自适应光学系统内光路的像差校正研究

自适应光学系统内光路像差的校正对获得好的光束质量至关重要.实际中采用的校正方案是常规共轭式自适应光学.然而系统菲涅耳数较小时,激光在传输过程中的衍射效应严重影响着系统内光路像差的校正效果.基于随机并行梯度下降算法模拟了不同程度衍射效应(以菲涅耳数表征)下的校正效果,模拟结果表明,像差校正效果随着菲涅耳数的变小而变差.同...     

光学系统像点附近的光强空间分布

根据准确的菲涅耳衍射振幅和光强解析表达式推导出光学系统像点队近的光强空间分布。与采用洛梅尔函数计算不同,文中使用常用的贝塞尔函数准确地计算了光强空间分布,从而使计算更容易、结果更直观。并对菲涅耳数这一物理概念进行了论述。     

会聚高斯光束焦点附近的三维光分布状态

根据惠更斯 菲涅耳原理 ,推导出了会聚高斯光束经圆形孔径衍射后焦点附近的三维光分布状态级数表达式 ,并与经典的均匀光波理论进行了比较。讨论了会聚高斯光束焦移与光学系统及高斯光束参数的关系。给出了会聚高斯光束焦点附近的等照度线图。结果表明 ,对于大菲涅耳数系统来说 ,其光强分布具有对称性     

光学系统中的光栅衍射自成像现象:广义的Talbot效应

本文基于菲涅耳-克希霍夫(Fresnel-Kirchhoff)积分推导了在菲涅耳(Fresnel)近似下,光栅在光学系统中的衍射自成像现象:广义的Talbot效应。并把几何成像归结为Talbot成像的一个特殊情况。依据广义Talbot公式,讨论了在平行光、球面波照明时,光栅的衍射自成像特点。最后,用干涉观点解释了光学系统中的衍射自成像现象。     

双Pearcey光束的构建及数学机理研究

通过推导椭圆线的菲涅耳衍射分布,得到了形如Pearcey函数的数学表达式.通过数值模拟和实验产生,发现椭圆光环经菲涅耳衍射后形成的Pearcey光束外形上很像两个经典Pearcey光束面对面组合而成,我们把它命名为双Pearcey光束,这是形式不变Pearcey光束家族的新成员.随后,利用数学突变理论,给出了双Pearcey光束所具有的光学拓扑结构的数学机理和相应表达式.     

平面透射光栅的菲涅耳衍射

从标量场的菲涅耳衍射理论出发,研究了球面波入射平面透射光栅的衍射场,导出菲涅耳衍射场的复振幅分布,并得到光栅菲涅耳衍射角的计算公式．结果表明,在理想情况下菲涅耳衍射的每一级衍射波都是一个球面波;在对菲涅耳衍射角进行新的定义后,衍射角的计算仍然可以采用夫琅禾费衍射的光栅方程．     

环状光束通过透镜的聚焦特性研究

给出了环状光束在柱坐标系下的一种描述模型,并利用广义衍射积分理论,推导出环状光束经过近轴ABCD光学系统的传输公式.在此基础上,通过数值模拟方法定量分析了环状光束的聚焦光强分布以及焦面处的桶中功率.研究结果表明,环状光束的聚焦特性与光束阶数以及系统菲涅耳数有关;环状光束在实际焦面和几何焦面上的桶中功率均随着遮拦比的增大而降低,而随着系统菲涅耳数的增大而增大.在实际工作中,通过合理地选取系统菲涅耳数和光束遮拦比可以有效地控制环状光束聚焦后的光束质量.     

宽频带激光自由空间传输的调制特性研究

基于惠更斯-菲涅耳衍射积分公式,研究了宽带光束在菲涅耳衍射区的自由空间传输特性,得到宽带光束传输的调制深度与光束带宽Δλ及菲涅耳数F的变化关系。结果表明:一定的带宽对光束的均匀性有适当的改善;当光束的带宽Δλ<2λ0/F时,带宽越大,光束越均匀;当带宽满足条件Δλ=2λ0/F时,菲涅耳衍射完全消失;在一定的菲涅耳数范围内,宽带光束的调制深度随菲涅耳数振荡变化,振荡曲线的主极大值和次极大值分别出现在菲涅耳数为奇数和偶数处,而极小值则出现在菲涅耳数F=2k±1/3(k=1,2,3,…)处,在极小值处光束的均匀性最好。     

用菲涅耳半波带法计算屏障的声插入损失

本文以惠更斯-菲涅耳衍射原理为基础,运用菲涅耳半波带叠加的概念,给出了在一半无限大薄屏后球面波的衍射声场中接收点的声压幅值的近似表达式,并推广至声屏障为一尖劈或一个三边厚障板的情况,得到了屏障声插入损失的一种新的计算方法,称为菲涅耳半波带法。理论计算值与实验结果符合较好,表明该方法可应用于噪声控制工程中。     

双焦透镜对Bessel光束传输的影响

研究非轴对称象散光学元件双焦透镜对无衍射Bemel光束的聚焦特性.基于空间域中的广义惠更斯.菲涅耳衍射理论衍射积分,用4×4阶矩阵来描述非轴对称光学系统,导出Bessel光通过双焦透镜更为普遍和广义的光强分布表达式,并对其光强进行数值模拟.分析双焦透镜在x,y面上的焦距取不同值时对Bessel光的影响.导出的广义光强分布表达式包括了普通透镜、双焦透镜和柱透镜的所有情况.研究发现,当象散越大,图形畸变程度越大,导致得到的光学bottle beam的光束质量下降,bottle壁变形,囚禁微观粒子的能力也随之下降.