截断非傍轴标量高斯光束的传输特性

基于精确光强定义下非傍轴标量光束的二阶矩理论,计算了不同束腰及光阑孔径条件下截断非傍轴标量高斯光束的束腰半径、远场发散角以及质量因子等光束传输特性,并将截断非傍轴标量高斯光束与自由高斯光束和平面波圆孔衍射光束进行了比较.数值计算表明截断参量的不同对截断高斯光束的传输特性影响很大.当R2ω0时,截断高斯光束与高斯光束在自由空间传输特性趋于一致,因此在精确光强定义下,对于非傍轴标量光束来说,当光阑孔径大于2倍束腰时,可以不考虑光阑对高斯光束的衍射作用.当R0.3ω0时,截断高斯光束传输特性趋于平面波通过圆孔的衍射曲线.因此,在这种情况下,可以将高斯光束作为平面波处理.只有当光阑孔径介于0.3倍束腰和2倍束腰之间时,需要同时考虑光阑孔径和高斯束腰对衍射的影响.     

拟合法测量高斯光束的束腰半径

从高斯光束的横向光强分布特性出发,建立了小孔光阑透过功率与孔径的关系式.采用2种不同拟合方法对高斯光束的束腰半径进行了测量.为减小激光器功率不稳定带来的不利影响,实验中采用双光路进行测量.结果表明,用拟合法测量高斯光束的束腰半径不仅合理,而且可行.     

一种同时测量高斯光束束腰位置和半径的新方法

从高斯光束的横向光强分布特性出发,建立了小孔光阑透过光功率与高斯光束束腰位置、束腰半径、光阑孔径和光阑位置间的关系式。用氦氖激光器、凸透镜、小孔光阑和硅光电池等搭建了一套简单测量装置,利用此装置对同一小孔光阑在高斯光束传播方向上不同位置时的透过光功率进行了测量。用所得的理论公式对实验数据进行拟合,通过拟合出的参数可同时测得高斯光束的束腰位置和半径。测量结果表明,该方法不仅合理、可行,而且具有装置简单、操作方便等优点。     

拉盖尔高斯径向偏振光高数值孔径聚焦特性

光波在高数值孔径聚焦下焦点区域光强分布呈现出的特殊性质已经被应用到光学显微成像、微粒控制、光存储等领域中.本文基于矢量Deby衍射理论研究了TM01模拉盖尔高斯径向偏振光经高数值孔径聚焦下焦点区域光强分布.通过调节入瞳半径与光束束腰之比,发现拉盖尔高斯径向偏振光光斑由明亮尺寸小光斑变化成环形中空光斑,并且通过光瞳滤波器...     

高斯光束圆孔衍射光强分布的解析解

本文从菲涅尔-基尔霍夫衍射公式出发,结合贝塞耳函数等特殊函数的性质,计算了正入射高斯光束圆孔衍射的光强分布,并以洛默尔函数的形式表示了焦点附近的光强分布.之后选取了几何焦平面、光轴以及几何阴影区域边界这三个特殊区域,理论结合数值方法给出了光强分布的解析表达式以及数值结果,并发现高斯光束束腰半径越小,艾里斑半径越大,同时焦深也越大.最后计算了焦平面上的光强积分强度,结果表明束腰半径越小,光强就越向中心集中.同时高斯光束相较于平面波的衍射,不会改变光强分布的整体轮廓,但会使得光强向焦点处集中.     

初级球差对矢量柱状贝塞耳-高斯光束聚焦场的影响

通过柱坐标下的的分析方法,获得径向偏振和方位角偏振贝塞耳-高斯光束经具有球差的高数值孔径系统聚焦后的三维光场分布函数,根据光场分布函数模拟了不同球差系数下贝塞耳-高斯光束在焦平面和通过焦点的纵向切面上的光场分布.结果表明,在球差系数增加时,方位角偏振贝塞耳-高斯光束在焦平面上的圆环状光斑内半径逐渐变小到趋于恒定,而外环半径先减小后增大;而衍射焦点偏离高斯焦点的距离越来越大,纵向光强不再对衍射焦平面呈对称分布,调整离焦距离无法完全消除球差的影响;径向偏振贝塞耳-高斯光束会聚场的光强随初级球差的变化规律与方位角偏振贝塞耳-高斯光束的一致.     

高斯光束照射下的Vander Lugt相关器的特性研究

针对特定目标图像,定量分析了在Vander Lugt相关器中照明光束为高斯光束时输出相关峰值随高斯光束特性参量的变化情况。结果表明,输出相关峰值随高斯光束腰斑半径的减小和输入场景中目标位置偏离高斯光束中心距离的增加而减小。为了得到高的输出相关峰值,由扩束准直光学系统输出的高斯光束腰斑半径应满足一定的要求。     

光束质量与光束质量因子

应用标量光场光强的传统定义 ,推导了具有轴对称性的傍轴标量光束的光强二阶矩的传输规律。在此基础上 ,给出了光束的束腰半径、远场发散角及光束质量因子M2 ,并证明了光束质量因子M2 1。应用标量光场光强的精确定义 ,计算了非傍轴标量高斯光束的质量因子 ,结果表明 :当ω0 λ时 ,光束质量因子M2 可以小于 1,并随光束的束腰半径趋于零而趋向于零 ;ω0 >λ时 ,高斯光束的质量因子M2 非常接近于 1,且随光束束腰半径的增大迅速趋向于 1。此外 ,文章还对一些相关的问题进行了讨论。     

用于实验教学的激光高斯光束参数测量系统

组建了一套激光高斯光束判断和参数测量系统,分别在近场和远场进行多点测量,再进行双曲线拟合,即可得到光束的束腰及其位置、瑞利尺寸、发散角和光束质量因子.     

