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PM SHG转换效率的孔径积分公式.     

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.     

湍流对M×N列阵双曲余弦高斯光束传输和远场光束质量的影响

基于广义惠更斯-菲涅耳原理,并采用光束的非相干合成方法,推导出了M×N双曲余弦高斯列阵光束在湍流中的三维光强传输方程.采用桶中功率、β参量和Strehl比作为光束质量的评价参量,研究了湍流大气对双曲余弦高斯列阵光束远场光束质量的影响.研究表明:在湍流大气中,双曲余弦高斯列阵光束的传输将经历三个阶段的变化,并且湍流使得光束传输经历三阶段的进程加快;湍流导致双曲余弦高斯列阵光束扩展、最大峰值光强下降,但是,β参量随光束数目M(N)、相邻子光束间距xd(yd)和光束参量δ的增加而减少,即光束扩展受湍流的影响减小;并且,存在最佳xd(yd)和δ值使得Strehl比取得极大值.因此,适当选取M(N)、xd(yd)和δ可以降低湍流对双曲余弦高斯列阵光束远场光束质量的影响.     

非傍轴LG_(00)模与LG_(10)模高斯光束的远场分布特性

基于扁椭球面坐标系下非傍轴高斯光束的电场分布表达式,给出非傍轴LG_(10)模高斯光束的远场电场振幅分布表达式;分析了非傍轴LG_(00)模和LG_(10)模高斯光束的远场电场振幅分布特性;计算了非傍轴与傍轴高斯光束远场电场振幅分布的匹配效率和二阶矩参量的相对计算误差。分析表明,当扁椭球坐标系的半焦距远大于波长时,非傍轴LG_(00)模和LG_(10)模高斯光束的远场电场振幅分布趋近于傍轴LG_(00)模和LG_(10)模高斯光束的远场电场振幅分布。     

3类高斯光束的圆孔衍射特性

利用标量衍射理论,将空心高斯光束、贝塞尔高斯光束、平顶高斯光束3类高斯光束的圆孔衍射场进行傅里叶变换,并运用D-FFT算法对其圆孔衍射特性进行了数值计算,得到了衍射场中轴向和径向的光强分布特点,分析了光学参量对衍射结果的影响.分析结果表明:衍射特性与衍射距离、光束的阶数、圆孔束腰半径比等因素有关.     

椭圆高斯光束在自散焦介质中的诱导聚焦

研究了在自散焦介质中诱导光束聚焦过程中椭圆高斯光束对光束聚焦的影响。通过数值计算讨论了在不同初始抽运光束振幅、初始光束间距和波长比情况下椭圆高斯光束对信号光束聚焦的影响。影响光束聚焦过程的方程参量和初始条件共有6个,即两光束波长比(方程参量)、抽运光束和信号光束的初始振幅、两光束初始中心间距和两光束X、Y初始束宽比。采用此理论模型验证了Hickmann在1992年得出的实验结果,数值计算结果表明理论结果能够和实验结果定量地吻合。     

高斯-谢尔模型光束通过光阑像散透镜传输轴上光谱变化

从部分相干光的传输理论出发,研究了高斯-谢尔模型(GSM)光束通过光阑像散透镜传输轴上的光谱变化规律.结果表明,与光源光谱相比,高斯-谢尔模型(GSM)光束通过光阑像散透镜传输轴上光谱发生了中心频率的移动,这种现象被称为光谱位移.详细分析了透镜的像散、光束的空间相关性和光阑的截断参量对光谱变化的影响.数值计算表明,这些参量会对光谱移动产生比较大的作用.     

用类高斯分布处理低阶混合模固体激光器光束的方法和实验

本文运用类高斯型分布的光束处理方法,即把低阶混合模的光束视为扩大K倍的基模高斯光束。首先从混合模与基模光强及光斑半径的计算说明这种假设的合理性。由此出发给出了混合模光束特性的计算公式,又用类高斯光束去分析一个典型的连续波Nd:YAG激光器,找到了最佳腔长的范围,接着又叙述了K的实验测定方法.最后,分析讨论了激光器输出光束与光纤的耦合,求出了实际应用的必要参量。     

相位翻转厄米-高斯光束的传输特性

将相位翻转高斯光束的概念推广到相位翻转高阶模光束.以相位翻转厄米-高斯光束为例,推导出相位翻转高斯光束通过近轴理想(无光阑)ABCD光学系统,以及带刀口和光阑的ABCD光学系统传输的递推方程,并用以研究相位翻转高斯光束的传输特性.特别是,得出对TEM1、TEM2和TEM3模相位翻转高斯光束,光阑效应可以忽略的条件分别是截断参量δ≥2.1,2.5和 3.0.     

