厄米-余弦-高斯光束通过具有光阑光学系统时的传输特性

当厄米_余弦_高斯光束通过带有矩形光阑的一阶ABCD近轴光学系统时,可由Collins公式给出其场分布的积分形式。将其中硬边光阑的窗口函数写成矩形函数,并将矩形函数用高斯函数展开,通过积分可得到由光阑限制的厄米_余弦_高斯光束传输的解析式。分析和讨论了厄米_余弦_高斯光束通过具有圆孔光阑限制的薄透镜系统时的情况,其结果与直接用广义衍射积分公式进行复杂数值计算时的结果完全一致。这样不仅便于进行物理分析,而且也节省了计算机的计算时间。     

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。     

洛伦兹光束经光阑失调傍轴光学系统的传输

基于广义衍射积分公式和光阑函数的复高斯展开,导出了一洛伦兹光束经一个带圆形光阑失调傍轴光学系统的近似解析传输公式.作为一般公式的特例,还给出了洛伦兹光束经一无光阑失调傍轴光学系统的解析传输式.作为数值计算的例子,运用所得到的公式分析了洛伦兹光束经带光阑失调薄透镜的传输特性.结果表明：不同强度的衍射即圆形光阑半径的大小明显影响衍射光束的归一化强度分布及其传输变化规律. 关键词： 洛伦兹光束 失调傍轴光学系统 光束传输     

两种硬边衍射光束计算模拟方法的比较

以平顶高斯光束通过多个硬边光阑ABCD复杂光学系统的传输为例,分别用矩阵表示法和复高斯函数展开法推导出其对应的解析公式,并通过大量数值计算对两种方法进行比较。研究表明,矩阵表示法其解析公式形式简洁、规范,它在菲涅尔和夫琅禾费衍射区都很精确,但仅适用于圆对称光束和光学系统。复高斯函数展开法其解析公式形式较为复杂,它在非常靠近光阑的菲涅尔衍射区的误差较大,但是它可适用于圆对称和非圆对称光束和光学系统。两种方法与直接对Collins公式积分比较都能节约大量机时。     

高斯光束通过有硬边光阑ABCD光学系统的近似解析传输公式

 对高斯光束通过有硬边光阑近轴ABCD光学系统的传输进行了研究,采用将矩形函数展开为复高斯函数的技巧,推导出了近似的解析传输公式。以高斯光束在有光阑情况下自由空间的传输为例进行了数值计算,对所用方法能节约大量机时的优点和计算误差作了讨论,并进一步推广用于平面波和平顶高斯光束,证实了这一方法具有广泛的应用意义。     

高斯光束通过有硬边光阑ABCD光学系统的近似解析传输公式

对高斯光束通过有硬边光阑近轴ABCD光学系统的传输进行了研究,采用将矩形函数展开为复高斯函数的技巧,推导出了近似的解析传输公式。以高斯光束在有光阑情况下自由空间的传输为例进行了数值计算,对所用方法能节约大量机时的优点和计算误差作了讨论,并进一步推广用于平面波和平顶高斯光束,证实了这一方法具有广泛的应用意义。     

通过有光阑近轴ABCD光学系统激光束的近似解析传输公式

 用傅立叶级数展开法研究光束通过有光阑限制的近轴ABCD光学系统的传输特性，导出了光阑透射率函数不同时的传输公式。硬边光阑的情况可作为其它光阑的特例得到，其它光阑也可视作硬边光阑来处理。数值计算表明了该方法快速的优点，并得到与用Collins公式直接积分一致结果。     

通过有光阑近轴ABCD光学系统激光束的近似解析传输公式

用傅立叶级数展开法研究光束通过有光阑限制的近轴ABCD光学系统的传输特性,导出了光阑透射率函数不同时的传输公式。硬边光阑的情况可作为其它光阑的特例得到,其它光阑也可视作硬边光阑来处理。数值计算表明了该方法快速的优点,并得到与用Collins公式直接积分一致结果。     

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.     

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.     

Focal properties of cylindrically polarized axisymmetric Bessel-modulated Gaussian beams by a high NA parabolic mirror

Focusing properties of the cylindrical vector axisymmetric Bessel-modulated Gaussian beam with quadratic radial phase dependence (QBG beam) in high numerical aperture parabolic mirror system is investigated theoretically by vector diffraction theory. Results show that intensity distribution in focal region can be altered considerably by beam parameter μ and polarization angle. The tightly focused cylindrically polarized axial symmetric Bessel-modulated Gaussian beams by a high numerical aperture parabolic mirror have possible applications in particle acceleration, optical trapping and manipulating, single molecule imaging and high resolution imaging microscopy.     

像散透镜对高斯光束的变换特性

 基于广义惠更斯-菲涅尔衍射积分,并考虑了像散的影响,对高斯光束通过像散透镜后的传输特性作了解析研究,以光束传输因子和桶中功率为参数分析了像散高斯光束的光束质量,并以数值计算例加以说明。     

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.     

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。     

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。     

Propagation of a stochastic electromagnetic Gaussian Schell-model beam through an optical system in turbulent atmosphere

A generalized diffraction integral formula for stochastic electromagnetic beams propagating through an optical system in turbulent atmosphere is derived with the help of tensor method. Some analyses are illustrated by a numerical example relating to changes in the average intensity and the degree of polarization of an electromagnetic Gaussian Schell-model beam propagating through a double-lenses system. It is shown that the optical system has strong influence on the propagation properties of the beam. The method used in this paper can be widely applied to the propagation of astigmatic beams through an optical system in turbulent atmosphere.     

基于标量衍射理论下的球面折射微透镜对高斯光束的准直研究

本文应用瑞利-索末菲标量衍射理论分析了具有球面轮廓的折射微透镜对激光器输出高斯光束的准直特性.数值结果显示,在最佳准直条件下,高斯光束经过球面折射微透镜准直后的传输是一个振荡过程;同时,如果不考虑微透镜的衍射效率,当球面折射微透镜的F数越大,高斯光束经过准直变换后的远场发散角越小.     

环状平顶光束的传输特性研究

利用偏心高斯光束相干叠加方法，建立了柱坐标系下环状平顶光束模型.采用广义强度二阶矩定义，推导出环状光束广义M2因子的解析表达式.利用广义衍射积分理论，给出环状光束经过近轴ABCD光学系统的传输公式，并进一步给出了环状平顶光束修正的菲涅耳数定义.分析了环状平顶光束在自由空间的传输规律.研究结果表明，该模型可统一描述基模高斯光束、环状高斯光束以及环状平顶光束.环状平顶光束的广义M2因子和环状平顶光束的传输特性与其阶数及遮拦比有关.     

Propagation properties of beams generated by Gaussian mirror resonator in uniaxial crystals

Based on the paraxial vectorial theory of beams propagating in uniaxially anisotropic media, we have derived the analytical propagation equations of beams generated by Gaussian mirror resonator (GMR) in uniaxial crystals, and given the typical numerical example to illustrate our analytical results. Due to the anisotropy crystals, the ordinary and extraordinary beams originated by incident beams generated by GMR propagate with different diffraction lengths, thus the linear polarization state and axial symmetry of the incident beams generated by GMR do not remain during propagating in crystals.