球面折射系统对高斯光束的变换和传输模拟

为研究高斯光束在厚透镜中的传输特性,由几何光学处理傍轴光线的方法,理论上推导了高斯光束的物像束腰位置以及物像束腰半径间的关系,并由高斯光束传输光线就是单叶双曲面直母线的假设,光线追迹模拟了高斯光束在透镜系统的传输过程.模拟结果表明,当物高斯光束束腰位置与透镜系统物方焦点的距离远大于高斯光束的共焦参数时,用几何光学傍轴光线方法所得到的高斯光束束腰位置和半径的理论结果与光线追迹得到的高斯光束束腰位置和半径模拟结果一致,否则,光线追迹模拟结果不正确.     

Focusing property of a double-ring-shaped radially polarized beam

The intensity distributions of a tightly focused radially polarized beam that has a double-ring-shaped transverse mode pattern were calculated based on vector diffraction theory. The distribution of the longitudinal component near the focus varied drastically with the degree of truncation of the incident beam by a pupil. When the ratio of the pupil radius to the beam radius was approximately 1.3, the longitudinal component disappeared at the focal point, owing to destructive interference. This dark area surrounded by an intense light field was of the order of the wavelength, with excellent intensity symmetry.     

InP/InGaAsP多量子阱自发辐射谱的解析函数

利用洛伦兹线型函数、高斯线型函数和Sech线型函数对InP/InGaAsP多量子阱自发辐射谱进行拟合,采用莱文贝格-马夸特算法,得到上述三种函数的解析表达式.研究结果表明:高斯线型光谱拟合函数的中心波长为1548.651nm,谱线半极大全宽度为61.42 nm,功率补偿为0.00212 mW,拟合优度为0.99191,残差平方和为2.26505×10~(-6).高斯线型拟合的拟合优度最大,残差平方和最小,且各数据点的残差值分布在±0.0001之间,分布比较均匀.高斯线型函数具有较高拟合度.     

牙齿龋齿损伤可见-近红外光谱偏振检测研究

针对不同龋齿损伤程度有效表征问题,探究一种光谱偏振无损低耗的检测方法,作为对常规检测方法如化学分析法、表面轮廓测定法、显微放射照相术的有益补充。牙齿龋齿损伤由脱矿溶解牙釉质与牙本质的钙与磷酸盐造成,牙齿组织表面微观结构发生了不同程度的变化,结构的变化导致其对光波散射特性与相位改变呈现不同程度的差异。基于偏振光谱对观测样本表面微观结构敏感的特征,不同龋齿损伤样本其表面微观结构变化与偏振信息强烈关联,提出一种光谱偏振有效表征牙齿龋齿损伤度的方法。分别选取450,550,670和860 nm四个不同观测光谱研究波段,选择六个不同龋坏程度的实验样本,选取偏振度参量描述不同牙齿样本的光谱偏振特性。实验结果表明,同一观测光谱波段随着牙齿龋坏程度的加深其偏振度表征参量呈现增加趋势,同时,对于同一观测样本450 nm光谱波段的偏振特性强于其他波段,呈现观测光谱波段与其偏振特性负相关关系。为进一步定量刻画偏振光谱与牙齿龋坏损伤等级的表征关系,构建光谱偏振特征参量与不同损伤等级牙齿样本的指数关联数学模型,通过数学模型解译其内在耦合关联。为有效验证构建模型的稳健性,对模型仿真预测结果与实测数据进行定量化验证,选取和方差（SSE）、模型确定系数（R-square）、均方根（RMSE）等评价因子对构建的模型进行定量评判。结果表明,四个不同光谱波段的模型确定系数均接近于1,和方差与均方根数值均较小,且450nm观测光谱波段接近于0,定量评价结果验证了构建模型的稳健性与有效性,构建模型可有效解译不同龋齿样本与光谱偏振特征的耦合关联。该研究内容有效扩展了牙齿龋齿检测方式,揭示了光谱偏振可有效表征龋齿损伤,发展了一种无损低耗的新型偏振光谱检测技术手段。     

多类目标样片激光散射特性研究

 对战场上几种常见目标的激光散射特性进行了实验研究,通过实验测量,得出6种类型目标平面样片的大量数据。在此基础上,应用两种BRDF经验模型,采用遗传算法对BRDF模型中的未知参数进行了优化求解,并使用SSE和R-square评价指标参数对各经验模型的适应性进行了评估。最后得出：基于Torrance-Sparrow模型的五参数半经验统计模型适应性最强,它对6种类型目标平面样片的实验数据均能很好地拟合。     

