离轴平顶高斯涡旋光束形成的合成光涡旋及其在自由空间中的传输

对两束拓扑电荷m_1,2=±1的平行、离轴平顶高斯涡旋光束在束腰面叠加形成的合成光涡旋及其在自由空间的传输做了研究.详细的数值计算和分析表明,合光涡旋的位置、数目和净拓扑电荷与光束的控制参数,包括相对位相,振幅比,束腰宽度比,相对离轴参数,光束阶数,以及传输距离有关,但拓扑电荷不总是守恒. 关键词： 奇点光学 合成光涡旋 平顶高斯涡旋光束 拓扑电荷     

部分相干涡旋光束叠加场中的合成相干涡旋及其动态传输

对由两束平行、离轴部分相干平顶涡旋光束叠加形成的合成相干涡旋做了详细研究.结果表明:合成相干涡旋的数目和位置与光束阶数、相对离轴距离、相干参数以及相对传输距离有关.在部分相干范畴内“隐藏”的合成相干涡旋对应于完全相干范畴中的合成光涡旋.并且证明在相干极限下合成相干涡旋就演化为合成光涡旋. 关键词： 相关奇点光学 合成相干涡旋 部分相干平顶光束 离轴合成     

高阶模高斯光束整形方法研究

研究了高阶模高斯光束的整形方法.在高阶模高斯光束和平顶光束理论模型的基础上,分别选择了平项洛仑兹函数和费米狄拉克函数作为平顶光分布函数,利用能量守恒定律,分别推导针对拉盖尔-高斯光束和厄米特-高斯光束整形系统中入射光与出射光的映射函数.最后利用ZEMAX软件设计了针对TEM01模高斯光束进行整形的非球面透镜元件.结果表...     

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     

Analysis of factors affecting beam shaping quality of geometric steady-phase method based on SLM北大核心

基于几何稳相法求解调制相位,使用傅里叶透镜进行傅里叶变换,在后焦面处聚焦,得到对应的平顶光束,从而将圆形高斯光束整形为方形平顶光束,其中光路参数对整形质量将产生较大影响。实验中发现,方形平顶光束受零级光影响均匀性较差,因此详细分析了零级光产生的原因,提出了有效的解决方法,并对实验结果中出现的零级光通过叠加闪耀光栅直接移除。实验结果表明:移除零级光后方形平顶光束的能量利用率为72.3%,光束均匀性高达97.2%,优于传统整形方法。最后进一步分析了全息图与入射光束偏移量、离焦以及入射光束束腰半径对几何稳相法整形质量的影响,为几何法光束整形的应用提供了便利。     

环状平顶光束的传输特性研究

利用偏心高斯光束相干叠加方法，建立了柱坐标系下环状平顶光束模型.采用广义强度二阶矩定义，推导出环状光束广义M2因子的解析表达式.利用广义衍射积分理论，给出环状光束经过近轴ABCD光学系统的传输公式，并进一步给出了环状平顶光束修正的菲涅耳数定义.分析了环状平顶光束在自由空间的传输规律.研究结果表明，该模型可统一描述基模高斯光束、环状高斯光束以及环状平顶光束.环状平顶光束的广义M2因子和环状平顶光束的传输特性与其阶数及遮拦比有关.     

非傍轴平顶高斯光束M2因子两种定义的比较研究

基于功率密度的二阶矩方法，推导出了非傍轴平顶高斯(FG)光束束宽和远场发散角的解析表达式.研究表明，当w0/λ→0时，远场发散角趋于渐近值θmax=63.435°，与阶数无关.使用非傍轴高斯光束代替傍轴高斯光束作为理想光束，研究了非傍轴FG光束的M2因子，并与传统定义的M2因子作了比较.在非傍轴范畴，非傍轴FG光束的M2因子不仅与阶数N有关，而且与w0/λ有关.按照定义，当w0/λ→0时，非傍轴FG光束的M2因子不等于0，对阶数N=1, 2, 3时，M2因子分别趋于0.913,0.882和0.886.当N→∞时，M2因子取最小值M2min=0.816.     

