球面端面的锥形梯度折射率透镜的近轴成像特性

本文根据光线在球面上的折射公式及光线微分方程,研究了光线经两端面为球面的锥形梯度折射率透镜的传播和变换,基于光线传递ABCD矩阵,提出了球面端面的锥形梯度折射率透镜的一种等效光学系统.文中给出了该透镜的主平面、焦平面和焦距计算公式,以及近轴成像高斯公式.当锥度为零时即得到球面端面的柱形或径向梯度折射率透镜的相应结果.     

基于矩阵变换的光场成像及重聚焦模型仿真

基于光场的两平行平面表示方法,针对光场相机两参考平面间的共轴空间距离变换、离轴空间距离变换、轴旋转和沿轴旋转以及透镜作用等对光线描述方式的影响,给出了相应的光场矩阵变换方程,并利用这些方程,建立了光场相机的成像模型、采样模型及辐射传输模型.从光场共轴空间距离变换的观点出发推导出可实现不同点清晰成像的数字重聚焦公式.利用所建立的模型,计算机仿真生成了目标景物,并用所建立模型对生成景物进行了数字重聚焦,验证了数字重聚焦后的图像与直接聚焦图像的一致性.     

失调单球面折射系统的衍射积分和分数傅里叶变换

根据球面的几何特征，分析了单球面折射光学系统折射面倾斜和偏心时的失调特征；由失调元件矩阵和共轴元件矩阵的依次相乘，得到了完备的描述失调单球面折射光学系统的矩阵；从系统衍射积分与失调矩阵元的关系导出了该系统的失调衍射积分，并利用单球面折射光学系统的分数傅里叶变换结构参数得到了系统失调时的分数傅里叶变换结果.这些结果可用于数值计算和模拟该系统失调时对输入复振幅的衍射和分数傅里叶变换.     

一阶光学系统分数傅里叶变换的相空间分析

在维格纳相空间中,通过将一阶光学系统的传输矩阵分解为坐标旋转、比例缩放和啁啾矩阵的组合,得到了一阶光学系统在空域的分数傅里叶表示.结果表明:任意一阶光学系统均可表示为经过比例缩放和二次相位调制的分数傅里叶变换.通过将输入输出光场在相空间中作π/2角旋转,得到了一阶光学系统在频域的传输矩阵和衍射积分公式,进而得到了一阶光学系统在频域的分数傅里叶表示.比较空域和频域一阶光学系统的相空间变换矩阵,说明2个系统本质上属同一变换在不同基坐标下的表示,并推导出了光学系统在空域和频域具有相同分数傅里叶变换的条件.     

含介质的单透镜和双透镜分数傅里叶变换光学系统

根据菲涅耳衍射公式,导出了含介质的单透镜与双透镜系统输出面的光场复振幅分布,并与分数傅里叶变换定义式比较,得到了实现分数傅里叶变换的系统结构参量.运用矩阵光学方法,导出上述系统的ABCD矩阵,并与分数傅里叶变换矩阵比较,研究发现两种方法所得结果一致.     

球面折射系统和复合厚透镜的分数傅里叶变换

提出单球面折射系统可以作为光学分数傅里叶变换的最基本单元。在此基础上可以构造多种厚透镜或复合厚透镜分数傅里叶变换系统。推导了系统结构参数与分数傅里叶变换的级次的关系。指出单球面折射系统及其构造的透镜系统对输入物函数的分数傅里叶变换输出可以位于自由空间,也可在球面折射材料内部或折射材料端面。输出平面位置的灵活性及其构造复杂系统的多样性,对于分数傅里叶变换的应用和光学信息处理必定具有潜在的实用价值。     

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.     

无透镜傅里叶变换显微数字全息成像系统的焦深

基于透镜相干光学成像系统的斯特列尔(Strehl)判据, 对无透镜傅里叶变换显微数字全息成像系统的焦深进行了推导, 得到了参考点源对称偏置和非对称偏置两种情况下的焦深表达式. 结果表明, 无透镜傅里叶变换显微数字全息成像系统的焦深决定因素与透镜相干成像系统的焦深决定因素不同, 其焦深不仅与照明光源的波长, 成像系统的孔径及记录距离有关, 还与参考光源的配置有关. 计算机模拟和实验结果均证明了理论分析的正确性.     

浅海波导中折射类简正波的warping变换

Warping变换可以实现单水听器浅海低频声波导的简正波分离.本文讨论了海水声速随深度线性减小浅海波导中折射类简正波的warping变换.理论推导了海水折射类简正波水平波数、频域相位及瞬时相位的表达式,由此提出了相应的时域和频域warping变换算子,并由仿真数据进行了验证.本文的理论推导过程同样适用于海水声速线性增大或海水折射系数的平方随深度线性变化的浅海波导.     