Modeling of astigmatic-elliptical beam shaping during fs-laser waveguide writing including beam truncation and diffraction effects

In this work, we report a model for accurately calculating the focal volumes corresponding to astigmatic elliptical beams used in fs-laser waveguide writing. The model is based on the use of the ABCD matrix formalism for the propagation of a Gaussian beam. The code includes the effects of propagation on the astigmatic elliptical beam, and the effects of beam truncation and diffraction at the entrance pupil of the focusing objective due to beam clipping when overfilling the pupil. The results predict that for a given astigmatism value and propagation distance it is possible to efficiently suppress the astigmatic focus closer to the surface. This explains previous experimental results where single structure waveguides with controllable aspect-ratio were fabricated using astigmatic-elliptical beams. Furthermore, we investigate the respective roles of astigmatism and beam propagation, as well as the strong impact of truncation and diffraction effects caused by clipping the beam at the pupil of the focusing optics. Finally, based on the results from our model, we present some practical considerations in terms of beam propagation and phase wrapping constraints.     

离子束溅射制备GdF_3光学薄膜沉积速率分布特性

本文采用离子束溅射方法制备GdF_3薄膜,并研究其沉积速率分布特征。首先,采用膜厚仪测量得出GdF_3薄膜在行星盘平面的二维沉积速率分布图,通过拟合模型得到二维沉积速率分布公式。其次,分析了束流束压及靶材角度对沉积速率分布特征的影响。最后,以二维沉积速率分布公式为基础,通过计算机编程设计均匀性挡板,并进行膜厚均匀性实验验证。结果表明,沉积速率在水平方向上满足ECS函数分布,在竖直方向上满足标准Gauss分布,拟合公式残差为2.05×10~(-6)。改变离子源的束流和束压,沉积速率分布特征保持不变。而随着靶材角度的增大,Gauss分布的半峰宽值ω逐渐增大,峰值位置x_c逐渐增大,在θ=292°时,GdF_3薄膜的沉积速率最大。通过挡板修调实验,可将270 mm口径平面元件的膜厚均匀性调整为97.9%。     

Zernike模式像差共轭组合模型

根据Zernike模式在单位圆的同心孔径圆域内某些模式间具有一定耦合性的结论及对应Zernike模式像差在一定同心光瞳区域内的相互抵消特性,对具有相同角频率不同阶数的Zernike模式建立组合模型,同时根据同心光瞳区域内像差均方根值的降幅比参数给出了同心光瞳直径为4mm时的Zernike模式线性共轭组合模型。最后通过共轭组合模型对光学质量影响的研究发现,共轭模型组合之后能显著提高光学质量。同时也表明Zernike模式组合对光学质量的影响不具备叠加性,而对共轭组合模型表现为补偿关系。     

Propagation factor of a truncated partially coherent flat-topped beam in turbulent atmosphere

Analytical expression for the propagation factor of a truncated partially coherent flat-topped (FT) beam in turbulent atmosphere is derived based on the extended Huygens-Fresnel integral and the second-order moments of the Wigner distribution function. Numerical results show that the radius of the aperture (i.e., truncation parameter) has strong influence on the evolution properties of the propagation factor of a truncated partially coherent FT beam, and the advantage of a truncated partially coherent FT beam over a truncated Gaussian Schell-model (GSM) beam or a truncated coherent FT beam for overcoming the turbulence-induced degradation disappears gradually with the decrease of the radius of the aperture.     

基于液晶空间光调制器的激光束整形

采用相位混合算法(PMA)与平滑修正法相结合的混合算法,对激光发出的高斯光束进行整形,得到了均方误差和顶部不均匀度均明显降低的等光强分布。利用液晶空间光调制器(LCSLM)的相位调制特性,实现了对高斯光束的光束整形,获得了光强均匀分布的圆光束和矩形光束输出。得到的输出光束顶部不均匀度和均方误差都低于5%,能量集中度在90%以上。表明此方法是一种实时、可控和高效的激光束整形方法。     

强非局域空间光孤子在铅玻璃材料中的传输特性

本文研究了矩形和圆形截面铅玻璃介质中强非局域空间光孤子的传输特性.基于镜像法,光束在铅玻璃中的传输被分成独立的两个过程,即孤子的形成和孤子的整体偏转.孤子的形成不依赖于边界,它来源于入射源光束本身形成的折射率分布的作用,所以形成孤子的临界功率只与材料的性质和入射光束束宽有关.孤子的整体偏转在本质上来源于边界的作用,其偏转力在数值上等同于所有镜像光束与源光束之间的作用力.截面圆形和截面矩形的边界分别"镜像"出一个和无穷多个镜像光束,进而导致不同边界条件下孤子不同的偏转轨迹.文中解析求得的孤子的临界功率以及两 关键词： 空间光孤子 强非局域 镜像法 铅玻璃