球差透镜聚焦部分相干光束获得局域空心光束

基于Collins公式,研究了空间相干度为零阶贝塞耳函数的部分相干光通过球差透镜后在几何焦平面附近的光强分布情况.研究表明,通过改变部分相干光的光谱相干度,球差系数可以得到平顶光束和局域空心光束.球差系数决定了最佳聚焦点的位置.当球差系数为正时,最佳聚焦点随着球差系数的增大向远离透镜的方向运动,甚至超过几何焦点;当球差系数为负时,最佳聚焦点随着球差系数绝对值的增大向靠近透镜方向移动.另外,在正负球差绝对值相等时,光强分布以几何焦点相对称.     

高斯光束经过负球差透镜的聚焦

本文讨论高斯光束经过负球差透镜的聚焦，得到了聚焦光场轴上点的光强分布的表示式，并对其进行数值计算。数值计算结果表明，在负球差的情况下，得到光强的最大点位置（最佳聚焦点）相对于无球差情况，往透镜方向移动，并且，最佳聚焦点的光强较无球差时大，当Ｎｗ＝１，Ｎａ＝５，ｋＳ１＝－０．２时，得到的最佳聚焦点的光强是无球差时的１．３４倍。本文还讨论了透镜的菲涅尔数对聚焦光场分布的影响。结果表明，当透镜的菲涅尔数小于１时，球差对高斯光束的聚焦的影响可以忽略。     

部分相干修正贝塞尔高斯光束通过球差透镜的聚焦特性

由部分相干光的传输理论出发,对部分相干修正贝塞尔高斯光束通过球差透镜聚焦后轴上光强分布进行了研究.数值计算表明:当光谱相干度较小时,正、负球差对应的最佳聚焦点位于无球差时对应的最佳聚焦点的两侧;当光谱相干度较大时,正、负球差对应的最佳聚焦点将位于无球差时对应的最佳聚焦点的左侧.研究进一步表明,最佳聚焦点随着透镜菲涅耳数的增大向几何焦点方向靠近,并趋于一个定值.当光束菲涅耳数为1时,无球差时对应的最佳聚焦点逐渐趋于0.908,该值与光谱相干度无关,当透镜具有球差时,该值与光谱相干度有关.     

部分相干平顶高斯光束通过球差透镜的聚焦特性

 基于部分相干光的传输理论,研究了部分相干平顶高斯光束通过球差透镜聚焦后轴上点的光强分布。数值计算表明:轴上最佳聚焦点随着球差从负到正的变化而向几何焦点方向移动;光束阶数越大,实现最佳聚焦点越过几何焦点所需的正球差值越小;正负球差对应的最佳聚焦点始终分居于无球差时最佳聚焦点的两侧;轴上最佳聚焦点的光强随着球差从负到正的变化而变小;当正负球差绝对值较大时,光强随球差的变化较为缓慢,而在球差值为0附近,光强随球差的变化比较剧烈。     

拉盖尔-高斯光束通过光阑-透镜分离系统的聚焦特性和焦移

使用Collins公式推导了拉盖尔-高斯光束通过光阑-透镜分离系统的光强分布。利用数值计算详细分析和说明了其聚焦特性。分析得出光阑-透镜分离程度的大小影响相对焦移的大小和光强的分布,并引起焦移可能相反或消失。而且发现满足一定条件时在一段较大的轴向距离上光强几乎等于光强极大值,从而可获得一个较大的光强极大范围。     

部分相干平顶高斯光束通过球差透镜的聚焦特性

基于部分相干光的传输理论,研究了部分相干平顶高斯光束通过球差透镜聚焦后轴上点的光强分布。数值计算表明:轴上最佳聚焦点随着球差从负到正的变化而向几何焦点方向移动;光束阶数越大,实现最佳聚焦点越过几何焦点所需的正球差值越小;正负球差对应的最佳聚焦点始终分居于无球差时最佳聚焦点的两侧;轴上最佳聚焦点的光强随着球差从负到正的变化而变小;当正负球差绝对值较大时,光强随球差的变化较为缓慢,而在球差值为0附近,光强随球差的变化比较剧烈。     

拉盖尔-高斯光束通过光阑-透镜分离系统的聚焦特性和焦移

 使用Collins公式推导了拉盖尔-高斯光束通过光阑-透镜分离系统的光强分布。利用数值计算详细分析和说明了其聚焦特性。分析得出光阑-透镜分离程度的大小影响相对焦移的大小和光强的分布，并引起焦移可能相反或消失。而且发现满足一定条件时在一段较大的轴向距离上光强几乎等于光强极大值，从而可获得一个较大的光强极大范围。     

高阶贝塞尔脉冲光束通过色散光阑透镜的传输特性

研究了高阶贝塞尔脉冲光束通过色散光阑透镜的光谱和时间空间特性.结果表明:脉冲光束在几何焦面上会出现光谱开关,透镜色散使产生光谱开关的临界位置向z轴移动;透镜一阶色散使几何焦面上峰值光强减小,并使脉冲波形产生显著时间移动和展宽,而二阶和高阶色散的影响较小.此外,光束阶数n和空间参量α也会影响横向光强分布.     

非均匀偏振光束通过环状光阑像散透镜的聚焦特性

借助于光束相干偏振矩阵和广义惠更斯－菲涅耳衍射积分公式,研究了非均匀偏振(NUP)光束通过环状光阑像散透镜的聚焦特性,并将圆孔光阑作为环状光阑内径为零的特例处理.数值计算结果表明,实际焦点位置、光强和偏振度分布与透镜的像散、环状光阑的菲涅耳数和遮拦比以及NUP光束参量有关.     

