晶体锥折射空心光束的位相差及偏振特性

根据双轴晶体内锥折射效应产生空心光环的基本原理,推导出空心光环上各点相对于光环最低点的位相差分布规律解析式.通过模拟得到了位相差分布规律,证明了光环上各点的偏振方向变化具有连续性.实验采用非偏振的He-Ne激光准直后经小孔光阑垂直照射KNbO3晶体获得了空心光束,对其偏振特性进行了测试,结果与理论分析相吻合,很好的验证了理论分析的正确性.     

晶体锥折射空心光束的位相差及偏振特性

根据双轴晶体内锥折射效应产生空心光环的基本原理,推导出空心光环上各点相对于光环最低点的位相差分布规律解析式.通过模拟得到了位相差分布规律,证明了光环上各点的偏振方向变化具有连续性.实验采用非偏振的He-Ne激光准直后经小孔光阑垂直照射KNbO3晶体获得了空心光束,对其偏振特性进行了测试,结果与理论分析相吻合,很好的验证了理论分析的正确性.     

拼接光栅的偏差对光束空间特性的影响

用拼接小尺寸多层介质膜衍射介质膜衍射光栅的办法制作大口径的高破坏阈值光栅成为解决拍瓦激光系统输出能量的关键技术———光栅拼接技术。拼接的每个光栅都存在五维自由度的偏差,对激光脉冲的空间特性和时间特性产生影响。用夫琅禾费衍射的方法分析了拼接光栅的偏差对光束空间特性的影响,建立了偏差和远场强度分布之间的函数关系并用数值方法进行模拟,得出角度偏差对光束远场分布的影响可以忽略,而位移偏差:光栅间拼缝和前后位移偏差是影响光束远场分布的关键因素。     

超高斯涡旋光束在空间中的传输特性

研究了超高斯涡旋光束光强最大值、光斑半径以及环围能量半径等参数随传输距离和拓扑荷数的变化规律,并与高斯涡旋光束做了比较,结果表明：超高斯涡旋光束的光斑半径和环围能量半径随拓扑荷数及传输距离呈近似线性关系;对同一拓扑荷数和传输距离,高斯涡旋光束的能量较超高斯涡旋光束要发散;当拓扑荷数较大时,超高斯涡旋光束的光斑半径比高斯涡旋光束更大。针对光束质量研究了广义光束质量因子随传输距离和拓扑荷数的变化,结果表明传输距离足够远时,拓扑荷数较小的超高斯涡旋光束具有更好的光束质量。     

拉盖尔-高斯光束在界面反射和折射的质心偏移特性研究

在圆柱坐标系中研究了傍轴线偏振拉盖尔-高斯光束在两种各向同性介质界面反射和折射后光强质心的偏移. 基于菲涅耳近似和泰勒级数展开,分别得到了部分反射和全反射两种情形下,质心的横向偏移和纵向偏移与光束拓扑荷的解析关系式. 研究表明,部分反射时,反射和折射光束的横向偏移的大小与光束的拓扑荷成正比,方向由拓扑荷的符号决定;而纵向偏移仅仅大小与光束的拓扑荷有关. 全反射时,反射光束质心偏移不受拓扑荷影响. 通过数值模拟验证了解析结果的正确性,并得到了解析公式的适用条件. 拉盖尔-高斯光束的质心偏移特性可应用于测量光 关键词： 拉盖尔-高斯光束 横向偏移 纵向偏移 拓扑荷     

位相畸变光束的聚焦特性与光束质量

针对高斯型随机位相畸变，应用夫琅和费衍射积分研究了畸变光束的聚焦特性和光束质量Ｍ＾２因子，给出子它们随位相畸变特征量主烨的近似分析和数计算结果，可为高功率激光器的设计提供理论依据。     

球面折射系统对高斯光束的变换和传输模拟

为研究高斯光束在厚透镜中的传输特性,由几何光学处理傍轴光线的方法,理论上推导了高斯光束的物像束腰位置以及物像束腰半径间的关系,并由高斯光束传输光线就是单叶双曲面直母线的假设,光线追迹模拟了高斯光束在透镜系统的传输过程.模拟结果表明,当物高斯光束束腰位置与透镜系统物方焦点的距离远大于高斯光束的共焦参数时,用几何光学傍轴光线方法所得到的高斯光束束腰位置和半径的理论结果与光线追迹得到的高斯光束束腰位置和半径模拟结果一致,否则,光线追迹模拟结果不正确.     

