经光阑衍射的平顶涡旋光束位相奇点的演化特性

推导出了平顶涡旋光束通过有光阑ABCD光学系统的传输解析式,并以光阑透镜和矩形光阑系统为例,与平顶光束比较研究了截断参量、相对离轴距离和光束阶数对衍射场中位相奇点演化特性的影响.数值计算表明,平顶涡旋光束通过上述光学系统均存在位相奇点,即使源处涡旋被光阑阻拦时,衍射场中也会出现位相奇点;而平顶光束通过光阑透镜系统存在刃型位错,随着截断参量增大,会发生刃型位错的演化和湮灭现象,且平顶光束通过矩形光阑系统没有发现位相奇点.     

经光阑衍射的高阶贝塞耳光束位相奇点演化特性

推导出了高阶贝塞耳光束通过有光阑近轴ABCD光学系统传输的解析公式,用以研究了高阶贝塞耳光束被光阑衍射位相奇点的演化特性.结果表明:高阶贝塞耳光束经光阑系统衍射后,中心光涡旋始终存在,拓扑电荷守恒,但涡旋核大小会随光阑半径、传输距离和光束阶数而变化;随光阑半径和传输距离变化,圆刃型位错会消失或产生.     

经光阑衍射的高阶贝塞耳光束位相奇点演化特性

推导出了高阶贝塞耳光束通过有光阑近轴ABCD光学系统传输的解析公式,用以研究了高阶贝塞耳光束被光阑衍射位相奇点的演化特性.结果表明:高阶贝塞耳光束经光阑系统衍射后,中心光涡旋始终存在,拓扑电荷守恒,但涡旋核大小会随光阑半径、传输距离和光束阶数而变化;随光阑半径和传输距离变化,圆刃型位错会消失或产生.     

有倾斜透镜存在时两个刃型位错的相互作用

对存在倾斜透镜时两个刃型位错的相互作用进行了研究.研究表明, 两个离轴刃型位错在一定条件下由于相互作用会消失, 并有一个或两个非正则光涡旋产生, 一个共轴刃型位错和一个离轴刃型位错相互作用时产生一个非正则光涡旋. 当初始场中两个刃型位错相互垂直或者平行时, 出射场中会有一个或者两个刃型位错出现. 改变透镜的倾斜因子不影响出射场中位相奇点的类型和数量, 但位相奇点的横向位置与倾斜因子有线性关系. 两个刃型位错相互作用产生的光涡旋对的三维轨迹是非线性的, 但光涡旋对的中心沿直线传输. 关键词： 位相奇点 刃型位错 非正则光涡旋 倾斜透镜     

平顶高斯光束经含失调圆孔光阑的失调光学系统的传输特性

为分析平顶高斯光束通过光学系统传输时圆孔光阑失调和光学元件失调对平顶高斯光束传输特性的影响,利用失调圆孔光阑的近似展开式和适用于失调光学系统的广义衍射公式,得出了平顶高斯光束经含失调圆孔光阑的失调光学系统传输的近似解析式,给出了输出光束场分布与光束参量、光阑孔径尺寸、光阑和光学元件失调量等的定量关系.针对特定光学系统定量分析了各失调量对输出光束场分布的影响,结果表明各元件失调都对输出光束强度分布产生较大影响.但在各失调量较小的情况下,透镜失调对输出光束传输特性的影响比光阑失调对输出光束传输特性的影响更明显.     

平顶高斯光束经含失调圆孔光阑的失调光学系统的传输特性

为分析平顶高斯光束通过光学系统传输时圆孔光阑失调和光学元件失调对平顶高斯光束传输特性的影响,利用失调圆孔光阑的近似展开式和适用于失调光学系统的广义衍射公式,得出了平顶高斯光束经含失调圆孔光阑的失调光学系统传输的近似解析式,给出了输出光束场分布与光束参量、光阑孔径尺寸、光阑和光学元件失调量等的定量关系.针对特定光学系统定量分析了各失调量对输出光束场分布的影响,结果表明各元件失调都对输出光束强度分布产生较大影响.但在各失调量较小的情况下,透镜失调对输出光束传输特性的影响比光阑失调对输出光束传输特性的影响更明显.     

异常空心光束通过像散透镜后的相位奇异特性

光场的相位奇异特性是奇点光学研究的重要内容。运用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式,推导得到异常空心光束通过像散透镜后的光场分布表达式和相位奇点分布表达式,并研究了其在几何焦平面的相位奇异特性。结果表明,异常空心光束通过像散透镜后,在几何焦平面上存在相位奇点,且相位奇点受到透镜的像散系数和光束束腰宽度等参数控制。在一定条件下,几何焦平面上会出现椭圆或圆刃型位错线、光涡旋。当像散系数或束腰宽度改变时,椭圆或圆刃型位错线发生变化,光涡旋也会发生移动、湮灭和产生。     

聚焦高斯涡旋光束焦区电场和磁场的偏振奇点

以高斯涡旋光束为例,研究了聚焦场中电场和磁场的偏振奇点变化规律.结果表明,高斯涡旋光束经透镜聚焦后,在焦区存在二维和三维电场和磁场的偏振奇点,其位置一般不重合.适当改变与焦面的距离以及光阑截断参数等出现圆偏振奇点的移动、产生和湮没.不同二维和三维电场和磁场圆偏振奇点湮没所对应的各参数临界值不同.在二维电场中,几何焦面上会有V点的产生.     

