复数折射率介质中光束传输的Schro..dinger形式理论研究

将复数折射率介质的Helmholtz方程化为具有复数势能的Schredinger方程的形式,用进化算子的逆算子代替相应的共轭算子,定义了与实数折射率系统光束传输参数具有相似性质的力学量的复数平均值,证明复数光束质量因子守恒是复数ABCD定律成立的充要条件.利用推广的Heisenberg图象,从复数光束传输参数的进化方程得到了位置算子和动量算子的线性进化方程,进一步利用量子力学的表象和表示理论得到了一般复数ABCD系统的Huygens积分. 关键词： 复数折射率 Schrdinger方程 Heisenberg图象 ABCD定律     

复数折射率介质中光束传输的Schrodinger形式理论研究

将复数折射率介质的Helmholtz方程化为具有复数势能的Schredinger方程的形式,用进化算子的逆算子代替相应的共轭算子,定义了与实数折射率系统光束传输参数具有相似性质的力学量的复数平均值,证明复数光束质量因子守恒是复数ABCD定律成立的充要条件.利用推广的Heisenberg图象,从复数光束传输参数的进化方程得到了位置算子和动量算子的线性进化方程,进一步利用量子力学的表象和表示理论得到了一般复数ABCD系统的Huygens积分.     

有效ABCD系统的衍射积分

利用光束传输的薛定谔形式理论，将ABCD定律推广到有效质量因子守恒的系统，得到了束宽，曲率半径和发散角的进化方程，对于束宽对轴坐标的二阶微分为常数的有效ABCD系统，利用海森伯图像得到了坐标和动量的非线性进化关系，并利用简单的迭代方法得到了相应的衍射积分公式。     

艾里光束通过负折射率介质的传输特性

为了研究艾里光束(Airy beams)通过负折射率介质中的传输特性,利用ABCD矩阵光学理论推导出了Airy光束通过负折射率介质的传输解析表达式.利用该解析表达式得到了Airy光束通过负折射率介质的传输特性.计算结果表明,Airy光束通过负折射率介质后的自加速和光强都可以通过负折射率介质的工作频率调控.Airy光束通过负折射率介质的横向偏转系数随传输距离z的增大而加速偏转;同时当传输距离z相同而负折射率介质的工作频率不同时,偏转系数也不相同.Airy光束的强度和偏转度都可以通过负折射率介质的工作频率调控.结果显示可以利用负折射率介质的工作频率方便有效地调控Airy光束,研究结果在光学器件设计和医学科学中都有潜在的应用价值.     

梯度负折射率介质中高斯光束传输特性的研究

导出了高斯光束在梯度负折射率介质中的ABCD矩阵,据此得到光束在此介质中的传输模型.并利用此模型分析了高斯光束在梯度负折射率介质中的传输特性,发现它能产生空间孤子及呼吸子形式的传输,并发现光束的束腰半径不一定是最小束宽半径.还研究了梯度系数对介质聚焦能力的影响,据此可以设计出相应聚焦能力所需要的折射率分布.最后分析了传输时高斯光束曲率半径的变化情况,与光束束宽半径的变化显著不同,曲率半径始终从无穷大开始,然后产生一个个周期性的变换.     

激光谐振腔设计软件的算法研究与计算机实现

为使激光工作者可以方便地进行谐振腔诸如热透镜、容差等参量的优化分析与设计,研究了激光谐振腔设计软件的算法并在计算机上得到实现.使用ABCD矩阵方法分析激光光束的传输与变换.为使分析和设计更具有一般性和通用性便于计算机编程,考虑矩阵元素均为复数的情况,同时将光束质量因子M2和介质中的光束传输考虑在激光谐振腔模的传输变换当中,这样当矩阵元素虚部都为零,而M2=1和介质折射率为1时,就可以过渡到通常的基模高斯光束在空气中经实元件矩阵传输变换.并以此为基础使用VB在国内成功开发出具有稳定驻波腔、稳定行波腔、非稳驻波腔、非稳行波腔、相位共轭腔、光束传输变换等多种功能的可视化谐振腔软件.     