基于调制光束的空间相干性获得局域空心光束

通过调制部分相干光的空间相干性,实现了局域空心光束的产生。理论上根据范西泰特-策尼克定理及标量衍射积分,构造出具有一定空间相干性的部分相干光,并研究其聚焦特性。实验上采用理论上要求的光学系统来构造具有特定空间相干性的部分相干光,并采用薄透镜聚焦部分相干光。研究表明,当构造出的部分相干光经透镜聚焦,可得到局域空心光束。研究了光学系统的参数及透镜焦距对产生局域空心光束的影响,结果显示：光阑的拦截比及透镜的焦距越大,获得的空心光束的尺寸就越大。     

基于调制光束的空间相干性获得局域空心光束

 通过调制部分相干光的空间相干性,实现了局域空心光束的产生。理论上根据范西泰特-策尼克定理及标量衍射积分,构造出具有一定空间相干性的部分相干光,并研究其聚焦特性。实验上采用理论上要求的光学系统来构造具有特定空间相干性的部分相干光,并采用薄透镜聚焦部分相干光。研究表明,当构造出的部分相干光经透镜聚焦,可得到局域空心光束。研究了光学系统的参数及透镜焦距对产生局域空心光束的影响,结果显示：光阑的拦截比及透镜的焦距越大,获得的空心光束的尺寸就越大。     

光束的空间相干性与空间质量评价

光束空间质量评价的标准应该能够反映光束的空间相干性和强度(功率或能量)分布,并主要由空间相干性的优劣来说明.本文对模式纯度(1-δ)以及空间质量评价因子-衍射极限倍数因子M²做了讨论,并对此因子的表达形式提出了我们的改进建议.     

高斯光束通过非线性折射和吸收介质的光强分布

以衍射理论为基础,推导并模拟了高斯光束通过非线性折射和吸收效应介质后的远场光强分布。结果表明:入射高斯光束引起的介质折射率变化和光束波前曲率影响介质出射面光束的径向调制相位,安装在焦点前的有自聚焦效应的介质和安装在焦点后的有自散焦效应的介质具有闪耀光栅的能力,使远场出现中心为暗斑外侧为亮环的衍射图样。非线性折射效应为主的介质,其非线性吸收效应的变化同时改变远场衍射图样的数目和光强值,但对于非线性吸收效应为主的介质,衍射图样的数目随吸收效应的变化不明显,吸收效应只影响光强值。     

万有引力与空间弯曲

１６８７年著名的物理学家牛顿出版了伟大的科学著作《自然哲学的数学原理》,在这部著作中,写下了牛顿三大运动定律、万有引力定律等力学定律．牛顿运动定律总结提炼了当时已发现的地面上所有力学现象的规律,形成了经典力学的基础,并且至今仍在许多工程技术中发挥着从未衰退的作用．而万有引力定律成功地解释了星体的运动规律,计算出了行星的运行轨道和三个宇宙速度,指出了引力存在于宇宙万物之中,宣布了天上地下的物体都遵循同样的规律,彻底否定了亚里士多德的天地有别的思想．这是人类认识史上的一次大飞跃,也是人类正确认识天体…     

