平顶高斯光束在单轴晶体中的传输

基于光束在各向异性单轴介质中的近轴矢量传输理论，对平顶高斯光束在单轴晶体中的传输 作了研究，得到了解析的传输公式. 利用该传输公式可用一种简单的方法研究平顶高斯光束 在单轴晶体中的传输. 研究结果表明，由于晶体的各向异性特性使平顶高斯光束初始的圆对 称性在传输过程中不能保持，并且其偏振状态也随传输而变化. 用数值计算例对晶体内源于 入射平顶高斯光束的寻常光和非常光的场分布以及x和y方向的偏振分量在空间中的演化都作 了详细说明. 关键词： 平顶高斯光束 单轴晶体 各向异性 近轴矢量理论 传输公式     

矢量可控空心光束的非傍轴传输

提出了矢量可控空心光束概念,可控空心光束可以很好地描写中心光强不完全为零的圆对称窄心光束,具有可用多个参最米控制中央暗斑尺寸、形式简单易于分析、其传输变换特性更接近于实际等特点.利用矢量瑞利-索末菲衍射积分公式,导出了矢量可控空心光束的非傍轴传输解析公式,从所得结果可退化得到傍轴近似结果.利用导出的公式计算分析了矢量可控空心光束在自由空间的非傍轴传输特性,并与傍轴结果进行了比较分析.结果表明矢量可控空心光束在近场很好地保持其空心光场分布特性;参量f和传输距离决定了矢量可控空心光束的非傍轴特性.     

椭圆高斯光束在单轴晶体中垂直于光轴的传输特性

基于光束在各向异性介质中的傍轴矢量传输理论,导出了椭圆高斯光束在各向异性单轴晶体中垂直于光轴的传输公式,并利用此解析式进行数值计算和分析,研究了各向异性介质对x方向偏振的椭圆高斯光束偏振特性的影响. 研究表明,晶体的各向异性对光束的偏振和对称性有较大影响. 关键词： 椭圆高斯光束 单轴晶体 各向异性 传输     

空心锥状双高斯光束传输特性研究

建立了空心锥状双高斯光束的模型.在空心高斯光束模型的基础上,由初始光场的光强分布,利用柱坐标下的柯林斯公式,导出了空心锥状双高斯光束经过傍轴光学系统的解析传输变换式由传输变换式计算分析了空心锥状双高斯光束在自由空问的可控传输特性,及在1,10和60 m的截面光环的光强分布.用KNbO3双轴晶体进行实验,获得了空心锥状双高斯光束,外锥折射的锥角等于入射光会聚角.实验表明,当空心光束处于锥状发射状态时,空心光束的光环内黑斑面积随传输距离的增加而增加,实验结果与模型吻合较好.该研究为进一步设计制备基于空心锥状舣高斯光束的新型激光元件提供了理论依据和设计参量.     

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     

湍流介质折射率结构常数C_n~2对双半高斯空心光束传输特性影响的研究

基于瑞利-索末菲衍射积分理论,利用交叉谱密度函数推导出双半高斯空心光束在湍流大气中传输时的解析表达式,并主要研究了湍流介质折射率结构常数C2n对空心光束传输特性的影响,得到了双半高斯空心光束在不同条件下传输时的光强分布.研究表明,C2n的增大加剧了近场中传输的空心光束的衍射效应,这不仅缩短了空心光束完全演变成为高斯光束时所需的传输距离,而且还增加了此后高斯光束向外扩展的程度.     

矢量空心高斯光束横纵向光场传输特性

基于矢量瑞利-索末菲衍射积分,研究了矢量空心高斯光束横向光场和纵向光场在自由空间中的传输特性.研究结果表明,空心高斯光束的横向光场与纵向光场在传输过程中光强分布情况并不相同,横向光场的光强分布具有旋转对称性,并且保持空心特性的距离受光束阶数的影响,而纵向光场不再具有旋转对称性,并且在理想状态下纵向光场可以一直保持空心特...     