非傍轴平顶高斯光束M2因子两种定义的比较研究

基于功率密度的二阶矩方法,推导出了非傍轴平顶高斯(FG)光束束宽和远场发散角的解析表达式·研究表明,当w0/λ→0时,远场发散角趋于渐近值θmax=63.435°,与阶数无关·使用非傍轴高斯光束代替傍轴高斯光束作为理想光束,研究了非傍轴FG光束的M2因子,并与传统定义的M2因子作了比较·在非傍轴范畴,非傍轴FG光束的M2因子不仅与阶数N有关,而且与w0/λ有关·按照定义,当w0/λ→0时,非傍轴FG光束的M2因子不等于0,对阶数N=1,2,3时,M2因子分别趋于0.913,0.882和0.886·当N→∞时,M2因子取最小值M2min=0.816·     

可调谐艾里光束及其传输特性

艾里光束是一种新型无衍射光束,解决了激光在传播过程中的衍射效应。基于艾里变换技术,介绍一种可以通过椭圆平顶高斯光束产生的新型艾里光束,即可调谐艾里光束。通过理论计算,可以看出调节椭圆平顶高斯光束的束宽比可获得单尾艾里光束,同时,可调谐艾里光束的尾长可以通过调节入射椭圆平顶高斯光束的阶数来控制。通过研究,当束宽比p=1时,艾里光束的加速方向沿x轴45方向;p=1/2时,加速方向沿x轴31方向,p=1/3时,加速方向为沿x正方向,可见调节束宽比p的大小可以改变艾里光束的加速方向。     

光学薄膜测量时平顶光束激励的表面热透镜理论模型

推导了调制的平顶光束激励下基于Fresnel衍射积分的表面热透镜理论，通过数值模拟，比较了平顶光束和高斯光束激励下样品内部温度场、表面形变场和探测光衍射信号的径向分布，分析了影响表面热透镜信号的实验参数.结果表明，在最佳探测位置，平顶光束激励下的表面热透镜系统比相同情况下高斯光束激励下的灵敏度高，最高时约2倍，更有利于薄膜吸收测量. 关键词： 表面热透镜 光学薄膜 平顶光束     

部分相干平顶光束通过湍流大气传输的等效曲率半径

推导出了部分相干平顶光束在湍流大气中传输的等效曲率半径的解析表达式,详细地研究了湍流对其等效曲率半径的影响.研究表明,湍流使得等效曲率半径R减小,但是只有当湍流足够强时等效曲率半径极小值出现的位置z_min才会改变.在弱湍流中,R随着光束相干长度β的增大而增大;但是在强湍流中,R随着β的增大而减小.R随着光束阶数M(N)的增大而缓慢减小.若β越大、 关键词： 等效曲率半径 湍流 部分相干平顶光束     

Propagation and the kurtosis parameter of Gaussian flat-topped beams in uniaxial crystals orthogonal to the optical axis

The analytical formulae for the Gaussian flat-topped beams propagating in uniaxial crystals orthogonal to the optical axis are derived. The numerical results show that the Gaussian flat-topped beams spread at different rates in the directions parallel and orthogonal to the optical axis due to anisotropic crystals. An analytical expression for the kurtosis parameter of the Gaussian flat-topped beams propagating in uniaxial crystals is derived and illustrated with numerical examples. It is shown that the evolution of the kurtosis parameters K_x and K_y depend on the ratio of extraordinary to ordinary refractive indices.     

部分相干平顶光束在梯度折射率介质中的传输特性

利用广义惠更斯-菲涅尔衍射积分方法,推导出部分相干平顶光束在梯度折射率介质中传输的交叉谱密度函数解析表达式,对部分相干平顶光束在梯度折射率介质中的传输特性进行了分析,并进一步讨论了介质梯度折射率系数、光束阶数以及光束相干性对传输特性的影响.结果表明,部分相干平顶光束在梯度折射率介质中传输时的轴上光强分布呈现周期性变化了,且周期由梯度折射率系数决定,而与光束相干性无关.光束阶数越高、相干性越好、介质梯度折射率系数越大,则在介质中的轴上峰值光强越大.并且,在光强峰值位置附近的光强分布随传输距离的变化非常剧烈.     

