部分相干涡旋光束形成的相干涡旋特性研究

推导出部分相干涡旋平顶光束的传输解析公式,并用以研究了聚焦场和自由空间中部分相干涡旋光束形成相干涡旋的特性.结果表明,相干涡旋与光束阶数N,空间相干参数α和参考点位置(x1,y1)有关.依赖于参考点的选择,光谱相干度可能存在零值点,也可能没有零值点.特别是,若选取x1=y1=0,光谱相干度零值点处的位相可以是确定的,因而不存在相干涡旋.     

聚焦部分相干涡旋光束的焦移

基于部分相干光的传输理论获得了部分相干涡旋光束被光阑透镜聚焦后的传输方程。基于这些方程研究了部分相干涡旋光束的焦移现象。研究结果表明,部分相干涡旋光束的焦移不仅依赖于菲涅耳数,而且依赖于光束的相干长度和涡旋光束的拓扑荷数。菲涅耳数越小,焦移量越大;部分相干涡旋光束的相干长度越小,焦移量越大;涡旋光束的拓扑荷数越大,焦移量越大。     

Spectral properties of spatially and spectrally partially coherent cosh-Gaussian pulsed beams focused by an aperture lens

The analytical expression for the spectrum of spatially and spectrally partially coherent cosh-Gaussian pulsed (ChGP) beams focused by an aperture lens is derived and used to study their spectral properties at the focal plane and on the axis. The effect of the truncation parameter, spatial correlation parameter, decentered parameter and temporal coherence length on the spectral shifts and spectral switches of spatially and spectrally partially coherent ChGP beams is stressed. The results are illustrated numerically and interpreted physically.     

部分相干椭球光笼

从理论上研究部分相干光束经透镜聚焦的三维光强分布。研究结果表明,在几何焦点附近的光强分布不仅依赖于入射部分相干光束的光强分布,而且还依赖于入射光束的空间相干度。基于这一点,提出了一种控制部分相干光束的空间相干度,在几何焦点附近获得了类似椭球光笼形状的光强分布的新方法。通过控制入射部分相干光的空间相干度,来改变聚焦在几何焦点附近的三维光强分布,从而获得希望得到的光强分布。     

部分相干双曲正弦-Gauss涡旋光束叠加形成的合成相干涡旋在非 Kolmogorov 大气湍流中的动态演化

一些实验表明, 实际大气会偏离理想Kolmogorov模型. 本文基于广义Huygens-Fresnel原理和Toselli等提出的非Kolmogorov湍流模型, 推导出部分相干双曲正弦-Gauss (HSG)涡旋光束通过非Kolmogorov大气湍流的解析传输公式, 并用以对两束部分相干HSG涡旋光束相干叠加和非相干叠加形成的合成相干涡旋在非Kolmogorov大气湍流中的动态演化进行了研究. 结果表明, 合成光束平均光强的演化过程与非Kolmogorov湍流的广义指数α, 源平面上叠加涡旋光束拓扑电荷的符号, 以及叠加方式有关. 合成相干涡旋在非Kolmogorov大气湍流中传输时会出现移动、产生和湮灭. 广义指数α, 拓扑电荷符号, 以及叠加方式都会影响其演化行为. 最后, 将本文所得结果与相关文献做了比较.     

部分相干涡旋光束叠加场中的合成相干涡旋及其动态传输

对由两束平行、离轴部分相干平顶涡旋光束叠加形成的合成相干涡旋做了详细研究.结果表明:合成相干涡旋的数目和位置与光束阶数、相对离轴距离、相干参数以及相对传输距离有关.在部分相干范畴内“隐藏”的合成相干涡旋对应于完全相干范畴中的合成光涡旋.并且证明在相干极限下合成相干涡旋就演化为合成光涡旋. 关键词： 相关奇点光学 合成相干涡旋 部分相干平顶光束 离轴合成     

部分相干光被环形透镜聚焦而产生的焦移

从理论上研究部分相干光被一环形透镜聚焦,在焦点附近的轴上点的光强分布。研究结果表明,当部分相干光被一环形透镜聚焦时,最大聚焦光强不在几何焦点,而是位于透镜与几何焦点之间,出现焦移现象。并且,焦移量不仅依赖于透镜外半径的菲涅耳数,还依赖于部分相干光的空间相干度和中心拦截比。透镜的菲涅耳数越小,焦移越大;部分相干光的空间相干度越低,焦移越大。当菲涅耳数一定时,环形透镜的中心拦截比越大,焦移越大;当空间相干度很小时,情况就变得比较复杂。     