湍流对M×N列阵双曲余弦高斯光束传输和远场光束质量的影响

基于广义惠更斯－菲涅耳原理,并采用光束的非相干合成方法,推导出了M×N双曲余弦高斯列阵光束在湍流中的三维光强传输方程.采用桶中功率、β参量和Strehl比作为光束质量的评价参量,研究了湍流大气对双曲余弦高斯列阵光束远场光束质量的影响.研究表明:在湍流大气中,双曲余弦高斯列阵光束的传输将经历三个阶段的变化,并且湍流使得光束传输经历三阶段的进程加快;湍流导致双曲余弦高斯列阵光束扩展、最大峰值光强下降,但是,β参量随光束数目M（N）、相邻子光束间距xd（yd）和光束参量δ的增加而减少,即光束扩展受湍流的影响减小;并且,存在最佳xd（yd）和δ值使得Strehl比取得极大值.因此,适当选取M（N）、xd（yd）和δ可以降低湍流对双曲余弦高斯列阵光束远场光束质量的影响.     

湍流对M×N列阵双曲余弦高斯光束传输和远场光束质量的影响

基于广义惠更斯-菲涅耳原理,并采用光束的非相干合成方法,推导出了M×N双曲余弦高斯列阵光束在湍流中的三维光强传输方程．采用桶中功率、β参量和Strehl比作为光束质量的评价参量,研究了湍流大气对双曲余弦高斯列阵光束远场光束质量的影响．研究表明：在湍流大气中,双曲余弦高斯列阵光束的传输将经历三个阶段的变化,并且湍流使得光束传输经历三阶段的进程加快;湍流导致双曲余弦高斯列阵光束扩展、最大峰值光强下降,但是,β参量随光束数目M（N）、相邻子光束间距xc（yd）和光束参量δ的增加而减少,即光束扩展受湍流的影响减小;并且,存在最佳xd（yd）和δ值使得Strehl比取得极大值．因此,适当选取M（N）、xd（yd）和δ可以降低湍流对双曲余弦高斯列阵光束远场光束质量的影响．     

贝塞尔-高斯涡旋光束相干合成研究

基于相干合成技术,提出了对特定离散空间分布的高斯光束阵列加载离散涡旋相位生成二阶贝塞尔-高斯(Bessel-Gaussian,BG)涡旋光束的方案.利用干涉法、桶中功率和相关系数对合成BG涡旋光束的拓扑荷、光束质量进行了定量评价及参数优化.结果表明:基于相干合成技术能够产生特定的目标BG涡旋光束,阵列子光束紧密排布时合成BG光束的光束质量更高.该方法的提出对于其他涡旋光束的产生或者涡旋光束功率的提高具有一定的参考意义.     

高斯光束在有外电场的双光子光伏光折变材料中的演化

为了得到一束高斯光束和两束高斯光束的相互作用在有外电场的双光子光伏光折变材料中的演化结果,将高斯光束作为入射波,采用数值方法求解波传播方程。研究结果表明:在外加电场、光强峰值分别与晶体参量匹配的情况下,一束高斯光束能演化为稳定的屏蔽光伏明孤子,而在不匹配时,一束高斯光束在传播过程中则呈现周期性压缩或膨胀现象。同时也发现:在作用距离范围内,同相位的两高斯光束相互吸引,并伴随有融合现象;而相位相反的两高斯光束相互排斥,且其排斥作用随着光束初始间距的减小而增加,当两高斯光束的相位差位于区间(0,π)和(-π,0)时,其相互作用过程中伴有能量的转移,两区间中能量转移方向相反。     