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.     

Changes in the kurtosis parameter of super-Gaussian beams passing through a spherically aberrated lens

Based on the Collins formula and irradiance moments definition, the propagation of the kurtosis parameter of super-Gaussian beams through a spherically aberrated lens is studied. Detailed numerical results are given. It is shown that, as compared with aberration-free super-Gaussian beams, the profile of spherically aberrated super-Gaussian beams can be leptokurtic, mesokurtic or platykurtic, depending on the aberration and propagation distance. The results for the spherically aberrated Gaussian beams can be dealt with as a special case treated in this paper. Finally, the advantage of our method is pointed out.     

Changes in the intensity distribution and polarization of non-uniformly polarized beams focused by a spherically aberrated lens with annular aperture

Based on the generalized Huygens-Fresnel diffraction integral and beam coherence polarization (BCP) matrix formulation, the focusing properties of a type of non-uniformly polarized (NUP) beam through a spherical aberrated lens with annular aperture are studied. The dependence of focal shift, intensity distribution, power in the bucket (PIB) and degree of polarization on the spherical aberration coefficient, obscure ratio and polarization parameters is illustrated numerically. The focusing of NUP beams by a spherically aberrated lens with circular aperture is treated as a special case, where the inner radius of the aperture is equal to zero.     

被圆相位片衍射的空心高斯光束的远场矢量结构特征

基于麦克斯韦方程组解的矢量角谱表述与稳相法,在仅有远场近似的条件下,得到了被圆相位片衍射的空心高斯光束远场能流密度分布的解析表达式.结果表明,光束的总能流可以表示为自由项与附加项之和,其中附加项是相位片对能流分布的影响;总能流、自由项能流、附加项能流又可以分别表示为各自的TE项和TM项之和.利用所导出的公式,描绘了空心高斯光束的总能流、自由项能流、附加项能流及其各自的TE项与TM项能流的横截面分布图.讨论了截断参数与附加相移对纵向总能流分布的影响.     

Study on propagation properties of a radially polarized partially coherent dark hollow beam through a high numerical aperture lens

In recent years the partially coherent beams have attracted very much due to novel properties and its applications. In this paper the tight focusing properties of radially polarized partially coherent dark hollow beam (DHB) through a high numerical aperture lens are investigated numerically based on vectorial Debye theory in detail. The result shows that the optical intensity distribution in the focal region directly fluctuates due to small change in coherence length and high numerical aperture angle of the focused radially polarized partially coherent DHB.     

Focusing properties of Gaussian Schell-model beams by an astigmatic aperture lens

This paper studies the focusing properties of Gaussian Schell-model (GSM) beams by an astigmatic aperture lens. It is shown that the axial irradiance distribution, the maximum axial irradiance and its position of focused GSM beams by an astigmatic aperture lens depend upon the astigmatism of the lens, the coherence of partially coherent light, the truncation parameter of the aperture and Fresnel number. The numerical calculation results are given to illustrate how these parameters affect the focusing property.     

光束自聚焦的矢量理论研究

基于矢量非傍轴非线性Schr-dinger方程,利用调制理论研究了光束的自聚焦特性,比较了非零电场散度项和非傍轴项在消除自聚焦崩塌方面的贡献。结果表明,引入两项之一都可使光束聚焦到一有限宽度后开始散焦,然后又自聚焦,如此作聚焦-散焦的周期性循环。但是,在光束自聚焦点附近,非零电场散度项的作用要强于非傍轴项。     

环状球差透镜对超高斯光束光束质量的影响

以桶中功率及β值为光束质量评价参数,分析了环状球差透镜的球差系数、遮拦比等参数对超高斯光束光束质量的影响。研究表明,在几何焦面和实际焦面的桶中功率曲线是不同的,选用适当参数的负球差环状透镜, 可获得比无球差环状透镜更高功率/能量集中度的光束。     

高次方涡旋光束经大数值孔径透镜的聚焦特性

为了获得多种类型的波长量级聚焦光斑,研究了一种新型涡旋光束,高次方涡旋光束经过大数值孔径透镜的聚焦。基于矢量德拜积分公式,理论上研究了线偏振的高次方涡旋光束经过大数值孔径透镜的聚焦特性。研究了涡旋光束的拓扑荷数和幂次方数对聚焦平面光强和电场x分量的相位分布的影响。研究结果表明,通过控制涡旋光束的拓扑荷数和幂次方数可以产生不同类型的聚焦光强分布,例如尺寸约为2个波长大小的实心和空心型聚焦光斑。此外,与普通的涡旋光束聚焦不同,高次方涡旋光束聚焦后的奇点并不在焦点处。这些特殊的聚焦光斑有望在微粒的操控等领域中得到应用。     

利用相位光阑实现高斯光束均匀化

高斯光束均匀化是许多应用所要求的。本文提出只用一个简单的相位光阑实现高斯光束强度均匀化的新方法，给出了计算结果。这是一种简单、高效和均匀化程度好的高斯光束均匀化方法。     

Analytical vectorial structure of the anomalous hollow beam in the far field

On the basis of the vector angular spectrum representation of the Maxwell equations and the method of stationary phase, the analytical vectorial structure of an anomalous hollow beam in free space is presented. The energy flux distributions of the anomalous hollow beam, its TE and TM terms in the far field are investigated. The analytical results are analyzed with numerical examples.