柱坐标系中截断光束的广义M2因子

推导出截断圆对称光束二阶矩的传输方程,它们与无截断光束的二阶矩满足相似的传输定律.因此,基于广义截断二阶矩方法,将直角坐标系中截断二维光束的二阶矩特征参数推广到柱坐标系中的截断圆对称光束,类似方法定义的广义M2因子(M2G因子)是一个传输不变量.对理论的自洽性作了物理解释.推导出柱坐标系中截断超高斯光束的二阶矩参数和M2G因子.对一些有意义的特殊情况作了讨论,并以数值计算例作了说明.     

截断部分相干厄米-高斯光束的广义M2G因子

基于广义截断二阶矩法,推导出了截断部分相干厄米-高斯(H-G)光束的广义M²_G因子的解析表达式. 截断完全相干H-G光束、截断高斯谢尔模型(GSM)光束以及截断高斯光束可以做为本文结果的特例给出. 研究表明:截断部分相干H-G光束的广义M²_G因子与截断参数δ,模阶数m以及相干参数α有关. 当δ非常小时,M^{2关键词： 截断部分相干厄米高斯光束 M2_G因子')" href="#">广义M2_G因子 广义截断二阶矩法}     

截断平顶光束的广义M2因子和相干模分解

针对Li提出的平顶光束的新描述模型，分别采用广义二阶矩方法和矩形函数的复高斯函数展 开方法，推导出平顶光束通过硬边光阑的广义光束传输M²因子和模相关系数的解析表 达式.以此为基础，对截断平顶光束的模相关、模结构以及相干模分解进行了分析，建立了 截断平顶光束的相干模分解理论. 关键词： 截断平顶光束 2因子')" href="#">广义M²因子 模相关系数 相干模分解     

双曲余弦高斯列阵光束在湍流大气中的光束传输因子

本文推导出了双曲余弦高斯(ChG)列阵光束在湍流大气中的光束传输因子( M ^{2因子)的解析公式,并采用相对 M 2因子研究了湍流对 M 2因子的影响.研究表明,在湍流大气中 M 2因子不再是一个传输不变量,湍流使得 M 2因子增大.非相干合成情况下, M 2因子随着传输距离、光束参数、相对子光束间距和子光束数目的增大而增大.相干合成情况下, M 2因子随光束参数和相对子光束间距的增大呈现振荡上升.相干合成情况下的 M 2因子比 关键词： M2因子)')" href="#">光束传输因子(M2因子) 光束质量 双曲余弦高斯列阵光束 大气湍流}     

截断光束的广义M2因子

使用渐近分析法、广义截断二阶矩法和自收敛束宽法研究了旋转对称截断光束的广义M2因子，分析了这三种方法的物理联系以及如何惟一确定广义M2因子问题，并用数值计算结果做了说明. 关键词： 广义M2因子 渐近分析 广义截断二阶矩法 自收敛束宽     

截断部分相干厄米-高斯光束的广义M_G~2因子

基于广义截断二阶矩法,推导出了截断部分相干厄米-高斯（H-G）光束的广义M2G因子的解析表达式.截断完全相干H-G光束、截断高斯谢尔模型（GSM）光束以及截断高斯光束可以做为本文结果的特例给出.研究表明：截断部分相干H-G光束的广义M2G因子与截断参数δ,模阶数m以及相干参数α有关.当δ非常小时,M2G因子出现奇偶分群现象,即m为奇数的M2G因子互相非常接近,m为偶数的M2G因子互相非常接近,但当δ增大时这种现象逐渐消失.对于截断GSM光束,任意具有不同δ值的M2G因子随α变化的两曲线之间一定存在交叉现象.但是,对于截断部分相干H-G光束的M2G因子,则不一定会发生这种交叉现象.此外,m越大,M2G因子受参数δ的影响越大,可以忽略光阑效应的δ也越大.     

