后部分相干光在观察屏上的光强分布与光场空间相干性、单缝系统的缝参量和观察屏到入射屏的距离有关,并且对这几种因素的影响进行了分析。     

复变量双曲余弦平方-高斯光束的双焦开关

推导了复变量双曲余弦平方-高斯光束(EchSGB)通过无光阑透镜系统后的轴上光强分布公式,在此基础上通过大量的数值分析发现,在菲涅耳数较小的情形下,当光束参数a<0.91且b>1时,轴上焦点出现两次位置不同的跃变一双焦开关(DFS)现象,讨论了光束入射距离及光束参数对其产生和变化的影响.最后对该光束的特例-余弦平方高斯光束的DFS现象作了一些分析讨论.     

非傍轴离轴高斯光束的合成光束传输特性

基于瑞利衍射积分公式,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回归到傍轴理论所得结果．远场近似,轴上光强以及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做为本文结果的特例给出．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、离轴参数α以及传输距离z有关．在远场,对于相干合成光束,M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M^2倍;对于非相干合成光束,M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M倍。     

高斯光束的圆孔夫琅禾费衍射

利用菲涅耳-基耳霍夫衍射原理对高斯光束通过有限圆孔的夫琅禾费衍射进行了详细的理论分析,给出了高斯光束在的夫琅禾费衍射区的光场分布,并与平面波的的圆孔夫琅禾费衍射进行了粗略的比较。     

高斯光束象散和场曲的计算(Ⅰ)

本文导出单折射球面对轴外高斯光束变换成像时,其子午和弧氏两正交平面内的物像变换方程,并给出相应的象散和场曲的定义式。最后,经分析和计算表明,物空间一束入射的园高斯光束,经过单折射球面变换后,由于光束的对称性被破坏,其结果在象空间一般形成一束出射的象散高斯光束。     

高斯光束特性实验研究

提出了2种在激光原理实验教学中,测量高斯光束特性参数、研究高斯光束变换规律的装置和方案。①利用刀口法直接测量氦氖激光器后方,不同位置高斯光束光斑半径,对测量数据进行最小二乘法拟合,可得束腰半径、束腰位置、远场发散角及衍射倍率因子;②利用刀口法测量高斯光束经辅助透镜变换后,辅助束腰两侧不同位置的光斑半径,对测量数据进行最小二乘法拟合与计算,可确定光束经透镜变换后,光束的束腰半径、束腰位置、衍射倍率因子及远场发散角,再利用高斯光束变换规律,可以获得光束经透镜变换前,高斯光束的束腰半径、束腰位置、衍射倍率因子及远场发散角。2方案测量结果基本符合,测量结果和谐振腔理论符合较好。     

高斯光束在含偏压双光子光伏光折变介质中的自偏转

通过数值模拟的方法,研究了外加电场双光子光伏光折变介质中高斯光束及其相互作用的自偏转特性。结果表明,对于给定的与外加电场的双光子光伏光折变晶体参量匹配的高斯光束,考虑扩散效应之后,匹配高斯光束将发生自偏转。随着外加电场的增加,高斯光束自偏转程度增加,当外加电场达到一定强度后,高斯光束自偏转程度随着外加电场的增加反而减小。高斯光束自偏转程度随着入射光强的变化关系与外加电场的情况相似。在扩散效应影响下,同相位的高斯光束相互作用不是原来融合,而是使它们趋于分离,且光束之间存在能量的耦合;反相位的高斯光束的相互作用不再是简单的相互排斥,在一定的条件下,两束孤子光束既互相排斥,又同时向同侧偏转。     

高斯光束教学实验仪

研制了测量高斯光束输出特性的实验教学仪。该仪器基本原理:利用刀口法测量高斯光束经凸透镜变换后,在凸透镜后方所形成的束腰两侧不同位置的光斑半径,然后对测量数据进行最小二乘法拟合与计算,可确定光束经凸透镜变换后的光束的束腰半径、束腰位置、衍射倍率因子及远场发散角;根据上述测量所得的光束经过凸透镜变换后的光束特性参数及高斯光束变换规律,可确定光束经凸透镜变换前的光束束腰半径和位置。     

基于MATLAB语言的He-Ne激光器基模高斯光束分布的实验数据处理

通过实验数据的采集、记录,利用MATLAB软件模拟出了He-Ne激光器基模高斯光束的二维光强分布,对基模高斯光束有一个更为直观的认识.通过研究比较在不同缝宽下基模高斯光束的相对光强分布,得到缝宽越宽,光强越强.根据实验数据的测量,还利用MATLAB计算出基模高斯光束的远场发散角.     

贝塞尔光束在湍流大气中传输的实验研究

高斯光束通过螺旋相位板和轴棱锥可获得高阶贝塞尔光束。在实验室模拟大气湍流并研究了贝塞尔光束在湍流大气中的传输特性。着重讨论了湍流扰动强弱及拓扑荷数变化对贝塞尔光束传输特性的影响。实验表明,湍流强弱及拓扑荷数变化都会影响贝塞尔光束的传输,大气湍流会降低贝塞尔光束的相干性。     

高斯光束照射下的单缝衍射

根据菲涅耳-基尔霍夫衍射理论,将高斯光束的高斯振幅分布近似用抛物线代替,推导出高斯光束照射下单缝衍射光场分布的近似解及其成立条件,并通过实验和数值仿真,讨论了衍射光场的基本特性．     

高斯光束通过多高斯光阑透镜ABCD分离光学系统的解析传输公式

根据Collins公式Sylvester定理,推导出了高斯光束通过多高斯光阑透镜近轴ABCD分离光学系统的解析传输公式.并以数值计算例对公式的应用加以说明.     

有光阑限制时平顶高斯光束的光束传输因子

采用广义二阶矩法,得到了有硬边光阑限制时平顶高斯光束光束传输因子M2G的解析表达式,并对该式进行了深入的讨论.     

光学谐振腔的特征光束

通过谐振腔的矩阵方程(本征方程)分析谐振腔内的光束特征,结果表明:腔内特征光束为点光束和高斯光束,根据腔内的特征光束把谐振腔分成点光束腔和高斯腔。这种分类方法,无论从分类条件还是从物理特性上都与稳定腔、非稳腔和临界腔的分类方法是一致的。谐振腔的特征光束是利用数学工具解决物理问题的典型例子,是对教材的有益补充。有助于拓展学生的思路,加深对谐振腔及高斯光束的理解。