类贝塞尔脉冲光束传输中的空间诱导色散效应

利用空间诱导色散概念,从理论上研究了等束腰宽度的类贝塞尔脉冲光束在自由空间中传输性质.在一阶近似的情况下,类贝塞尔脉冲光束的空间和时间部分可以做分离变量,空间部分在传输过程中保持类贝塞尔光束传输的特性,而时间波形部分的传输遵循空间诱导色散理论.利用数值模拟方法模拟了 Bessel-Gauss 脉冲光束和elegant Laguerre-Gauss脉冲光束的传输.结果证实,只要传输距离小于类贝塞尔光束的无衍射距离,空间诱导群速度色散理论能够很好地描述类贝塞尔脉冲光束脉冲形状的演化过程.     

超短脉冲复宗量厄米高斯光束

从超短高斯脉冲光束出发,根据复宗量厄米函数的性质,用理论解析推导的方法,给出了一组新的超短脉冲光束的解析解,称为超短复宗量厄米高斯脉冲光束。此脉冲光束解的每个频率分量都是复宗量厄米高斯光束,时间脉冲的形状是任意的,具有相同的衍射距离参量,并且可以描述短于一个光学周期的超短脉冲。对这种超短脉冲光束及其在自由空间中的传输过程进行了较为细致的研究,分析了超短复宗量厄米高斯脉冲光束的轴上光强、光强的横向分布、等衍射性质、脉冲极性反转、脉冲延迟等基本性质。讨论了引入缓变包络近似后出现的时空奇异性。     

超短脉冲复宗量拉盖尔-高斯光束

从超短高斯脉冲光束出发。根据拉盖尔多项式的性质,用理论解析推导的方法。给出了一组新的超短脉冲光束的解析解,称为超短复宗量拉盖尔-高斯脉冲光束。此脉冲光束解的每个频率分量都是复宗量拉盖尔-高斯光束。时间脉冲的形状是任意的,具有相同的衍射距离参量,并且可以描述短于一个光学周期的超短脉冲。对这种超短脉冲光束及其在自由空间中的传输过程进行了较为细致的研究,分析了超短复宗量拉盖尔一高斯脉冲光束的轴上光强、光强的横向分布、衍射性质、脉冲极性反转、脉冲延迟等。讨论了引入缓变包络近似后出现的时空奇异性。     

自由空间中超短脉冲光束的非傍轴效应分析

在应用时间与空间傅里叶变换的基础上, 运用泰勒展开的方法, 得出了一种对多周期超短脉冲光束进行非傍轴修正的方法, 并将其应用于脉冲高斯光束．与数值结果的比较表明, 对于束宽在波长量级的脉冲光束, 二阶修正已经很接近非傍轴精确解, 并在例子中观察到：由于超短脉冲光束中时空耦合效应的存在, 脉冲的时间分布将会影响修正的空间分布．     

等衍射超短脉冲厄米高斯光束在自由空间中的传输及其时空耦合效应

从超短脉冲光束的傍轴传输方程出发,得出了描述任意脉冲形式驱动的等衍射超短脉冲厄米高斯光束在自由空间中的解析表达式. 并通过例子研究了超短脉冲厄米高斯光束的传输性质. 结果表明：在传输过程中,由于群速度的空间分布不均匀性,会导致超短脉冲光束的脉冲时间延迟,并进而导致了在脉冲不同位置处光束横向分布严重偏离了厄米高斯函数. 另外,在传输过程中,发现不同阶数的脉冲厄米高斯光束会发生不同次数的极化反转. 并用脉冲光束的群-相速度差对这一现象进行了解释. 关键词： 超短脉冲 厄米高斯光束     

超短脉冲径向偏振光束的解析解及时空耦合效应

从超短脉冲光束的傍轴传输方程出发,运用傅里叶变换和相关数学算符的对易性,得到了超短脉冲径向偏振光束的解析表达式,该解可适用于任意脉冲驱动的径向偏振光束.基于该解析表达式并结合具体例子,讨论了超短脉冲径向偏振光束在自由空间中的传输性质.结果表明,在传输过程中时空耦合主要体现在光束边沿的脉冲延迟.这一效应导致了脉冲不同时间位置处横向光强分布随传输的变化,以及脉冲前后沿关于束腰的不对称性.本文的方法同样适用于得到超短脉冲方位角偏振光束的解析解和传输性质.     

超短脉冲径向偏振光束的解析解及时空耦合效应

从超短脉冲光束的傍轴传输方程出发, 运用傅里叶变换和相关数学算符的对易性, 得到了超短脉冲径向偏振光束的解析表达式.该解可适用于任意脉冲驱动的径向偏振光束. 基于该解析表达式并结合具体例子,讨论了超短脉冲径向偏振光束在自由空间中的传输性质. 结果表明, 在传输过程中时空耦合主要体现在光束边沿的脉冲延迟. 这一效应导致了脉冲不同时间位置处横向光强分布随传输的变化, 以及脉冲前后沿关于束腰的不对称性. 本文的方法同样适用于得到超短脉冲方位角偏振光束的解析解和传输性质.     