聚焦部分相干涡旋光束的传输和相干特性

根据部分相干光的传输理论,研究了部分相干高斯-贝塞尔涡旋光束通过光阑透镜聚焦后的传输和空间相关性质.数值计算结果表明,涡旋暗核的大小和焦平面上的光谱相干度都取决于入射光的拓扑电荷n、截断参量δ、相对相干长度σg和参量α.当选择适当的参量,在几何焦点附近会出现局域空心光束.研究还发现在焦面上光谱相干度会产生一个或多个的相位奇点(相干涡旋),而且拓扑电荷和相对相干长度会对相干涡旋的位置和个数产生影响.在相干极限下,相干涡旋可逐渐演变为光学涡旋.     

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。     

Phase singularities of nonparaxial cosh-Gaussian vortex beams diffracted by a rectangular aperture

Analytical expression for the propagation of nonparaxial cosh-Gaussian (ChG) beams diffracted by a rectangular aperture is derived based on the vector Rayleigh-Sommerfeld diffraction integrals and expansion of the aperture window function into a finite sum of complex Gaussian functions, and used to study the phase singularities of nonparaxial diffracted ChG vortex beams. The pair creation, annihilation, motion of phase singularities in the diffracted field and the dependence of position and number of phase singularities on the aperture and beam parameters, as well as on the beam nonparaxiality are illustrated by numerical examples.     

Focal shift and focal switch of flat-topped Mathieu-Gaussian beams passing through an apertured lens system

By introducing a hard aperture function into a finite sum of complex Gaussian functions, an approximate analytical expression predominating the distribution of axial intensity for the flat-topped Mathieu-Gauss (FTMG) beams passing through a system with the aperture and lens separated has been derived. The focal shift and the focal switch effect of FTMG beams passing through the system is studied in detail. Numerical calculations have shown that the position of real focal plane is not coincident with the geometrical focus but is somewhat shifted toward the lens. The focal shift and focal switch of FTMG beams take place when the relative separation s/f = 1 by a suitable choice of beam parameter and truncation parameter, for example, the beam parameter is smaller than its corresponding critical value or the truncation parameter is between its two corresponding critical values.     

异常空心光束通过球差光阑透镜的聚焦和在焦区的位相奇异特性

研究了用德拜公式对异常空心这类新型光束经过光阑透镜后的聚焦特性.结果表明,异常空心光束的形状一般不能保持传输不变性,但选择合适的截断参数和球差异常空心光束在一定位置可保持其初始光强分布近似不变.在焦区位相奇点会出现移动、产生和湮灭,并与截断参数、球差和光阑透镜半角有关.当无球差时,出现鞍点,奇点对的湮灭过程与鞍点对湮灭相伴发生,导致亚波长结构.用计算例对结果做了说明,并与文献中已有工作做了比较. 关键词： 异常空心光束 球差光阑透镜 位相奇点     

The creation-annihilation process of phase singularities of flat-topped beams in the focal plane

The creation-annihilation process of phase singularities of flat-topped beams in the focal plane is studied within the framework of the scalar paraxial approximation, where the new expression for flat-topped beams introduced by Li is taken as the beam model. It is shown that by suitably varying the truncation parameter, the phase singularities reorganize themselves, which leads to the annihilation of singularities in the focal plane, the creation of singularities outside the focal plane and subwavelength structures. Apart from the truncation parameter, the beam order of flat-topped beams additionally affects the spatial distribution of phase singularities.     

部分相干平顶光束经光阑衍射的偏振特性

根据光束的相干-偏振矩阵和传输理论，对部分相干平顶光束经正多边形光阑衍射的偏振特性进行了系统的研究.给出了部分相干平顶光束偏振度传输公式，并将高斯-谢尔模型光束以及部分相干平顶光束在自由空间传输的偏振度作为特例统一于一般表达式中.研究表明：部分相干平顶光束经光阑衍射的偏振特性与光阑截断参数、光束的空间相干性、衍射角、传输距离、平顶光束的阶数有关.     

部分相干平顶光束经光阑衍射的偏振特性

根据光束的相干-偏振矩阵和传输理论,对部分相干平顶光束经正多边形光阑衍射的偏振特性进行了系统的研究.给出了部分相干平顶光束偏振度传输公式,并将高斯-谢尔模型光束以及部分相干平顶光束在自由空间传输的偏振度作为特例统一于一般表达式中.研究表明：部分相干平顶光束经光阑衍射的偏振特性与光阑截断参数、光束的空间相干性、衍射角、传输距离、平顶光束的阶数有关. 关键词： 部分相干平顶光束 偏振特性 相干-偏振矩阵 正多边形光阑 光阑衍射     

Nonparaxial propagation of a vectorial apertured off-axis Lorentz beam

Based on the vectorial Rayleigh--Sommerfeld integral formula and the complex Gaussian expansion of the hard-edge aperture function, an analytical propagation expression for a nonparaxial vectorial off-axis Lorentz beam passing through a rectangular aperture is derived. The unapertured case, the far field expression and the scalar paraxial result are also presented as special cases of the general formulae, respectively. Some numerical examples are also given to show the propagation characteristics of a nonparaxial vectorial off-axis Lorentz beam through a rectangular aperture. It is indicated that the f parameter, the off-axis displacement and the truncation parameter all play an important role in determining nonparaxial propagation behaviour.