Focal shift of the partially coherent vortex beams focused by an aperture lens

Based on the propagation law of partially coherent beams, the propagation equations of the partially coherent vortex beams focused by an aperture lens are derived. Based on these equations, the focal shift of partially coherent vortex beams is studied, and illustrative numerical results are given. It is found that the focal shift of the partially coherent vortex is dependent not only on the Fresnel number but also on the relative coherent length and the topological charge of the vortex.     

部分相干涡旋光束在湍流大气中的传输特性

根据广义的惠更斯-菲涅耳原理,推导了部分相干涡旋光束在湍流介质中传输时光强分布情况的理论公式,详细研究了部分相干涡旋光束在湍流介质中的传输变化规律。研究结果表明,湍流介质的强弱,光源的相干性以及光束所带拓扑电荷数大小均会影响光束传输特性。     

Partially coherent nonparaxial modified Bessel--Gauss beams

The concept of partially coherent nonparaxial modified Bessel--Gauss (MBG) beams is proposed. Based on the generalized Rayleigh-Sommerfeld diffraction integral, the analytical propagation equations of nonparaxial MBG beams in free space are derived and analysed, and some special cases are discussed. In particular, under the paraxial approximation our results reduce to the corresponding paraxial ones. Numerical calculation examples are given to illustrate the dependence of intensity and spectral degree of coherence on the beam order $m$, \textit{$\xi $} and $f$ parameters, and to compare the difference between the paraxial and nonparaxial results.     

部分空间相干和部分光谱相干厄米-高斯脉冲光束的焦场的相干特性

从部分相干光的传输理论出发,采用傅里叶变换法,推导出聚焦部分空间相干部分光谱相干厄米一高斯脉冲光束的光谱和光谱相干度的解析表达式,并用以研究了聚焦场的相干特性．研究结果表明,聚焦光束的光谱相干度与空间相关长度、时间相干长度和光束阶数有关．时间相干长度的减小将引起光谱相干度的减小,但光谱相干度的空间分布特性不受影响．随着光束阶数的增大,光谱相干度会出现振荡,且光束阶数越大,空间相关长度越小,振荡越明显．     

聚焦部分相干涡旋光束作用在介质球上的光阱力(英文)

应用部分相干理论推导了部分相干贝塞尔涡旋光束经过透镜聚焦后的光强分布表达式。在雷利散射范围内,利用光作用在介质球上的梯度力和散射力公式,主要讨论了拓扑荷数、相干长度、参数α以及介质球的大小选择对于梯度力和散射力的影响。数值模拟结果表明,作用在介质球上的梯度力和散射力随着拓扑荷数、相干长度或参数α的增大而减小。当拓扑荷数为0,1时,稳定的3维光阱能被获得,并且能被应用于操控折射率低于周围媒介的粒子。     

聚焦部分相干涡旋光束作用在介质球上的光阱力

应用部分相干理论推导了部分相干贝塞尔涡旋光束经过透镜聚焦后的光强分布表达式。在雷利散射范围内,利用光作用在介质球上的梯度力和散射力公式,主要讨论了拓扑荷数、相干长度、参数α以及介质球的大小选择对于梯度力和散射力的影响。数值模拟结果表明,作用在介质球上的梯度力和散射力随着拓扑荷数、相干长度或参数α的增大而减小。当拓扑荷数为0,1时,稳定的3维光阱能被获得,并且能被应用于操控折射率低于周围媒介的粒子。     

聚焦部分相干涡旋光束作用于不同折射率瑞利粒子上的辐射力

使用聚焦部分相干高斯谢尔涡旋光束,对不同折射率的瑞利粒子的辐射力做了分析,着重研究了相关长度和束腰宽度对辐射力和俘获稳定性的影响。结果表明：相关长度和束腰宽度分别存在临界值,相干长度小于等于其临界值或束腰宽度大于等于其临界值时,可利用其俘获相对折射率大于1的微粒;而在相关长度大于其临界值或束腰宽度小于其临界值时,可利用其俘获相对折射率小于1的微粒。对俘获稳定性的分析表明,需选择适当的相关长度和束腰宽度才能稳定俘获瑞利粒子。     