超短脉冲复宗量辛格高斯光束

利用理论解析推导的方法，在傍轴近似条件下，给出了一组新的超短脉冲光束的解析解，称为超短脉冲复宗量辛格高斯光束.此脉冲光束解的每个频率分量都是复宗量高斯光束，时间脉冲的形状为辛格函数.对这种超短脉冲光束及其在自由空间中的传输过程进行了较为细致的研究，讨论了超短脉冲复宗量辛格高斯光束的轴上光强、光强的横向分布、脉冲极性反转、脉冲延迟等性质. 关键词： 脉冲光束 缓变包络近似 脉冲传输     

单周期以上超短脉冲光束在自由空间中的矢量非傍轴传输方法

在Lax等建立的微扰法的基础上，应用傅里叶变换的方法得到了一种用于自由空间中单周期以上（即脉冲长度在一个振荡周期以上）脉冲光束的矢量非傍轴修正方法.在频域，其横向分量的一阶修正等价于Fu等所得相应结果，而在时域内则比Fu等所得结果更有利于非傍轴解析解的得出.通过量级关系证明了矢量效应在对标量傍轴光束修正中的必要性.从例子中发现，由于时空耦合的存在，超短脉冲光束中的矢量非傍轴效应会被其时间分布所影响. 关键词： 矢量 非傍轴 超短脉冲光束     

矢量效应对超短脉冲光束非傍轴传输的影响

从严格的矢量非傍轴传输方程出发,并通过傅里叶变换及角谱分析的方法,分析了在超短脉冲光束中,矢量效应对其在自由空间中的非傍轴传输的影响。结果表明,矢量效直对脉冲光束的标量傍轴解的修正有着重要的影响,当对脉冲光束进行非傍轴传输处理时,必须考虑它的矢量特性。基于上述分析,得到了支配超短脉冲光束传输的矢量非傍轴方程的一个完整积分解。从这个积分解出发,通过对电场进行泰勒级数展开的方法,得到了一种相对简单的方法,通过这种方法,可以从脉冲光束的已知标量傍轴解来求出矢量非傍轴波动方程的相对精确解。     

A Formula of Propagating Beams Driven by Few-Cycle Gaussian Pulse in Dispersive Media

A formula is developed to describe the propagation of beams driven by few-cycle Gaussian pulse in a media with group velocity dispersion （GVD）. With the method, the spatiotemporal evolution of the pulsed beam can be straightforwardly quantified as long as the monochromatic beam solutions in free space, which have been widely investigated in previous works, are known. The method makes it possible to analytically deal with the few-cycle pulsed beams with transverse profiles other than the Gaussian one, which is, to our knowledge, the one mainly investigated previously, in GVD media.     

非球面系统中高斯光束传输的数值计算

高斯光束的理论公式从整体上描述了光束的传输特性,但并没有描述光束内每一光子的传播行为。基于高斯光束的单叶双曲面特性,建立了一个新的高斯光束光子传输模型。该模型将高斯光束视为由无数个共轴单叶双曲面构成的双曲线体,光子传播方向是在过该光子初始发射点的双曲面的两条直母线中等概率选择。基于该模型,通过计算大量光子经光学系统的传播轨迹可获得高斯光束的几何构形、光强分布、光子光程分布及其传播方向。对实际非球面光学系统的计算结果充分验证了该方法可全面、准确地模拟高斯光束的传输特性,且数值计算效率高。     

短脉冲高斯光束的时空形式

考虑到腔模光腰尺寸的频率依赖性，得到了一短脉冲高斯光束在自由空间传播的时域解析形式，发现其可由一复时间变量来描述，复时间变量的实部给出了脉冲的传输时间，其与波前曲率有关，虚部给出了空间量值，两者的交叉项称为时空耦合，并对傅里叶变换极限脉冲和啁啾脉冲的时空形式作了分析。     

The nonparaxial property of chirped pulsed beam

The nonparaxial property of the chirped pulsed beam is analyzed both quantitatively and qualitatively. Through the qualitative investigation of the paraxial approximation condition, we show there are chirp-induced changes in the nonparaxial propagation of the chirped pulsed beam. A quantitative nonparaxial correction was developed by use of the perturbational technic and the Fourier transform for a few-cycle chirped pulsed beam with relative small chirp parameter. It was shown that the nonparaxial corrections were enhanced near the leading or trailing edge of pulse depending on weather the chirp parameter is positive or negative. An example for pulsed Gaussian beam driven by a chirped Gaussian pulse is shown in the numerical result to confirm our analysis.     

高斯光束在受限空间滤波器中传输的快速分析

根据矩形函数可以展开为有限复高斯函数之和的方法,从柯林斯衍射积分公式出发,对高斯光束通过受限空间滤波器传输特性进行分析,得到了相应的近似解析式。利用Matlab对其解析式进行数值模拟,得出一组直观的结果。通过比较这些结果可以看出透镜的有限尺寸对光束传输的影响,以及空间滤波器的滤波小孔在传输中具有明显作用。     

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.     

Non-paraxial Elliptical Gaussian Beam

By using the methods of Hertz vector and angular spectrum transormation, the exact solution of non-paraxial elliptical Gaussion beam with general astigmatism based on Maxwell′s equations is obtained. We discussed its propagation characteristics. The results show that the orientation of the elliptical beam spot changes continuously as the beam propagates through isotropic media. Splitting or coupling of beam spots may occur for different initial spot size. This is very different from that of paraxial elliptical Gaussian beam.