部分相干平顶光束在线性增益(损耗)介质中的光谱特性

根据Li提出的平顶光束模型和部分相干光理论，推导出部分相干平顶光束在线性增益(损耗)介质中传输的光谱分布解析表达式，定量研究了部分相干平顶光束在线性增益(损耗)介质中传输的光谱特性，分析了近场和远场轴上光谱的变化特点，以及介质的增益(损耗)特性、光源的中心频率、空间相干参数以及谱宽等因素对光谱变化的影响. 研究结果表明，部分相干平顶光束在线性增益(损耗)介质中传输时，光源的中心频率、光谱宽度、空间相干参数对相对谱移量影响较大，但对光谱分布随传输距离的总体变化趋势影响较小，而光谱分布随传输距离的总体变化趋势则主要由平顶光束的阶数所决定. 关键词： 部分相干平顶光束 光谱特性 谱移 线性增益(损耗)介质     

Propagation of elliptical flat-topped beam in spatial-frequency domain

Based on a tensor method, the propagation formulae of elliptical flat-topped beam through aligned and misaligned optical systems in spatial-frequency domain are derived analytically. The derived formulae provide a powerful tool for treating the propagation and transformation of elliptical flat-topped beam through complex optical systems in spatial-frequency domain. As a numerical example, the propagation properties of elliptical flat-topped Gaussian beam in free space are studied in spatial-frequency domain.     

平顶光束和平顶涡旋光束对金属瑞利粒子的光学俘获

 使用聚焦平顶光束和平顶涡旋光束,以金为例,对金属瑞利粒子辐射力和俘获稳定性进行了分析,着重研究了拓扑电荷和光束阶数对辐射力的影响。结果表明,随着拓扑电荷和光束阶数的增大,最大光强和辐射力随之减小;平顶光束可以俘获金瑞利粒子,俘获微粒的牢固性和俘获范围随着光束阶数增大而减小,而平顶涡旋光束的梯度力不能作为回复力,因此不能俘获。最后,还讨论了不同光强分布下,俘获金属瑞利粒子时复介电常数需满足的必要条件。     

An off-axis elliptical flat-topped beam and it’s propagation

A new kind of laser beam named off-axis elliptical flat-topped beam is proposed. This beam is expressed as a finite series of off-axis elliptical Gaussian beams with different beam parameters. Analytical propagation formulas for the off-axis elliptical flat-topped beam through aligned and misaligned optical systems are derived. As a numerical example, the propagation properties of the off-axis elliptical flat-topped beam in free space are calculated and discussed.     

非傍轴截断平顶光束的质量因子

 使用功率密度的二阶矩方法和Li提出的平顶光束模型，推导出了非傍轴截断平顶光束的束腰宽度、远场发散角和光束质量因子的解析表达式。计算结果表明：非傍轴截断平顶光束的质量因子不仅与截断参数、光束阶数有关，而且与初始束腰宽度和波长之比有关；当截断参数趋近于0时，远场发散角趋于渐近值63.435°；对于光束阶数为1和截断参数趋于无穷大的特例，计算结果分别退化为非傍轴截断高斯光束和非傍轴无截断平顶光束的结果；功率密度的二阶矩方法可用于截断光束，并克服了光束质量因子的发散困难。     

Propagation of flat-topped beams

The propagation of flat-topped beams passing through paraxial ABCD optical system is investigated based on the propagation formulas of Gaussian beam. The focal shift of focused coherent flat-topped beam is also studied in detail. Analytical expressions of the M² factor and the far-field intensity distribution for flat-topped beams are derived on the basis of second-order moments.     

平顶光束经表面有缺陷的厚非线性介质后的光强分布

基于非线性薛定谔方程和分步傅里叶算法, 研究了高功率平顶高斯光束经过厚非线性介质后在自由空间传输的光强演变过程, 详细分析了介质表面缺陷对光强演化规律的影响.研究结果表明, 平顶阶数越大, 光束的自聚焦效果越差, 最大光强点越靠近介质后表面.入射光束的初始场强越强, 介质的厚度和非线性系数越大, 光束的自聚焦越强, 且极值点越靠近介质后表面.介质表面的缺陷使得光束在靠近介质后表面有较大的光强. 并且相位调制型缺陷比振幅调制型缺陷对光强的影响更大. 关键词： 平顶光束 自聚焦 缺陷 光强分布