非傍轴矢量异常空心光束的传输特性

 将Cai提出的异常空心光束的理论模型推广到非傍轴范畴,推导出非傍轴矢量异常空心光束传输的解析表达式,用以研究它在自由空间中的传输特性。研究表明,异常空心光束在传输过程中光束形状会发生变化。与高斯光束不同,非傍轴异常空心光束傍轴近似成立条件依赖于传输距离,这与异常空心光束光强分布随传输距离的变化有关。非傍轴异常空心光束远场的光束质量可用桶中功率来描述,桶中功率随f参数(波长与束腰宽度的比值)的增大而减小。     

部分相干空心光束在湍流介质中的传输特性

根据广义的惠更斯-菲涅耳原理，得到了相干度为零阶贝塞耳函数的部分相干空心光束在湍流介质中传输特性的理论公式.据此研究了这种光束在湍流介质中的传输变化规律.研究结果表明，湍流介质的强弱，光源的相干性以及光源光斑大小均会影响光束的传输特性.     

傍轴光束在单轴晶体中传输的矢量性质

研究了垂直光轴入射的傍轴光束在单轴晶体中传输的矢量性质.通过角谱的方法得到了寻常光（o光）和非常光（e光）在晶体中传输的严格解，并得到了傍轴近似下的矢量传输模型.利用这一模型，分析得到了垂直光轴偏振的入射光束在晶体中只激发o光，而平行光轴偏振的入射光束在晶体中同时激发e光和二阶小量的o光. 关键词： 傍轴传输 单轴晶体 矢量效应     

Nonparaxial propagation of Hermite-Laguerre-Gaussian beams in uniaxial crystal orthogonal to the optical axis

Analytical expressions for the three components of the nonparaxial propagation of a Hermite-Laguerre-Gaussian （HLG） beam in uniaxial crystal orthogonal to the optical axis are derived. The intensity distribution of an HLG beam and its three components propagating in a uniaxial crystal orthogonal to the optical axis are demonstrated by numerical examples. Although the y and z components of an HLG beam in the incident plane are both equal to zero, they emerge upon propagation inside the uniaxial crystal. Moreover, the beam profile of the x component is relatively stable and the beam profiles of the y and z components have the same evolution law. If the ratio of the extraordinary refractive index to the ordinary refractive index is larger than unity, the beam profile of the HLG beam is elongated in the x direction and generally rotates clockwise. Otherwise, the beam profile of the HLG beam is elongated in the y direction and generally rotates anticlockwise. This research is beneficial to the optical trapping and nonlinear optics involved in the rotation of a beam profile.     

对称平面单轴晶体金属波导的模式场(1)

由于平面各向异性介质金属波导的重要应用,本文讨论了光在对称平面单轴晶体金属波导(波导层是单轴晶体,两个波导界面均为金属)内的传输特性.对于晶体光轴位于波导界面法方向与传输方向构成的平面内的特殊波导结构,利用麦克斯韦方程组并结合单轴晶体的性质,精确解出了波导模式场.结果表明:1)此种特殊结构波导内存在横电波(TE)和横磁波(TM);2)TM波的坡印廷矢量与波矢方向不在一条直线上;3)波导层为负单轴晶体时波导主模是TE波主模,而波导层为正单轴晶体时波导主模是TM波主模.     

Indistinguishability limit for off-axis vortex beams in uniaxial crystals

The circular polarization components of a vortex beam in a uniaxial crystal exhibit complex propagation characteristics. We demonstrate how the amount of splitting may be distinguished by use of a vortex beam. We predict and experimentally verify a threshold angle subtending the crystal and beam axes, below which the splitting is indistinguishable.     

