部分相干余弦-高斯光束

引入部分相干余弦-高斯光束,推导出部分相干余弦-高斯光束通过近轴ABCD光学系统的传输公式和M2因子,研究了部分相干余弦-高斯光束通过像散透镜的传输特性.结果表明,部分相干余弦-高斯光束的M2因子与部分相干余弦-高斯光束的空间相干参量和离心参量有关,但与透镜的像散系数无关.适当选取空间相干参量,离心参量或像散系数,在几何焦面处可得到类高斯、平顶和空心等不同的光强剖面,实现部分相干余弦-高斯光束的空间整形.     

部分相干余弦-高斯光束

引入部分相干余弦-高斯光束,推导出部分相干余弦-高斯光束通过近轴ABCD光学系统的传输公式和M2因子,研究了部分相干余弦-高斯光束通过像散透镜的传输特性.结果表明,部分相干余弦-高斯光束的M2因子与部分相干余弦-高斯光束的空间相干参量和离心参量有关,但与透镜的像散系数无关.适当选取空间相干参量,离心参量或像散系数,在几何焦面处可得到类高斯、平顶和空心等不同的光强剖面,实现部分相干余弦-高斯光束的空间整形.     

左手材料平板对傍轴高斯光束聚焦特性分析

在傍轴近似下,推导出了左手材料平板聚焦系统的传输矩阵,并利用ABCD定律得到了高斯光束在左手材料中和经过平板透镜聚焦后的传输公式。高斯光束在左手材料内部和像空间的传输公式的研究表明:像高斯光束和物高斯光束束腰大小一致,即左手材料平板透镜实际上对高斯光束没有聚焦作用。研究同时表明左手材料平板对高斯光束的聚焦与几何光学成像规律完全一致,而不存在一般透镜聚焦时的焦移效应。     

KDP,ADP调制器中高斯光束的传播和消光比的理论

本文用迭加原理给出高斯光束在各向同性、各向异性介质中的传播公式,及正入射情形下的反射和透射规律。由此给出依赖于晶块几何及高斯光束空间结构的KDP,ADP温度补偿Pockel调制器的消光比公式,并作了分析。虽然本文考虑的是更为普遍的情形,但导出的消光比公式却十分简洁。     

非傍轴矢量高斯光束的圆屏衍射

利用矢量瑞利衍射积分公式，推导出非傍轴矢量高斯光束圆屏衍射的解析表示式.非傍轴矢量高斯光束圆屏衍射的轴上场分布、远场表示式、自由空间中的传输公式，以及傍轴近似下高斯光束圆屏衍射的菲涅耳和夫琅禾费衍射公式可以作为一般公式的特例统一处理.数 值计算和比较实例说明了非傍轴矢量高斯光束的光强分布和远场特性.分析表明，在圆屏衍 射中，f参数和截断参数决定光束的非傍轴行为. 关键词： 传输光学 非傍轴矢量高斯光束 圆屏衍射 矢量瑞利衍射积分公式     

克尔效应对高斯光束聚焦特性的影响

利用菲涅尔—基尔霍夫衍射积分公式，研究薄片近似情况下的Kerr效应带来的波前畸变对高斯光束聚焦特性的影响.在相位延迟为－2~2 rad的范围内进行的模拟计算表明：正Kerr效应能提高高斯光束的聚焦强度、增大相对焦移量、提高聚焦光束的焦平面桶中功率和降低几何焦平面的峰值光强；而负Kerr效应，则会降低聚焦强度、增大相对焦移量、降低聚焦光束的焦平面桶中功率和几何焦平面的峰值光强.可以通过增大光束菲涅尔数来抑制Kerr效应对聚焦特性的影响.     

厄米-余弦-高斯光束的传输特性

 从广义惠更斯-菲涅耳衍射积分出发对厄米-余弦-高斯光束的传输特性作了研究，给出了厄米-余弦-高斯光束通过近轴ABCD光学系统的解析传输公式，以厄米-余弦-高斯光束通过自由空间和薄透镜系统为例做了数值计算和分析，结果表明厄米-余弦-高斯光束在自由空间传输时不能保持其形状不变。厄米-双曲余弦-高斯光束、余弦-高斯光束、厄米-高斯光束的传输公式可作为厄米-余弦-高斯光束的特例得出。     

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     

高斯光束第Ⅱ类二次谐波振荡的离散效应

利用直观推断法(heuristc)讨论了离散效应在高斯光束第Ⅱ类相位匹配(PM)二次谐波振荡(SHG)过程中的影响,导出了适用于任意离散参量B和聚焦参量ξ的高斯光束第Ⅱ类PMSHG转换效率的孔径积分公式.     

非球面系统中高斯光束传输的数值计算

高斯光束的理论公式从整体上描述了光束的传输特性,但并没有描述光束内每一光子的传播行为。基于高斯光束的单叶双曲面特性,建立了一个新的高斯光束光子传输模型。该模型将高斯光束视为由无数个共轴单叶双曲面构成的双曲线体,光子传播方向是在过该光子初始发射点的双曲面的两条直母线中等概率选择。基于该模型,通过计算大量光子经光学系统的传播轨迹可获得高斯光束的几何构形、光强分布、光子光程分布及其传播方向。对实际非球面光学系统的计算结果充分验证了该方法可全面、准确地模拟高斯光束的传输特性,且数值计算效率高。     

Propagation of elegant Laguerre–Gaussian beams through an annular apertured paraxial ABCD optical system

Based on the generalized Huygens–Fresnel diffraction integral and the expansion of the hard aperture function into a finite sum of complex Gaussian functions, the approximate analytical expression of elegant Laguerre–Gaussian beams passing through a paraxial ABCD optical system with an annular aperture is derived. Meanwhile, the corresponding closed-forms for the unapertured, circular apertured or circular black screen cases are also given. The obtained results provide more convenience for studying their propagation and transformation than the usual way by using diffraction integral formula directly. Some numerical examples are given to illustrate the propagation properties of elegant Laguerre–Gaussian beams.     