截断平顶光束的广义M2因子和相干模分解

针对Li提出的平顶光束的新描述模型,分别采用广义二阶矩方法和矩形函数的复高斯函数展开方法,推导出平顶光束通过硬边光阑的广义光束传输M2因子和模相关系数的解析表达式.以此为基础,对截断平顶光束的模相关、模结构以及相干模分解进行了分析,建立了截断平顶光束的相干模分解理论.     

环状平顶光束的传输特性研究

利用偏心高斯光束相干叠加方法，建立了柱坐标系下环状平顶光束模型.采用广义强度二阶矩定义，推导出环状光束广义M2因子的解析表达式.利用广义衍射积分理论，给出环状光束经过近轴ABCD光学系统的传输公式，并进一步给出了环状平顶光束修正的菲涅耳数定义.分析了环状平顶光束在自由空间的传输规律.研究结果表明，该模型可统一描述基模高斯光束、环状高斯光束以及环状平顶光束.环状平顶光束的广义M2因子和环状平顶光束的传输特性与其阶数及遮拦比有关.     

非傍轴矢量拉盖尔-高斯光束的二阶矩表示

基于Porras提出的光传输的非傍轴矢量矩理论，推导出初始圆偏振的非傍轴矢量拉盖尔-高斯(LG)光束的特征参数，包括束宽、远场发散角和M²因子等的公式，并表示为级数求和形式.非傍轴矢量高斯光束公式作为特例给出.研究表明，基于二阶矩定义的束宽按双曲线规律传输，当w₀/λ→0(w₀为束宽，λ为波长)时，远场发散角θ趋于90°，大于非傍轴标量理论预示的值63.435°.非傍轴矢量LG光束的M²因子不仅与模指数p有关，而且还与w₀/λ有关.最后，对非傍轴矢量LG光束和非傍轴标量LG光束的传输作了比较，结果表明在w₀/λ较小时，矢量效应对远场发散角的影响十分显著.对θ→90°引起的问题和非傍轴矢量矩理论的适用范围，以及解决问题的可能途径作了分析和讨论. 关键词： 非傍轴矢量拉盖尔-高斯光束 圆偏振 非傍轴矢量矩理论 光束参数     

像散椭圆高斯光束的M2因子矩阵的理论与实验研究

对像散椭圆高斯光束, 传统的M²因子测量采用M_x²和M_y²来描述光束质量. 当光束绕z轴旋转, M_x²和M_y²会随之变化, 单纯采用M_x²和M_y²来评价激光光束质量并不唯一. 为此采用了像散椭圆高斯光束的M²因子矩阵, 理论推导出了在同一坐标系下光场绕z轴旋转不同角度后的M²因子矩阵, 找出了光场旋转前后的M²因子矩阵元的不变量关系. 数值模拟、 实验测量得到M²因子矩阵主对角元随光斑旋转角度的变化轨迹曲线, 及反对角元随旋转角度的变化规律. 理论推导与实验结果相符. 结果表明, 像散椭圆高斯光束在主方向上时M_x²与M_y²之和最小; 在其他方向上的M_x², M_y²之和大于在主方向上的M_x², M_y²之和; 反对角元随旋转角度呈周期变化, 在主方向上为零. 关键词： M²因子矩阵')" href="#">M²因子矩阵 像散椭圆高斯光束 实验测量 矩阵光学     

Generalized beam propagation factor of hard-edged circular apertured diffracted Bessel–Gaussian beams

Based on the truncated second-order moments method on the cylindrical coordinate systems and the incomplete gamma function, an analytical expression of the generalized beam propagation factor (M_G² factor) of hard-edged circular apertured diffracted Bessel–Gaussian beams is derived and illustrated numerically. It is shown that the M_G² factor of hard-edged diffracted BGBs mainly depends on the truncation parameter δ and the beam parameters m and η. The results can be reduced to that for the non-truncated Bessel–Gaussian beams case and that for the truncated fundamental Gaussian beams case under certain conditions, respectively. The power fraction is also discussed analytically and numerically.     