附加球面相位引致Airy光束在单轴晶体传输时的两次镜像演化

利用单轴晶体光束传输理论,求得了具有附加球面相位Airy光束在单轴晶体中的传输公式.数值模拟计算结果表明,线偏振附加球面相位Airy光束在晶体中传输时仍为线偏振,但不是传输不变的.粗略地讲,具有附加球面相位的Airy光束在晶体中传输时,近场是传输不变的;而在由晶体寻常与非寻常折射率和球面半径共同确定的两个特定传输距离处,传输光束转换成了取向不同的Gaussian-Airy光束,且高斯依赖的束宽度敏感地与截断因子相关;而当光束依次穿过此两位置时光斑花样先后相对于两横向轴平面做镜像演化,且镜像演化顺序也与晶体寻常和非寻常折射率相对大小密切相关,其总的效果是远场强度花样能恢复原样但花样取向产生了关于对过横平面二、四象限平分平面的镜像演化.这些结果表明,通过恰当选择晶体材料(即折射率)和附加球面相位的半径R,可以调控光束花样的形状、取向及表征各向异性材料的相关性质.     

Characteristics of paraxial propagation of a super Lorentz-Gauss SLG₀₁ mode in uniaxial crystal orthogonal to the optical axis

Analytical propagation expression of a super Lorentz-Gauss(SLG) 01 mode in uniaxial crystal orthogonal to the optical axis is derived.The SLG 01 mode propagating in uniaxial crystal orthogonal to the optical axis mainly depends on the ratio of the extraordinary refractive index to the ordinary refractive index.The SLG 01 mode propagating in uniaxial crystals becomes an astigmatic beam.The beam spot of the SLG 01 mode in the uniaxial crystal is elongated in the x-or y-direction,which is determined by the ratio of the extraordinary refractive index to the ordinary refractive index.With the increase of the deviation of the ratio of the extraordinary refractive index to the ordinary refractive index from unity,the elongation of the beam spot also augments.In different observation planes,the phase distribution of an SLG 01 mode in the uniaxial crystal takes on different shapes.With the variation of the ratio of the extraordinary refractive index to the ordinary refractive index,the phase distribution is elongated in one transversal direction and is contracted in the other perpendicular direction.This research is beneficial to the practical applications of an SLG mode.     

Characteristics of paraxial propagation of a super Lorentz—Gauss SLG01 mode in uniaxial crystal orthogonal to the optical axis

Analytical propagation expression of a super Lorentz-Gauss（SLG） 01 mode in uniaxial crystal orthogonal to the optical axis is derived.The SLG 01 mode propagating in uniaxial crystal orthogonal to the optical axis mainly depends on the ratio of the extraordinary refractive index to the ordinary refractive index.The SLG 01 mode propagating in uniaxial crystals becomes an astigmatic beam.The beam spot of the SLG 01 mode in the uniaxial crystal is elongated in the x-or y-direction,which is determined by the ratio of the extraordinary refractive index to the ordinary refractive index.With the increase of the deviation of the ratio of the extraordinary refractive index to the ordinary refractive index from unity,the elongation of the beam spot also augments.In different observation planes,the phase distribution of an SLG 01 mode in the uniaxial crystal takes on different shapes.With the variation of the ratio of the extraordinary refractive index to the ordinary refractive index,the phase distribution is elongated in one transversal direction and is contracted in the other perpendicular direction.This research is beneficial to the practical applications of an SLG mode.     

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.     

Non-paraxial Elliptical Gaussian Beam

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　ＩｔｉｓｗｅｌｌｋｎｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌＧａｕｓｓｉａｎｂｅａｍｉｓｎｏｔｔｈｅｅｘａｃｔｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆＭａｘｗｅｌｌ′ｓｅｑｕａｔｉｏｎｓ,ｂｕｔａｎａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｗａｖｅｅｑｕａｔｉｏｎｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｓｌｏｗｌｙ ｖａｒｙｉｎｇｅｎｖｅｌｏｐｅａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ[1] .Ｔｈｅｐａｒａｘｉａｌａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎｉｓｎｏｌｏｎｇｅｒｖａｌｉｄｗｈｅｎｔｈｅｂｅａｍｗａｉ…