超短脉冲贝塞尔-高斯光束在自由空间的传输特性

 使用复解析信号法研究了束宽与频率无关的超短脉冲贝塞尔-高斯光束在自由空间的传输特性。研究表明：在无衍射长度内，超短脉冲贝塞尔-高斯光束的横向光强分布几乎不变并集中在传输轴附近，轴上脉冲随传输距离增加而展宽。在无衍射长度外，横向光强分布显著扩展。随传输距离增加，轴上光谱蓝移先增加，达到极大值后逐渐减小，最后在远场趋于一渐近值。对单周期的超短脉冲贝塞尔-高斯光束的轴上光谱蓝移先增加，达到极大值0.50 fs^-1。然后逐渐减小，在远场蓝移趋于渐近值0.16 fs^-1。     

高阶贝塞尔-高斯脉冲光束相位奇点的演化

 推导出被光阑衍射高阶贝塞尔-高斯脉冲光束的场和光强分布的解析公式,对其相位奇点的演化特性做了计算和分析。结果表明,高阶贝塞尔-高斯脉冲光束经光阑衍射后,中心光涡旋始终存在,拓扑电荷守恒。随脉冲频率和脉冲宽度增加,等相位线均沿逆时针方向旋转,涡旋核随脉冲频率增加而减小,而脉冲宽度对涡旋核大小几乎无影响。等相位线随截断参数和传输距离的增加分别沿逆时针和顺时针方向旋转,涡旋核大小随截断参数增加而变化,随传输距离和光束阶数的增加而增大。     

等衍射长度超短脉冲贝塞耳-高斯光束的传输特性

使用复解析信号法,研究了衍射长度与频率无关的超短脉冲贝塞耳－高斯光束在自由空间中的传输，推导出了解析表达式并进行了理论和计算分析.结果表明：在无衍射长度内，等衍射长度超短脉冲贝塞耳.高斯光束的横向光强分布扩展很小.在无衍射长度之外，横向光强分布有显著扩展.但是，在无衍射长度内轴上脉冲波形仍有展宽.随传输距离增加轴上蓝移单调增加逐渐达到一渐近值.随横向距离增加轴外光谱移动由蓝移变为红移.     

利用空问诱导色散补偿介质色散

研究了超短脉冲贝塞尔光束在色散介质中的传输特性，指出空间诱导色散效应可以用来补偿介质色散作用，从而可以在色散介质中实现无衍射无色散的类时空孤子波的传输。用理论推导和数值模拟的方法得到的具有反常色散性质的空间诱导色散可以有效地补偿介质色散。数值模拟的结果表明，由于超短脉冲贝塞尔光束的无衍射无色散传输距离受到高阶色散效应和贝塞尔光束空间受限两方面的限制，无衍射无色散传输只能在有限距离内近似实现。通过增加脉冲长度可以减小高阶色散效应的影响。在传输距离小于衍射距离时，空间诱导色散效应可以很好地描述脉冲演化和色散补偿过程。     

带宽对脉冲贝塞尔光束传输的影响

从惠更斯-菲涅耳衍射积分公式出发得到具有高斯型频谱分布的脉冲贝塞尔光束频率域的传输表示式,并使用傅里叶变换最后推导了脉冲贝塞尔光束时间域的传输公式。根据得到的公式通过具体数值计算对脉冲贝塞尔光束在自由空间中的传输进行了研究。计算结果表明脉冲光束的带宽对脉冲贝塞尔光束传输中的脉冲时间延迟和脉冲宽度产生影响。具体表现为脉冲光束带宽的增宽使脉冲时间延迟增大,并使脉冲时间波形的后沿拖长,从而导致脉冲宽度增宽。脉冲时间延迟和脉冲宽度还随传输距离发生变化。脉冲光束传输距离越大,脉冲时间延迟越大,脉冲宽度变得越宽。     

利用空间诱导色散补偿介质色散

研究了超短脉冲贝塞尔光束在色散介质中的传输特性 ,指出空间诱导色散效应可以用来补偿介质色散作用 ,从而可以在色散介质中实现无衍射无色散的类时空孤子波的传输。用理论推导和数值模拟的方法得到的具有反常色散性质的空间诱导色散可以有效地补偿介质色散。数值模拟的结果表明 ,由于超短脉冲贝塞尔光束的无衍射无色散传输距离受到高阶色散效应和贝塞尔光束空间受限两方面的限制 ,无衍射无色散传输只能在有限距离内近似实现。通过增加脉冲长度可以减小高阶色散效应的影响。在传输距离小于衍射距离时 ,空间诱导色散效应可以很好地描述脉冲演化和色散补偿过程     

部分空间和部分光谱相干高斯-谢尔模型脉冲光束在自由空间中的光谱和时间特性

 对部分空间和部分光谱相干２维高斯-谢尔模型脉冲光束在自由空间传输的光谱和时间特性做了详细的数值研究。结果表明,部分空间和部分光谱相干高斯-谢尔模型脉冲光束在自由空间传输中发生了光谱移动,光谱移动与场点位置、空间相关长度和时间相干长度有关。在轴上,光谱出现蓝移,相对光谱移动随传输距离的增加而增大,随空间相关长度和时间相干长度的增加而减小,并逐渐趋于一定值。在轴外,光谱出现蓝移和红移,并与空间相关长度和时间相干长度有关。脉冲时间波形不变,对所得主要结果做了物理解释。     