自加速类贝塞尔-厄米-高斯光束的理论和实验研究

空间相位调制一直是设计新型自加速光束的重要方法.参照类贝塞尔光束产生的思路,从理论上提出了一种新型的自加速无衍射类贝塞尔-厄米-高斯光束,并从数值模拟和实验两个方面研究此光束沿不同轨道的演化.理论上通过对厄米-高斯光束进行相位调制,产生了不同模式的自加速类贝塞尔-厄米-高斯光束.采用分步傅里叶算法模拟了(0,1),(1,0),(1,1)和(1,2)阶类贝塞尔-厄米-高斯光束沿预设轨道的传输过程.采用计算全息和空间光调制技术在实验中观察了类贝塞尔-厄米-高斯光束沿预设轨道的传输,例如抛物、双曲、双曲正割和三维轨道.实验观察与理论结果符合得很好.实验验证了不同阶类贝塞尔-厄米-高斯光束的奇特光斑结构,验证了光束的非衍射特性及传输轨道的可控性,且理论模拟验证了光束的自修复特性.作为此前研究的类贝塞尔光束的一般形式,本文所得到的光束可用于构造出更加新型实用的光束.     

三棱镜对圆高斯光束的变换

本文对基模高斯光束经三棱镜的变换进行了定量分析,表明基模圆高斯光束经三角棱镜变换后成为椭圆高斯光束。得出了椭圆高斯光束基本参量（椭圆光斑长、短半轴、等相面曲率半径、远场发散角）与入射基模圆高斯光束腰斑半径及三棱镜结构参数的定量关系。分析了光束的Ｍ２因子。     

高斯光束在单轴挛晶界面上的反射与折射

给出了高斯光束入射到挛晶结构的电磁场分布,解出了反射系数和透射系数。根据晶体的色散关系解出了入射角、反射角和折射角关于晶体参量及波矢的方程,并根据角度方程给出了在一定参量下反射角和折射角关于入射角变化的关系图,以图示的方法显示了光束在界面处的异常性质。根据角度关系和反射、透射系数分析了异常光束在界面处能够出现二性折射、负反射、全透射和全反射等光束的奇特性质;分析了出现这些奇特性质对晶体参量和入射角所要求的条件。根据时间平均的能流密度公式,用数值模拟的方法给出了二性折射、全透射和全反射在特定参量下的高斯光束在挛晶内的能流密度分布图及当发生全反射时不同宽度光束在界面处关于入射角的古斯-亨兴(Goos-Hanchen)位移。     

高斯光束孤波演化过程中的自偏转

研究了无耗晶体的扩散效应对高斯光束在光伏光折变晶体中孤波演化特性的影响。结果表明，对于给定的与晶体参量匹配的高斯光束，晶体的扩散效应将造成高斯光束孤波演化的自偏转，而且其自偏转过程与同参量的屏蔽光伏明孤子的自偏转过程具有极其类似的特征。同时发现，高斯光束的波形即光束的横截面对其孤波演化的自偏转影响最大。比较了高斯光束孤波演化的自偏转与明孤波自偏转的理论曲线，结果表明，对于匹配的高斯光束，其自偏转程度与解析计算结果非常接近。     

金属薄膜亚波长微结构的光束集束器件设计

利用时域有限差分方法,模拟了P偏振光高斯光束入射到金属银亚波长细缝与光栅结构的透射情况.由于表面等离子激元波的影响,对称光栅结构透射光呈现对称出射,而非对称结构可以实现小角度定方向的光束集束现象.借助公式推导法及Helmholtz互易定理,可设计出平行入射P偏振光的光束集束器件.由于高斯光束本身的发散性及近场分布的需要,针对高斯光束的器件在结构参量上缩小了12%.在对其他结构参量的优化的基础上,实现了针对633 nm高斯光束的对称出射及光束集束器件的设计.     

准连续泵浦KTP内腔倍频YAG激光器及其热效应分析

由类高斯光束倍频理论出发,导出了类高斯光束在高转换效率下倍频时,谐波功率近似与基波功率平方成正比的结论.基于此提出了一种混合模内腔倍频的新方案——准连续泵浦.在占空比1:1时,理论和实验均证明可使信频输出提高一倍多.由热传导方程出发,导出了准连续泵浦时YAG棒的光束传播参量比连续泵浦时低22%(结合其他因素可低30%左右)的结论.实验中测出准连续泵浦时热焦距增长,发散角减小,与理论分析很好地吻合.