分数傅里叶变换面上余弦-高斯光束的变换特性

 利用Wigner分布函数的方法，研究了余弦-高斯光束的分数傅里叶变换特性。导出了余弦-高斯光束在分数傅里叶变换面上光强分布和束宽的解析计算公式，并对此进行了数值模拟计算。研究表明：分数傅里叶变换阶数对余弦-高斯光束的光强分布有明显影响，余弦-高斯光束的轴上光强随分数傅里叶变换阶数呈周期性变化，束宽随分数傅里叶变换阶数也呈周期性变化，周期为2；对给定调制参数的余弦-高斯光束，通过适当选取分数傅里叶变化阶数可以获得平顶的光强分布。     

光束分数傅里叶变换的Wigner分布函数分析方法

利用Wigner分布函数(WDF)方法，对光束的分数傅里叶变换特性进行了研究.以厄米 高斯(H G)光束为例，导出了H G光束在分数傅里叶变换面上光强分布的解析公式和H G光束在分数傅里叶变换面上束宽的解析计算公式.通过数值计算研究了H G光束光强随分数傅里叶变换阶数变化的规律.研究表明：选取适当的分数傅里叶变换阶数p，在x，y方向可以得到相等束宽的对称光强分布. 关键词： Wigner分布函数 厄米 高斯(H G)光束 分数傅里叶变换     

椭圆高斯光束在强非局域非线性介质中的传输特性

研究了傍轴椭圆高斯光束在强非局域非线性介质中的传输特性，得到了其各参量的演化方程 及其精确解析解.通过对束宽演化方程及其精确解析解的进一步分析，发现傍轴椭圆高斯光 束在强非局域非线性介质中传输时，两横向方向束宽作周期性变化.不管初始功率为多大， 光束都将周期性的由椭圆高斯光束演化为圆对称高斯光束，再由圆对称高斯光束演化为椭圆 高斯光束；并且在演化的过程中，椭圆的半长轴和半短轴会作周期性交替变化.另外，在一 定初始功率下，傍轴椭圆高斯光束可以保持某一横向方向的束宽不变，得到光孤子. 关键词： 强非局域非线性介质 非局域非线性薛定谔方程 椭圆高斯光束 参量演化方程 空间孤子     

像散正弦-高斯光束的分数傅里叶变换与椭圆空心光束产生

基于分数傅里叶变换(FrFT)关系,推导了像散正弦-高斯光束场分布的解析表达式,利用所得结果和数值方法研究了像散正弦-高斯光束在FrFT平面上的光强分布与位相特性.理论和数值分析结果都表明:像散的存在使得正弦-高斯光束在FrFT过程中从初始输入具有边缘位错的多斑花样转换为具有涡旋的暗空心椭圆花样,且其拓扑荷指数为一,而在这种转换中像散起着关键控制作用.此外,适当选择光束参数与FrFT系统结构参数,暗空心椭圆花样的长轴可以是短轴的百余倍,因此利用这一方案可获得相当细长的暗空心椭圆光束.     

一种新空心光束的理论及实验研究

提出了一种用来描述空心光束的新理论模型——空心高斯光束模型，通过控制光束参数可以方便地调制空心光束黑斑的大小.导出了空心高斯光束经傍轴光学系统的解析传输变换公式.利用导出的公式计算分析了空心高斯光束在自由空间的传输特性.在实验上利用矩阵本征值方法设计了能输出空心高斯光束的光学谐振腔，对实验上得到的空心高斯光束进行了传输特性的研究.结果表明，理论和实验相吻合.该空心高斯光束产生的光势阱为控制冷原子提供了一条新途径. 关键词： 空心高斯光束 光学谐振腔 传输特性     

用Wigner分布函数方法研究平顶多高斯光束的分数傅里叶变换

本文用Wigner分布函数方法分析了平顶多高斯光束的分数傅里叶变换。导出了分数傅里叶变换面上光的强度、束宽、远场发散角、M2因子和K参数的解析表达式。通过数值模拟研究了分数傅里叶变换阶数对平顶多高斯光束传输性质的影响。     

基于柱坐标系下的空心高斯光束的分数傅里叶变换

推导出分数傅里叶变换基于柱坐标系下的解析表达式,应用此解析表达式对空心高斯光束进行分析,得到其分数傅里叶变换的解析表达式。讨论其在分数傅里叶变换平面的光强分布与各种光束参数之间的变换关系,并进行数值计算,从而得出基于柱坐标系下的空心高斯光束的分数傅里叶变换的传输性质。所得结果为分析和计算这种光束的分数傅里叶变换提供了方便,同时对此类光束的传输控制提供了基础理论支持。     

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。     

分数傅里叶变换全息图及其再现像的解析性

将分数傅里叶变换用于全息图制作,针对各种记录方式,全面研究了分数傅里叶变换全息图无透镜再现像的共轭关系和放大率关系,确切完整地给出了分数傅里叶全息术傍轴几何光学理论的数学表达和物理解释.计算机模拟实验证明了结论的可靠与可行.     