超短脉冲高斯光束在线性色散介质中的远场特性

基于瑞利-索末菲衍射积分公式，在未作近轴近似的条件下，推导出等束宽超短脉冲高斯光束通过线性色散介质的远场公式，并用于研究其远场特性，所得公式可用于大衍射角情况.结果表明，等束宽脉冲高斯光束的频谱上存在一临界角，小于临界角时，出现蓝移；大于临界角时，出现红移，红移量随着衍射角的增大而增大.而脉冲波形将经历时间移动，移动量随衍射角的增大而增大；远场高斯脉冲波形将不再保持不变.此外，群速度色散将引起啁啾，啁啾量随衍射角的增大而减小.     

超短辛格高斯脉冲光束的频谱性质

给出了自由空间中超短辛格高斯脉冲光束在频率域传输的方程．对超短辛格高斯脉冲光束的功率谱进行了研究．结果表明：超短辛格高斯脉冲光束的轴外频谱具有红移、频谱变窄等性质．超短辛格高斯脉冲光束的光谱在衍射角不为零时有红移现象，并且随着衍射角的增加光谱红移也逐渐增大，频谱宽度逐渐变窄．在十倍瑞利距离处的数值模拟结果表明，衍射角等于3°时的频谱宽度仅为衍射角为0°时频谱宽度的四分之一．     

部分相干螺旋自加速贝塞尔光束

理论分析了螺旋贝塞尔光束的产生机理。根据高斯-谢尔模型的交叉谱密度公式及交叉谱密度传播理论,推导得出了部分相干螺旋贝塞尔光束的表达式。研究了部分相干螺旋贝塞尔光束的传输特性,同时分析了相干度对其传输特性的影响。结果表明,随着传输距离的增加,光束截面光强分布对比度逐渐下降,光场分布由贝塞尔型分布逐渐向高斯型分布转变,但是光束仍具备螺旋自加速特性;高阶光束出现了暗核消退现象,并且暗核消退距离随阶数的增加而增加。随着相干长度的下降,贝塞尔光场分布区间逐渐减小,光束的无衍射距离缩短。同时,探讨了光场调控对光束的影响,其中包括了全息片的参数设定以及光场相干度的调节。     

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.     

Generation of Nearly Diffraction-Free Beams Using a New Optical System

A new optical system which can efficiently generate the nearly diffraction-free beams is proposed and its characteristics are investigated by numerical analysis. This optical system consists of a new optical element called a DCC (double-concave-cone) lens and an objective lens with a large numerical aperture, and can generate the Bessel beam and also the Bessel-Gauss beam. The maximum propagation distance of nearly diffraction-free beams generated by the system agrees with its theoretical value for the Bessel beam.     

Pulsed single-photon Bessel beams propagation in non-Kolmogorov turbulent atmosphere

The analytic expressions are derived for the turbulent broadening, the long-term temporal broadening, the acquisition probability of single-pulse and the transmittance probability density of a pulsed space-time Bessel photon-beam propagating along a slant path in weak non-Kolmogorov atmospheric turbulence, based on the assumption of a pulsed Bessel beam with the initial Gaussian temporal shape of pulse and diffraction-free spatial distribution. It is shown that the turbulent broadening and the long-term temporal broadening are the nolinear-increase functions of the index of non-Kolmogorov turbulence and the effect of non-Kolmogorov index on the acquisition probability of single-pulse can be approximatively described by a Gaussian function with a peak value at non-Kolmogorov index close to 3.7 for the case of the input half-pulse width greater than picosecond (ps). The transmittance of probability density is decreasing as the increasing of the structure constant of the index of refraction, the zenith angle of communication channel, the propagation path and the pulse broadening. There is turbulent diffraction for Bessel beam propagation in turbulent atmosphere, but its free-space diffraction-free characteristic is reservation.     

Generation of nearly diffraction-free laser beams

Laser beams which behave like the so-called diffraction-free beams have been generated by an argon ion laser with a new type of cavity. They have almost the same intensity distributions and propagation characteristics as those predicted for the Bessel-Gauss beams which were introduced recently. Beams corresponding not only to the lowestorder but also to higher-order Bessel-Gauss beams have been obtained.     

Diffraction properties of multi-layer volume holographic gratings under an ultrashort pulsed beam with arbitrary temporal profiles

The diffraction properties of a system of multi-layer volume holographic gratings under an ultrashort pulsed beam with arbitrary temporal profiles are investigated using the multi-layer coupled wave theory. The dependence of the pulse profiles of the diffracted beams, diffraction bandwidth and the total diffraction efficiency of the multi-layer system on the temporal profiles of the input ultrashort pulse are investigated. The calculated results indicate that the temporal shape of the input pulsed beams is an important factor in the analysis of the propagation characteristics. The analysis of this paper will be valuable for the applications of pulse shaping, processing and filter.     

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。