拉盖尔-高斯光束傍轴度的变化

以拉盖尔-高斯(L-G)光束为例,详细研究了单色光束傍轴度的变化.结果表明,模指数、相对束腰宽度等光束参数的变化,通过近轴ABCD光学系统的传输,以及光阑衍射都会引起光束傍轴度的变化.但是,在自由空间中传输时,光束的傍轴度不变.对上述结果以数值计算例加以说明,并用光束傍轴度与远场发散角间的联系做了物理解释. 关键词： 傍轴度 远场发散角 拉盖尔-高斯光束     

矢量非傍轴离轴高斯光束的传输

基于矢量瑞利-索末菲衍射积分公式，得出了波动方程的一个解，它代表矢量非傍轴离轴高斯光束，其在自由空间的传输方程表示为解析的结果.矢量非傍轴离轴高斯光束的轴上和远场公式，矢量非傍轴高斯光束的传输方程，以及傍轴的结果都可作为一般表达式的特例而得出.研究表明，f参数对光束的非傍轴特性有重要影响，而离心参数也影响非傍轴行为.与共轴情况不同的是，对离轴情况，在y方向存在场的纵向分量. 关键词： 激光光学 矢量非傍轴离轴高斯光束 瑞利-索末菲衍射积分 f参数 离轴参数     

非傍轴矢量高斯光束的传输

运用非傍轴光束传输的矢量矩理论，对非傍轴矢量高斯光束的传输特性进行了系统的研究.结果表明，基于二阶矩定义的横向光束宽度在光束传播过程中满足简单的双曲线变化规律，并且给出了光束传输因子的解析表达式.就高度非傍轴情形，进一步给出了简洁的计算公式，在高斯光源线度趋向零的极限情形下，横向的最大发散角为90°.同时，还推广到了傍轴情形，得到了与原有傍轴公式稍有区别的结果，而且光束传输因子始终保持略大于1最后，对非傍轴矢量高斯光束和非傍轴标量高斯光束的传输进行了比较，结果显示对于线度在两个波长范围之内的高斯光源发散 关键词： 矢量高斯光束 光束传输 非傍轴 二阶矩     

几种描述光束傍轴性定义的比较研究

以平顶高斯光束为例,对光束傍轴度3种定义,即傍轴估计量、傍轴度和傍轴度修正式做了解析研究和计算分析。结果表明,当束腰宽度与波长之比很小时,三者存在显著差异,傍轴估计量会导致非物理结果。而对实际应用中感兴趣的束腰宽度与波长之比取中间值情况,傍轴度和傍轴度修正式得出类似的结果。因此,傍轴度和傍轴度修正值都可以用来描述光束的傍轴性。     

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.     

任意线偏振高斯光束的非傍轴传输

运用非傍轴光束传输的矢量矩理论，对任意线偏振高斯光束的非傍轴传输进行了系统的研究，给出了定量计算偏振对束腰、横向远场发散角和光束传输因子贡献的解析通式. 并对高度非傍轴和傍轴两种极端情形，简化了相应的计算式. 在高斯光源线度趋向于零的极限情形下，两个横向的最大发散角均为90°，与偏振态无关. 在高度非傍轴情形下，可以通过所给出的解析通式设计高斯光源的半宽度与激射光波长之比值以及线偏振态来达到所期望的光束传输特性. 对于傍轴情形，不同偏振对束腰和横向远场发散角稍有影响，但这种影响一般可以忽略不计；而光束传输因子却始终保持不变，与偏振态无关. 若介于这两种极端情形之间，则可以根据高斯光源的半宽度之值和所期望的计算精度，确定解析式中级数的项数进而确定任意线偏振高斯光束的非傍轴传输特性. 关键词： 高斯光束 非傍轴传输 偏振 二阶矩     