利用三种方法计算腔内插入透明介质对激光高斯光束聚焦的影响

利用高斯光束的ABCD定律、q参数定义及高斯光束的表征和介质传输矩阵三种方法,计算得出腔内插入折射率为η的透明介质,不改变高斯光束聚焦后的腰斑大小,只改变焦斑位置,且插入的透明介质相当于长度为D/η的真空.     

平顶光束K参数的解析传输方程

 从Li提出的平顶光束模型和Collins公式出发,推导出平顶光束通过近轴ABCD光学系统K参数的解析传输公式。平顶光束的K参数与光束阶数M、瑞利长度z_R和传输矩阵元A/B有关。另一方面,基于强度矩的传输方程,通过繁冗的积分,也推导出K参数的解析传输方程。大量数值计算结果证明二者所得结果相同。对平顶光束K参数的传输特性用数值计算例作了说明。     

一维光学格子孤子的传输特性及控制研究

利用解析和数值方法研究了在具有横向折射率周期性调制的克尔型非线性介质中光学格子孤子的传输，得到了孤子参数的演化方程以及格子孤子的形成和稳定传输的条件.结果表明：当光束的入射角小于某临界角度时，光束可被类似波导形式的路径俘获而稳定传输，该临界角随折射率调制周期、调制深度的增加而增大，且光束越窄临界值越大.此外，线性空间啁啾虽然对光束传输的中心位置没有任何影响，但会导致光束发散从而破坏格子孤子的形成和稳定传输，对此提出了采用特定功率取值来补偿啁啾作用从而形成格子孤子的方案. 关键词： 光孤子 光学格子 光传输 矩方法     

余弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性

 为了研究光束在梯度折射率介质中的传输规律,利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法,推导出余弦高斯光束在梯度折射率介质中传输的解析表达式,对余弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性进行了分析,并进一步讨论了介质梯度折射率系数和调制参数对传输特性的影响。结果表明,余弦高斯光束在梯度折射率介质中传输时,轴上光强分布呈现周期性变化,横向光强分布受梯度折射率系数和调制参数影响较大。余弦高斯光束传输时具有不稳定性,通过适当调节参数,可在空间某位置实现余弦高斯光束的整形。     

有限宽光束在生物组织中传输的蒙特卡罗方法

基于光在生物组织中的传输理论,研究有限宽光束在生物组织中的传输特性.利用入射光强与格林函数进行卷积计算,推导了有限宽光束在圆柱坐标系下的光传输过程,给出了有限宽光束的光传输方程.以高斯光源和平圆光源为例,进一步给出了两种光源的有限宽光束在生物组织中的光传输方程.介绍了Monte Carlo方法原理及模拟光在多层生物组织中的传输过程.给出了典型三层生物组织的散射系数、吸收系数和折射率等光学参数.利用Monte Carlo方法模拟了有限宽光束在三层生物组织中的传输特性,对比研究了高斯光源和平圆光源有限宽光束在三层生物组织传输时光学参数漫透射率、漫反射率和光能流率的变化规律.这些参数的变化规律可为光在生物组织传输的实际应用提供理论指导.     

高斯光束在对数型非线性介质中自诱导效应

从标量Helmholtz方程出发,推导了对数饱和非线性介质中光场满足的非线性Schr dinger方程(NLSE)。通过与梯度折射率下的光场满足的方程比较,发现高斯光束在对数型饱和非线性介质中可自诱导梯度折射率。利用数值计算,详细地讨论了自诱导梯度折射率对高斯光束传输特性的影响。发现高斯光束在其自诱导的梯度折射率的影响下,呈振荡形式的准稳定的传输。光束注入介质中的初始状态,直接影响着光束的振荡形式(先发散还是先聚焦)、振荡深度(幅度)、振荡周期。得到高斯光束形成孤子的条件,以及若使高斯光束在对数饱和非线性介质中保持小损耗、高稳定的传输,应该使光束在阈值(孤子条件)附近注入介质的结论。     

光束在缓变折射率介质中的传输

利用流体模型方法,建立了描写光束在缓变折射率介质中的传输方程.     