Kerr非线性介质中聚焦像散高斯光束的传输特性

当高功率激光通过Kerr非线性介质传输时,Kerr效应会严重影响激光的传输特性.实际应用中常遇到像散光束.迄今为止,像散光束传输特性的研究大都局限于在线性介质中的传输,而在非线性介质中传输的研究较少,且还未涉及像散激光束通过含光学系统的Kerr非线性介质传输变换的研究.本文主要研究Kerr效应对聚焦光束像散特性和焦移特性的影响,以及聚焦像散高斯光束的自聚焦焦距和光束焦点调控.在光束扩展情况下,推导出了聚焦像散高斯光束在Kerr非线性介质中传输的束宽、束腰位置和焦移的解析公式,研究表明:在自聚焦介质中,随着自聚焦作用增强(如光束功率增强),光束像散越强,但焦移越小;在自散焦介质中,随着自散焦作用增强(如光束功率增强),光束像散越弱,但焦移越大.另一方面,在光束自聚焦情况下,推导出了自聚焦焦距的解析公式,研究表明利用光束像散可以调控光束焦点个数.     

Tensor ABCD law for partially coherent twisted anisotropic Gaussian-Schell model beams

A 4 x 4 complex curvature tensor M>(-1) is introduced to describe partially coherent anisotropic Gaussian-Schell model (GSM) beams. An analytical propagation formula for the cross-spectral density of partially coherent anisotropic GSM beams is derived. The propagation law of M(-1) that is also derived may be called partially coherent tensor ABCD law. The analytical formulas presented here are useful in treating the propagation and transformation of partially coherent anisotropic GSM beams, which include previous results for completely coherent Gaussian beams as special cases.     

Propagation of Airy beams through a hard-edged aperture

Based on the fact that a hard-edged aperture function can be expanded into a finite sum of complex Gaussian functions, we obtain the analytical formula for the propagation of the Airy beams in free space and through the fractional Fourier transformation (FrFT) system. According to the derived formulas, the propagation properties of the Airy beams in free space and through the FrFT plane with a hard-edged aperture are illustrated numerically.     

Analytical propagation equation of astigmatic Hermite–Gaussian beams through a 4×4 paraxial optical system and their symmetrizing transformation

Starting from the Collins formula, a closed-form propagation equation of astigmatic Hermite–Gaussian (H–G) beams through a 4×4 paraxial optical system is derived, which permits us to calculate the irradiance distribution at any propagation plane and to study the symmetrization of astigmatic standard and elegant H–G beams. A detailed symmetrizing transformation of astigmatic H–G beams through a three-cylindrical-lens mode converter is illustrated both analytically and numerically. It is found that in accordance with the second-order moments characterization, there are two types of beam symmetrization. The transformation of standard H–G beams through the three-cylindrical-lens mode converter belongs to the perfect symmetrization, whereas the transformation of elegant H–G beams is the imperfect one.     

Propagation of Bessel-modulated Gaussian beams through a paraxial ABCD optical system with an annular aperture

Based on the generalized Collins diffraction integral and the expansion of the hard aperture function into a finite sum of complex Gaussian functions, the approximate analytical expressions of Bessel-Gaussian beams and QBG beams passing through a paraxial ABCD optical system with an annual aperture are derived. As special cases, the corresponding closed-forms for the unaperture or circular aperture or circular black screen cases are also given. The results provide more convenience for studying their propagation and transformation than the usual way by using diffraction integral formula directly. Numerical examples are given to illustrate the propagation properties of Bessel-Gaussian and QBG beams.     

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.     

厄米-高斯光束通过多个硬边光阑复杂光学系统变换的计算模拟

 用Wen的方法研究了厄米－高斯光束通过含有多个硬边光阑复杂光学系统的传输,推导出了具有快速计算优点的传输公式，使计算时间大为减少。高斯光束传输可作为理论模型的特例得出。数值计算例表明使用该解析公式所得结果和直接对Collins公式作数值积分的结果符合较好。对所用方法和所得结果的进一步推广作了讨论。     

Propagation properties of vectorial elliptical Gaussian beams beyond the paraxial approximation

Starting from the vectorial Rayleigh diffraction integral formula and without using the far-field approximation, a solution of the wave equation beyond the paraxial approximation is found, which represents vectorial non-paraxial elliptical Gaussian beams in free space. The far-field expressions for non-paraxial Gaussian beams and elliptical Gaussian beams can be regarded as special cases treated in this paper. Some basic propagation properties of vectorial non-paraxial elliptical Gaussian beams, including the irradiance distribution, phase term, beam widths and divergence angles are studied. Numerical results are given and illustrated.     

双曲余弦高斯光束通过有光阑限制的ABCD光学系统的传输

对双曲余弦高斯光束通过有硬边光阑的一阶ABCD光学系统的传输进行了研究,采用将矩形域函数表示为复高斯函数叠加的技巧,推导出了解析的传输公式,在特殊情况下,该公式简化为在无光阑情况下的传输公式,对双曲余弦高斯光束通过有光阑限制的薄膜镜聚焦进行了数值计算,计算结果与直接由柯林斯（Collins)公式所得结果一致,且此解析方法便于进行物理分析,可节约大量机时。