部分相干双曲余弦-高斯光束的传输特性和空间整形

 通过加入高斯项的空间相干度，引入部分相干双曲余弦-高斯（ChG）光束，推导出部分相干ChG光束通过近轴ABCD光学系统传输的解析表达式，并用以研究其传输特性和空间整形。结果表明，部分相干ChG光束的光强分布不能保持传输不变性，其光强分布不仅与传输距离和离心参数有关，而且还与空间相干参数有关。在传输距离固定时，适当改变部分相干ChG 光束的离心参数和空间相干参数，可实现光束的空间整形。光束质量因子随空间相干性的增大和离心参数的减小而减小。高斯-谢尔模型光束和完全相干ChG光束可作为部分相干ChG光束的特例处理。     

平顶高斯光束的传输特性

将平顶高斯光束作为一个整体光束处理 ,研究了它通过近轴 ABCD光学系统的传输特性。对无光阑情况 ,推导出较为普遍的解析式 ;而对有光阑限制情况 ,数值积分是可行的。给出的典型数值计算结果证实了这种方法与有限拉盖尔 -高斯函数展开法是等价的。     

高斯光束的合成特性分析

建立了矩形阵列高斯光束合成模型,采用数值模拟方法计算了光束间距、单元光束特性以及阵列结构等参数对非相干合成和同相位相干合成的远场峰值强度及光束质量的影响,描述了非同相位相干合成可能产生的结果,讨论了同轴与非同轴合成,相干与非相干合成的特点。结果表明：非相干和同相位相干合成时的光束质量随着单元光束的增多而变差,并且随着光束间距与单元光束束腰之比的增大而下降;而非同相位相干合成的结果较为复杂,可能产生完全相消干涉,合成光束“重心”离轴及束腰位置偏移等现象。分析认为：同轴合成可以获得最佳的光束质量,是值得采用的合成方式。此外,同轴相干合成优于非相干合成的充分条件是将单元光束之间的相位差控制在(-π/4,π/4)以内。     

LED焦散光束的传输特性

利用LED光源产生焦散光束,并应用交叉谱密度函数及多光谱叠加的原理计算了轴棱锥后LED部分相干焦散光束的光强分布。理论分析和实验结果验证了像散等参量对焦散光束的影响。通过研究传输距离对LED焦散光束的影响发现,随着传输距离增大,焦散光束星状外轮廓尺寸变大,中心光斑逐渐向外环对称分裂,同时中心光强相应减弱,光点阵列衬比度逐渐降低,最终将演化成近似空心光束。研究结果丰富了焦散光束的内涵,为LED焦散光束的实际应用提供了理论基础和实验依据。     

高斯光束的合成特性分析

 建立了矩形阵列高斯光束合成模型,采用数值模拟方法计算了光束间距、单元光束特性以及阵列结构等参数对非相干合成和同相位相干合成的远场峰值强度及光束质量的影响,描述了非同相位相干合成可能产生的结果,讨论了同轴与非同轴合成,相干与非相干合成的特点。结果表明：非相干和同相位相干合成时的光束质量随着单元光束的增多而变差,并且随着光束间距与单元光束束腰之比的增大而下降;而非同相位相干合成的结果较为复杂,可能产生完全相消干涉,合成光束“重心”离轴及束腰位置偏移等现象。分析认为：同轴合成可以获得最佳的光束质量,是值得采用的合成方式。此外,同轴相干合成优于非相干合成的充分条件是将单元光束之间的相位差控制在(-π/4,π/4)以内。     

洛伦兹光束的传输特性研究

运用光束传输的二阶矩理论,对洛伦兹光束的传输特性进行了研究,给出了束腰、横向发散角和光束传输因子的表达式.横向束腰仅取决于对应方向上的光束参数;而横向发散角和光束传输因子却取决于两横向上的光束参数.给出了光束传输因子随两横向光束参数的变化关系曲线.结果表明,两横向上的光束传输因子随两光束参数的变化规律是不相同的,而整体的光束传输因子随两光束参数的变化是前两者的综合体现;但在傍轴情形下,光束传输因子趋向于常数141,因此,对于相同束腰,其傍轴条件下的发散性为对应高斯光束的141倍.所以,洛伦兹光束适合用于描述某些发散程度较大的激光光源. 关键词： 洛伦兹光束 光束传输 二阶矩