Does the beam width affect the generalized M factor of hard-edged diffracted beams?

A detailed study of the generalized M² factor of hard-edged diffracted beams based on the truncated second-order moments method, asymptotic analysis and self-convergent beam width approach is performed. The dependence of the generalized M² factor on the parameters characterizing the spatial profile, and beam truncation, etc. is analyzed.     

The Beam Propagation Factor of Nonparaxial Truncated Flattened Gaussian Beams

By using the second-order moment of the power density, the beam width, far-field divergence angle and M² factor of nonparaxial truncated flattened Gaussian (FG) beams are derived analytically. It is shown that the M² factor of nonparaxial truncated FG beams depends not only on the truncation parameter δ and beam order N, but also on the initial waist-width to wavelength ratio w₀/λ. The far-field divergence angle approaches an asymptotic value of θ_max=63.435° when the truncation parameter δ → 0. For the special cases of N = 0 and δ → ∞ our results reduce to those of nonparaxial truncated Gaussian beams and nonparaxial untruncated FG beams, respectively.     

Propagation invariants of twisted Gaussian Schell-model beams

The second-order moments method is used to study the M² factor and intrinsic astigmatism of twisted Gaussian Schell-model (GSM) beams. It is shown that the M² factor of twisted GSM beams defined by the determinate of the 4×4 variance matrix is a propagation invariant and is independent of the beam twist, whereas the twist affects the intrinsic astigmatism of twisted GSM beams.     

截断光束的广义M2因子

使用渐近分析法、广义截断二阶矩法和自收敛束宽法研究了旋转对称截断光束的广义M2 因子 ,分析了这三种方法的物理联系以及如何惟一确定广义M2 因子问题 ,并用数值计算结果做了说明 .     

厄米-高斯光束的M2因子矩阵

提出了厄米-高斯光场的M²因子矩阵.引入束半宽平方的交叉项、M²因子的交叉项,理论推导出了在同一坐标系下光场旋转一定角度后的M²因子矩阵,数值模拟了与M²因子矩阵有关的各参数随光场旋转角度变化的规律,给出了光场的M²因子矢量点随光场旋转角度变化的轨迹曲线.计算结果与理论推导结果相符,证实了利用M²因子矩阵可以将旋转前后的二维厄米-高斯光场用旋转矩阵统一起来.该方法可推广到对一般的二维高阶高斯光束的光束质量的理论分析上,具有普适性,对光束质量的实际测量有重要的理论指导意义. 关键词： M²因子矩阵')" href="#">M²因子矩阵 厄米-高斯光束 非对称激光束 矩阵光学     

Propagation properties of partially coherent modified Bessel–Gauss beams

Starting from the propagation law of partially coherent light, the analytical propagation equations of partially coherent modified Bessel–Gauss beams (MBGBs) through a paraxial optical ABCD system are derived and illustrated with typical application examples. Furthermore, by using the intensity moments method and integral transformation technique, the important characteristic parameters, including the beam width, far-field divergence angle, M² factor and kurtosis parameter of partially coherent MBGBs, are expressed in a closed and simple form. As a result, some basic properties of MBGBs and the dependence of the M² factor and kurtosis parameter on the spectral degree of coherence and beam order are illustrated both analytically and numerically.     

Changes of propagation characteristic parameters for partially coherent Hermite-Gaussian beams in a turbulent atmosphere

Based on the extended Huygens-Fresnel principle and the definition of second-order moments of the Wigner distribution function (WDF), the analytical formulas for the root-mean-square (rms) spatial and angular widths and the M²-factor of partially coherent Hermite-Gaussian (PCHG) beams propagating through atmospheric turbulence are derived. The major factors affecting on the M²-factor are also discussed in detail. The results show that the rms spatial and angular widths and the M²-factor increase with the propagation distance and the strength of turbulence. However, the relative rms spatial and angular widths and the relative M²-factor of PCHG beams with a higher order, lower coherence and longer wavelength are less affected by the turbulence.