余弦高斯光束通过含球差分数傅里叶变换系统的传输

实际应用中球差作为一种普遍存在的像差,对光束在光学系统中的传输具有较大影响。为了研究球差对光束通过分数傅里叶变换系统后所产生的影响,基于柯林斯公式,推导出余弦高斯光束在有球差和无球差的分数傅里叶变换系统中的场分布,并以LohmannⅠ型系统为例,进行数值模拟计算,研究了余弦高斯光束通过有球差和无球差的分数傅里叶变换系统后输出面的横向光强分布规律以及不同变换阶数和不同调制参数下轴上光强大小与球差系数的关系。结果表明,在分数傅里叶变换系统中,透镜球差对输出面横向光强分布有较大影响,并且正球差和负球差对横向光强的影响效果有明显区别。不同变换阶数和不同调制参数下透镜球差对轴上光强的作用效果不同。     

Fractional Fourier transform of Lorentz beams

This paper introduces Lorentz beams to describe certain laser sources that produce highly divergent fields. The fractional Fourier transform (FRFT) is applied to treat the propagation of Lorentz beams. Based on the definition of convolution and the convolution theorem of the Fourier transform, an analytical expression for a Lorentz beam passing through a FRFT system has been derived. By using the derived formula, the properties of a Lorentz beam in the FRFT plane are illustrated numerically.     

The representation of waist-to-waist transformation of Gaussian beams by the scaled fractional Fourier transform

The beam waist-to-waist transformation of Gaussian beams between input and output reference planes described by the scaled fractional Fourier transform is analyzed in this paper. We obtain the transfer matrix of ABCD optical system that corresponds to the scaled fractional Fourier transform. The results show that the beam waist-to-waist transformation of Gaussian beams can be described by the scaled fractional Fourier transform when the ABCD optical system has a suitable transfer matrix. The relationship between the input and output waist planes and some particular cases when a Gaussian beam passes through a thin lens is also discussed.     

1维线阵离轴高斯光束的分数傅里叶变换

 为研究非相干的1维线阵离轴高斯光束通过分数傅里叶变换(FRFT)系统的传输特性,利用Collins积分公式,导出了其在FRFT面上的光强分布解析式,并利用此解析式作数值计算和分析。研究表明：非相干的1维线阵离轴高斯光束在FRFT面上的光强分布由FRFT的阶数和子光束数目共同决定,其归一化的光强分布随FRFT的阶数周期性变化,周期为2;子光束数目的大小及其奇偶性对归一化光强分布的影响取决于FRFT的阶数;轴上归一化光强分布也随FRFT的阶数周期性变化,变化周期也为2。     

Generation of dark hollow beam by use of phase-only filtering

A simple but effective scheme to generate dark hollow beams is proposed by use of phase-only filtering and optical Fourier transform. A Gaussian beam of fundamental mode is modulated by a pre-designed phase mask, which is a piecewise modification of an axicon lens, and followed by a Fourier transform to generate an ideal dark hollow beam at the focal plane. This method has an advantage that the total energy of the beam is conserved under paraxial approximation. Numerical calculations are provided to show the validity of the proposed scheme.     

Fractional Fourier transform for partially coherent beam in spatial-frequency domain

By using Fourier transform and the tensor analysis method, the fractional Fourier transform (FRT) in the spatial-frequency domain for partially coherent beams is derived. Based on the FRT in the spatial-frequency domain, an analytical transform formula is derived for a partially coherent twisted anisotropic Gaussian－Schell model (GSM) beam passing through the FRT system. The connections between the FRT formula and the generalized diffraction integral formulae for partially coherent beams through an aligned optical system and a misaligned optical system in the spatial-frequency domain are discussed, separately. By using the derived formula, the intensity distribution of partially coherent twisted anisotropic GSM beams in the FRT plane are studied in detail. The formula derived provide a convenient tool for analysing and calculating the FRTs of the partially coherent beams in spatial-frequency domain.     

Automatic Fourier transform and self-Fourier beams due to parabolic potential

We investigate the propagation of light beams including Hermite–Gauss, Bessel–Gauss and finite energy Airy beams in a linear medium with parabolic potential. Expectedly, the beams undergo oscillation during propagation, but quite unexpectedly they also perform automatic Fourier transform, that is, periodic change from the beam to its Fourier transform and back. In addition to oscillation, the finite-energy Airy beams exhibit periodic inversion during propagation. The oscillating period of parity-asymmetric beams is twice that of the parity-symmetric beams. Based on the propagation in parabolic potential, we introduce a class of optically-interesting beams that are self-Fourier beams—that is, the beams whose Fourier transforms are the beams themselves.     

被动方式产生近似无衍射贝塞尔光技术

无衍射光束具有中心光斑小且不随传播距离变化、自再现、产生局域空心光等特点,由于这些特殊的光束特性而在许多领域,如计量学,经典光学,非线性光学和生命科学等领域中得到广泛的应用。无衍射光束的产生与变换是目前的一个研究热点。通过衍射理论、干涉理论和几何光学方法可对无衍射光进行描述。实现无衍射贝塞尔光束的方法可分为主动式和被动式。本文主要综述地介绍了几种被动式产生近似无衍射贝塞尔光束的最新技术,通过分析其优缺点,给出了这些技术的适用范围。