离轴高斯涡旋光束的深聚焦特性

基于德拜矢量衍射积分理论,对离轴高斯涡旋光束经过大数值孔径透镜后聚焦场的特性进行了研究,获得了离轴高斯涡旋光束深聚焦后复振幅分布函数,在此基础上对离轴高斯涡旋光束深聚焦场的光强和相位分别进行了分析.数值模拟结果表明:离轴距离的改变对高斯涡旋光束在焦平面上的光强分布和相位分布会产生影响,离轴距离的增加会加剧聚焦场光强在y轴方向上分布的差异,而离轴距离的符号决定了光强集中区域的方向.另一方面,与一阶离轴涡旋光束不同,高阶离轴涡旋光束经过深聚焦后会发生暗核分裂现象,出现多个相位奇点,奇点个数等于原始光束对应的拓扑荷数,且分裂后的奇点具有明显的对称性.研究表明,这种暗核分裂现象由大数值孔径透镜深聚焦引起.     

贝塞尔高斯光束在各向异性湍流中的传输特性

采用随机相位屏仿真方法模拟了各向异性大气湍流及贝塞尔高斯涡旋光束在其中的强度分布、在轴闪烁指数和抖动效应,分析了各向异性湍流参数和波源参数对涡旋光束传输质量的影响.结果表明,在各向异性大气湍流中,贝塞尔高斯涡旋光束的强度分布随传输距离的变化情况与离轴距离有关,仅一级圆环处强度值单调递减,其余次级圆环处强度值均呈现先增后降的趋势.在近距离处,贝塞尔高斯涡旋光束的在轴闪烁指数随波形参数的增大而减小,随光束宽度的增大呈现先上升后下降再上升的趋势,该现象与贝塞尔高斯光束的光斑尺寸大小相关;其抖动效应随波形参数、拓扑荷数量、波长和束腰半径的增大而减弱.但在远距离处贝塞尔高斯涡旋光束的闪烁效应和抖动效应随波形参数的影响与近距离处相反,这与贝塞尔高斯光束的展宽突然增大的现象一致.贝塞尔高斯涡旋光束在各向异性湍流大气中的抖动效应小于在各向同性湍流大气中的情况,并且在远距离处大于拉盖尔高斯涡旋光束的抖动效应.     

高斯涡旋光束的光束传输因子和峭度参数

基于强度二阶矩定义, 导出了高斯涡旋光束光束传输因子即M² 因子的解析表达式, 高斯涡旋光束的M² 因子唯一取决于拓扑电荷数n. 数值计算表明, 高斯涡旋光束的M² 因子随着拓扑电荷数n的增大而增大. 基于强度高阶矩, 还导出了高斯涡旋光束经傍轴ABCD光学系统传输时峭度参数的解析表达式, 高斯涡旋光束的峭度参数取决于拓扑电荷数n、参数δ、矩阵元A和矩阵元D. 在自由空间传输时, 高斯涡旋光束的峭度参数仅取决于拓扑电荷数n和参数δ. 自由空间传输时, 高斯涡旋光束峭度参数的变化规律为: 峭度参数随参数δ的增大先减小而后趋向于一最小值, 随拓扑电荷数n的增大而减小. 这一研究有助于高斯涡旋光束的实际应用.     

矢量非傍轴厄米-拉盖尔-高斯光束的光束质量

基于矢量Rayleigh-Sommerfeld衍射积分，推导出矢量非傍轴圆偏振厄米-拉盖尔-高斯(HLG)光束的远场解析表达式.矢量非傍轴圆偏振高斯光束可作为一般公式的特例给出.将桶中功率(PIB)概念推广到非傍轴范畴，用以描述矢量非傍轴光束的远场光束质量，其中光强用时间平均坡印廷矢量的z分量取代.数值计算和分析表明，矢量非傍轴HLG光束的PIB不仅与束腰宽度与波长之比w₀/λ有关，而且还与α参数，模指数n和m以及所取桶的尺寸有关. 关键词： 矢量非傍轴厄米-拉盖尔-高斯光束 矢量Rayleigh-Sommerfeld衍射积分 桶中功率     

Dependence of the degree of paraxiality on field correlations

A linearly polarized optical field can be obtained by filtering a stochastic field through an ideal linear polarizer. The produced field possesses a given degree of paraxiality that, as proved in the present Letter, can be affected by the correlations of the original stochastic field. An example with Gaussian beams is discussed in detail.     