几何光学 光学系统、成像与分析

O4352006010016旋转椭球面折射成像的球差研究=Study of the sphericalaberration of refractedi mage onthe rotational ellipsoid[刊,中]/郑世旺(商丘师范学院物理与信息工程系.河南,商丘(476000))∥云南大学学报(自然科学版).—2005,27(6).—499-503研究单个折射面成像的球差是研究透镜及复杂光学仪器成像质量的基础。从折射定律出发,导出了旋转椭球面折射成像的精确球差公式,并由此比较了椭球面和球面及其透镜的成像质量。图3表2参12(杨妹清)TH7032006010017波前编码系统中相位掩模板的新设计=New design of cu-bic-phase-modulation …     

Spectral changes in homogeneous media; a quasi-optical approach

In the past decade spectral changes depending on the spatial coherence of the source have been described by a cross-spectral density method. It is shown that for Gaussian-Schell model sources a quasi-optical approach is valid which uses Gaussian beams and ABCD matrices to describe the optical system.     

Generalized Helmholtz-Gauss beam and its transformation by paraxial optical systems

We introduce the generalized Helmholtz-Gauss (gHzG) beam and analyze its propagation through optical systems described by ABCD matrices with real and complex elements. The transverse mathematical structure of the gHzG beam is form invariant under paraxial transformations and reduces to those of ordinary HzG and modified HzG beams as special cases. We derive a closed-form expression for the fractional Fourier transform of gHzG beams.     

复宗量双曲余弦高斯光束的束腰及其位置

 由复宗量双曲余弦高斯光束通过近轴-ABCD-光学系统传输公式，推导出了基于二阶矩定义的光斑尺寸的解析表达式，给出了复宗量双曲余弦高斯光束在自由空间传输和通过薄透镜时的光斑尺寸、束腰宽度及其位置的解析表达式，并进行了数值计算，对计算结果进行了分析和讨论，该方法可用于其它光束通过近轴ABCD光学系统的类似计算。     

Propagation characteristics of Bessel-like beams through ABCD optical system

Based on the Collins diffraction integral formula, this work focus to the study of the propagation properties of a Bessel-like beam through an ABCD optical system. As it is not easy to develop an analytical expression describing the transformation of the Bessel-like beams by an ABCD optical system, numerical integration method was indispensable to conduct this research. The characteristics of the transformation of Bessel-like beams by three optical systems: free space, Fourier transform, Fractional Fourier transform system and quadratic graded-index system are numerically examined and treated as examples of optical systems in this investigation. Some numerical results are carried-out to show how the superposition of multiple Airy beams propagates and transforms by an ABCD optical system.     

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.     

New Expressions for Dark-Hollow Light Beams

A class of new light beams of dark-hollow beams, named sinusoidal dark-hollow beams, is introduced. The propagation formula for a sinusoidal dark-hollow beam through a paraxial ABCD optical system is derived. The propagation properties of the sinusoidal dark-hollow beam are comparatively studied and illustrated with numerical examples.     

Circular beams

A very general beam solution of the paraxial wave equation in circular cylindrical coordinates is presented. We call such a field a circular beam (CiB). The complex amplitude of the CiB is described by either the Whittaker functions or the confluent hypergeometric functions and is characterized by three parameters that are complex in the most general situation. The propagation through complex ABCD optical systems and the conditions for square integrability are studied in detail. Special cases of the CiB are the standard, elegant, and generalized Laguerre-Gauss beams; Bessel-Gauss beams; hypergeometric beams; hypergeometric-Gaussian beams; fractional-order elegant Laguerre-Gauss beams; quadratic Bessel-Gauss beams; and optical vortex beams.     

Propagation of the kurtosis parameter of Hermite-cosh-Gaussian beams

Starting from the propagation equation of Hermite-cosh-Gaussian (HChG) beams and the intensity moments definition, an analytical expression for the propagation of the kurtosis parameter of unapertured HChG beams passing through paraxial optical ABCD systems is derived and illustrated numerically. Special interesting cases are discussed, in particular, the kurtosis parameter of HChG beams at the waist plane is obtained readily from our general propagation expression.     

PROPAGATION CHARACTERISTICS OF GAUSSIAN BEAMS WITH ASTIGAMATISM

Transformation of Gaussian beams propagating through an axially asym-metric optical system is studied in detail by means of the complex curvature tensor andthe tensor ABCD law.Some important propagation characteristics of Gaussian beamswith simple or general astigmatism are demonstrated by typical numerical examples.     

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。