激光、激光技术 激光物理

TN241 2006031944复宗量双曲正弦高斯光束的传输特性=Propagation prop-erties of elegant sinh-Gaussian beams[刊,中]/王莉(西南交通大学应用物理系.四川,成都(610031)) ,孔瑞霞…∥光电工程.—2006 ,33(2) .—45-49对复宗量双曲正弦高斯(EshG)光束的一些基本特性进行了研究。由Collins公式出发推导出了光束通过近轴ABCD光学系统传输的场分布函数,根据二阶矩的定义和光束在近轴ABCD光学系统中的传输公式推导出了光束通过近轴ABCD光学系统光斑尺寸的解析表达式。得到了复宗量双曲正弦高斯光束在自由空间传输时束腰宽度和位置的解析…     

双偏心椭圆高斯光束在一阶ABCD光学系统中的传输特性

通过求解时谐条件下的亥姆霍兹方程,得到一个特解双偏心椭圆高斯光束,该光束由两个偏心椭圆高斯光束叠加而形成的,可用于描述大功率激光二极管远场分布双峰特性.分析了该光束的光场模型,运用惠更斯-菲涅尔广义积分公式,得到了该光束在一阶ABCD光学系统中的传输场分布和解析表达式,在此理论基础上,数值计算得到光场分布和远场发散角,并运用该光束模型模拟了新型激光二极管光场分布,理论结果与实际结果吻合.     

梯度折射率介质中高斯光束的非线性传输特性

 利用无像差自聚焦理论研究了梯度折射率非线性Kerr介质中高斯光束的传输特性,得到了高斯光束光斑半径和波面曲率半径的表达式。解析结果清楚地表明了衍射、自聚焦以及梯度折射率效应之间的竞争对高斯光束传输行为的影响。梯度折射率效应使光束自聚焦的距离缩短。     

相位翻转厄米-高斯光束的传输特性

将相位翻转高斯光束的概念推广到相位翻转高阶模光束.以相位翻转厄米-高斯光束为例,推导出相位翻转高斯光束通过近轴理想(无光阑)ABCD光学系统,以及带刀口和光阑的ABCD光学系统传输的递推方程,并用以研究相位翻转高斯光束的传输特性.特别是,得出对TEM1、TEM2和TEM3模相位翻转高斯光束,光阑效应可以忽略的条件分别是截断参量δ≥2.1,2.5和 3.0.     

部分相干平顶光束在梯度折射率介质中的传输特性

利用广义惠更斯-菲涅尔衍射积分方法,推导出部分相干平顶光束在梯度折射率介质中传输的交叉谱密度函数解析表达式,对部分相干平顶光束在梯度折射率介质中的传输特性进行了分析,并进一步讨论了介质梯度折射率系数、光束阶数以及光束相干性对传输特性的影响.结果表明,部分相干平顶光束在梯度折射率介质中传输时的轴上光强分布呈现周期性变化了,且周期由梯度折射率系数决定,而与光束相干性无关.光束阶数越高、相干性越好、介质梯度折射率系数越大,则在介质中的轴上峰值光强越大.并且,在光强峰值位置附近的光强分布随传输距离的变化非常剧烈.     

带圆锥透镜的非稳贝塞尔光学谐振腔

研究了由圆锥透镜和凸面镜组成的非稳贝塞尔光学谐振腔. 利用几何光学原理,讨论了非稳贝塞尔谐振腔中光线传输的ABCD矩阵和腔内光线实现自再现的条件.从波动光学角度出发,利用惠更斯-菲涅尔衍射积分方程导出了谐振腔两镜面处光场的迭代方程,并通过数值模拟得到了凸面镜曲率半径不同时零阶贝塞尔光束在输出镜面上的光强分布.     

含时量子系统传播子的ABCD形式

将含时量子系统状态的演化看成物质波波束沿时间轴的传输,引入束宽、发散角、曲率半径、品质因子和束熵表征波束的传输.发现品质因子守恒的量子系统,其动量算子和位置算子呈线性演化,传播子可以表达成ABCD的形式,最小波包(品质因子为1)的形式不随时间改变.讨论了对常数势能系统和谐振子系统的应用 关键词： 物质波束 光束 谐振子