聚焦部分相干涡旋光束作用于不同折射率瑞利粒子上的辐射力

 使用聚焦部分相干高斯谢尔涡旋光束,对不同折射率的瑞利粒子的辐射力做了分析,着重研究了相关长度和束腰宽度对辐射力和俘获稳定性的影响。结果表明：相关长度和束腰宽度分别存在临界值,相干长度小于等于其临界值或束腰宽度大于等于其临界值时,可利用其俘获相对折射率大于1的微粒;而在相关长度大于其临界值或束腰宽度小于其临界值时,可利用其俘获相对折射率小于1的微粒。对俘获稳定性的分析表明,需选择适当的相关长度和束腰宽度才能稳定俘获瑞利粒子。     

Intensity and spatial correlation properties of tightly focused partially coherent radially polarized vortex beams

By expanding the Debye theory into the tight focusing of partially coherent field, the intensity and spatial correlation properties of partially coherent radially polarized vortex beams are studied. Expressions are derived for the intensity distribution and the spectral degree of coherence in the focal region. It is found that the intensity and the transverse and longitudinal coherence degrees in the focal region change with the variation of the topological charge and coherence length of the vortex beam. In addition, the degree of coherence is shown to exhibit phase singularities.     

Coherence vortices of partially coherent beams in the far field

Based on the propagation law of cross-spectral density function, studied in this paper are the coherence vortices of partially coherent, quasi-monochromatic singular beams with Gaussian envelope and Schell-model correlator in the far field, where our main attention is paid to the evolution of far-field coherence vortices into intensity vortices of fully coherent beams. The results show that, although there are usually no zeros of intensity in partially coherent beams with Gaussian envelope and Schell-model correlator, zeros of spectral degree of coherence exist. The coherence vortices of spectral degree of coherence depend on the relative coherence length, mode index and positions of pairs of points. If a point and mode index are kept fixed, the position of coherence vortices changes with the increase of the relative coherence length. For the low coherent case there is a circular phase dislocation. In the coherent limit coherence vortices become intensity vortices of fully coherent Laguerre--Gaussian beams.     

部分相干涡旋光束传输中的光斑分析

在近轴光束近似条件下,采用交叉谱密度传输公式推导了 部分相干涡旋光束传输一段距离后观测平面上交叉谱密度矩阵元的解析表达式, 在此基础上对观测平面上的光强分布进行了分析.研究表明, 和完全相干涡旋光束不同,部分相干涡旋光束传输后光斑中心点的光强会逐渐凸现出来, 随着传输距离的增加,观测平面上的光强会逐渐演变为类似高斯型分布的特性. 这种演变规律与源平面上光源的拓扑电荷数和相干长度有关, 在其他参数不变的情况下,拓扑电荷数越小,相干长度越短, 演变为高斯型光斑的速度越快.最后针对一阶部分相干高斯涡旋光束, 通过观测平面上光强极值研究,对光斑随传输距离演变的过程进行了详细的分析, 在理论上对这种演变规律给出了严格的证明.     

直流固态继电器电磁脉冲失效模式实验研究

采用电流注入法对某型直流固态继电器输入端与输出端的电磁脉冲损伤机制及失效模式进行了实验研究,结果表明:输入端注入电磁脉冲信号时,输出端会产生误动作,并可造成输入电路中三极管BE节产生短路损伤,导致输入端施加控制信号时输出端无法导通;输出端注入电磁脉冲信号时,可造成输出电路中MOSFET管的栅极和漏极产生短路损伤,导致输出端短路。     

部分相干厄米-高斯光束杨氏实验中的光强分布

将杨氏干涉实验作为双缝衍射现象处理,以部分相干厄米-高斯(H-G)光束为例,研究分析了多模部分相干光的杨氏双缝干涉光强和干涉条纹可见度的空间分布。数值计算说明,多模部分相干光束的空间相干参数、模阶数和缝遮拦比对衍射场中光强的空间分布(干涉花样)都有影响。当多模部分相干光的阶数为奇数时,轴上光强与光束的相干性会出现相消干涉;当多模部分相干光的阶数为偶数时,轴上光强与光束的相干性会出现相长干涉等。