Degree of paraxiality of a stochastic electromagnetic Gaussian Schell-model beam

The concept of the degree of paraxiality introduced recently for monochromatic fields is extended to the domain of stochastic electromagnetic fields. Analytical expression for the degree of paraxiality of a stochastic electromagnetic Gaussian Schell-model (EGSM) beam is derived. Numerical results show that the degree of paraxiality of an EGSM beam is determined by the degree of polarization, r.m.s. widths of the spectral densities and of the correlation functions of its source. Degree of paraxiality of an EGSM beam after passing through a linear polarizer is also analyzed. Our results show that one can modulate the degree of paraxiality of an EGSM beam by a linear polarizer.     

Study correlation vortices in the near-field of partially coherent vortex beams diffracted by an aperture

We have derived the analytical expression of the electric cross-spectral density in the near-field of partially coherent vortex beams diffracted by an aperture. Taking the Gaussian Schell-model vortex beam as a typical example of partially coherent vortex beams, the spatial correlation properties and correlation vortices in the near-field of partially coherent vortex beams diffracted by a rectangle aperture are studied. It is shown that the off-axis displacement, spatial degree of coherence parameter, propagation distance, and the opening factor of the aperture affect the spectral degree of coherence and positions of correlation vortices. With the optimization algorithm, we obtain the symmetric distributing coherent vortex.     

Propagation of Gaussian background vortex beams diffracted at a half-plane screen

Taking the Gaussian background vortex beam with topological charge +2 as a typical example, a closed-form expression for vortex Gaussian beams passing through a half-plane screen is derived and used to study the propagation dynamics of on-axis and off-axis vortex diffracted beams, and to compare with the case of the free-space propagation. It is shown that there may exist many phase singularities or no phase singularity of vortex diffracted Gaussian beams in the diffraction field. Number and position of phase singularities are dependent on the vortex position at the source plane and propagation distance. The creation, motion and annihilation of phase singularities in the diffraction field may appear by varying the vortex position and propagation distance.     

光阑对平面光波傍轴性的影响

 根据单色光傍轴度的定义,分别研究了圆形光阑和方形光阑对平面光波傍轴性的影响。推导出平面光波经圆形光阑和方形光阑衍射后其傍轴度的解析表达式。平面光波经圆形光阑或方形光阑衍射后,其傍轴性下降,傍轴度小于1,傍轴度下降量取决于光阑尺寸与入射平面光波波长的比值。数值计算结果表明：随光阑尺寸与入射平面光波波长的比值从零开始增大,平面衍射光波的傍轴度从零开始快速增大而后趋于一饱和值,但光阑的形状不影响平面衍射光波的傍轴性。     

超高斯涡旋光束在空间中的传输特性

研究了超高斯涡旋光束光强最大值、光斑半径以及环围能量半径等参数随传输距离和拓扑荷数的变化规律,并与高斯涡旋光束做了比较,结果表明:超高斯涡旋光束的光斑半径和环围能量半径随拓扑荷数及传输距离呈近似线性关系;对同一拓扑荷数和传输距离,高斯涡旋光束的能量较超高斯涡旋光束要发散;当拓扑荷数较大时,超高斯涡旋光束的光斑半径比高斯涡旋光束更大。针对光束质量研究了广义光束质量因子随传输距离和拓扑荷数的变化,结果表明传输距离足够远时,拓扑荷数较小的超高斯涡旋光束具有更好的光束质量。     

贝塞尔-高斯涡旋光束相干合成研究

基于相干合成技术,提出了对特定离散空间分布的高斯光束阵列加载离散涡旋相位生成二阶贝塞尔-高斯(Bessel-Gaussian,BG)涡旋光束的方案.利用干涉法、桶中功率和相关系数对合成BG涡旋光束的拓扑荷、光束质量进行了定量评价及参数优化.结果表明:基于相干合成技术能够产生特定的目标BG涡旋光束,阵列子光束紧密排布时合成BG光束的光束质量更高.该方法的提出对于其他涡旋光束的产生或者涡旋光束功率的提高具有一定的参考意义.