高斯光束照射下的圆盘夫琅禾费衍射

推导了高斯光束照射圆孔或圆盘的衍射场普遍表达式，计算了半波带数接近于零的情况下上述衍射场的数据，进而分析了圆盘衍射场在艾里斑中增加一个暗环的原因。     

高斯光束下的圆屏衍射

计算分析了用高斯光束作光源时，圆屏衍射轴线上的光强分布规律，并与球面波入射的情况进行了对比．     

圆孔衍射光强分布的数值计算

利用数值积分的方法,计算了由点光源经圆孔衍射形成的光强分布,分别得到夫琅禾费及菲涅耳衍射图样,宽定量分析了满足夫琅禾费衍射的条件。     

半波带法分析夫琅禾费米栅衍射

本文用半波带法对夫琅禾费光栅衍射进行分析,该方法和常用的振幅矢量法相比,分析衍射条纹的位置更要快捷,明了。     

菲涅耳衍射与夫琅禾费衍射公式对自由传播问题的自洽性

考察了菲涅耳衍射积分公式和夫琅禾费衍射积分公式在处理相继自由传播问题中的行为，证明了只要注意近似条件的正确运用，这些公式对自由传播问题可以给出自洽的结果；同时讨论了菲涅耳公式中当λz→0时的极限情况及其物理意义。这些分析对于加深对两个公式的物理意义、运用条件及有效性的理解是有益的。     

计算机模拟任意形状衍射屏的衍射

把菲涅耳衍射积分化为含快速傅里叶变换的积分,对任意形状衍射屏的衍射进行模拟,其特点是直接用含快速傅里叶变换的积分求解出不同传播距离观察屏上的光场分布,得出菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射的衍射花样.通过计算机对常见的缝孔的衍射的模拟,有助于理解衍射光在传播方向上近场衍射和远场衍射的不同和衍射花样的分布特征.     

微波分光仪波源特性分析

通过实验测定与理论分析认为，微波分光仪波源不是理想的平面波源，而是发散的准球面波源；用其进行衍射研究不应看做是典型的夫琅禾费衍射，而应将其作为夫琅禾费衍射与菲涅尔衍射的过渡区衍射来处理。     

单缝衍射图样的计算机仿真与分析

本文通过计算机仿真的方法，给出了在不同接收距离下的单缝衍射图样，并描述了其菲涅尔衍和中夫琅禾费用衍射过渡的过程。     

椭圆高斯光束产生近似无衍射Bessel-Gauss光

研究了轴棱锥聚焦像散椭圆高斯光束的光场分布特性,根据菲涅耳衍射积分理论导出了椭圆高斯光束经轴棱锥衍射后的光场分布,通过数值积分给出椭圆高斯光束经轴棱锥聚焦后的近轴光场强度分布情况,将其与圆高斯光束产生的近似Bessel-Gauss场进行比较,发现椭圆高斯光束经轴棱锥聚焦后的光束在一定的传播距离内也具有无衍射特性,且轴上光强分布与圆高斯光束产生的Bessel-Gauss光束的轴上光强分布具有相似的形式,而这种无衍射光场的强度在垂直于光轴的平面上不再是柱对称分布。根据近轴球面波产生近似Bessel光束的最大无衍射距离公式计算了椭圆Bessel-Gauss光束在子午面和弧矢面上的最大无衍射距离,整个光束的无衍射距离由入射到轴棱锥上的椭圆光斑短轴方向的尺寸决定。     

椭圆高斯光束产生近似无衍射Bessel-Gauss光

研究了轴棱锥聚焦像散椭圆高斯光束的光场分布特性,根据菲涅耳衍射积分理论导出了椭圆高斯光束经轴棱锥衍射后的光场分布,通过数值积分给出椭圆高斯光束经轴棱锥聚焦后的近轴光场强度分布情况,将其与圆高斯光束产生的近似Bessel-Gauss场进行比较,发现椭圆高斯光束经轴棱锥聚焦后的光束在一定的传播距离内也具有无衍射特性,且轴上光强分布与圆高斯光束产生的Bessel-Gauss光束的轴上光强分布具有相似的形式,而这种无衍射光场的强度在垂直于光轴的平面上不再是柱对称分布。根据近轴球面波产生近似Bessel光束的最大无衍射距离公式计算了椭圆Bessel-Gauss光束在子午面和弧矢面上的最大无衍射距离,整个光束的无衍射距离由入射到轴棱锥上的椭圆光斑短轴方向的尺寸决定。     

圆孔受限波差高斯光束的远场近似及发散度分析

引入复高斯函数对衍射受限的圆孔进行了复高斯分解,得到了波差高斯光束远场衍射的近似解析式。在各种参量条件下,近似解析式所表示的衍射图样与严格的夫琅和费衍射积分的衍射图样完全一致,这表明用此解析式表征远场衍射是正确的。它的形式相对简单,为计算带来极大的方便。基于此,对有波差的高斯光束的远场发散度进行了深入的研究,检验了确定参量的光束随距离的改变而发散度不被改变的特性;同时,探讨了在圆孔限制下,发散度随高斯光束的束腰及波差的改变而变化的关系曲线,结果表明,这两个参量是影响发散度的主要因素。     

高斯光束经环形光栅的衍射特性分析

基于傅里叶-贝塞尔变换计算高斯光束垂直入射环形光栅时的衍射远场分布,分析了其衍射远场光强分布的一般规律,并与平面波入射时的情况进行了比较.计算结果表明：当光栅半径为1.5倍高斯光束束腰半径时, 随着光栅环数的增加,中央亮斑半值全宽先减小后增大、中央亮斑所包含的功率占总功率的比值减小、中央主极大光强值减小,三者的变化趋势与平面波入射时的趋势一致;中央亮斑半径、次极大光强值变化趋势与平面波入射时的变化趋势不同.当环数小于5时,高斯光束经过环形光栅的衍射场光强变化无规律;当环数大于10后两种情况下衍射场光强变化都不明显;当环数趋于无穷时中央亮斑半径、中央亮斑半值全宽、次极大光强值趋于圆孔衍射(环数等于1)时的值,中央亮斑所包含的功率占总功率的比值约等于圆孔衍射时的1/2,中央主极大光强值约等于圆孔衍射时的1/4.     

圆孔限制下有相位变化的高斯光束远场发散度的理论分析

依据夫琅和费衍射理论,通过引入高斯变换,即把夫琅和费衍射积分中的贝赛尔函数用一高斯函数来近似,详细分析并推导出圆孔限制下具有相位变化的高斯光束远场发散度的近似计算公式.与传统数值积分求光束发散度相比,它避免了繁琐数值积分,其误差不超过3％.     

Fresnel diffraction of truncated Gaussian beam

We study the Fresnel diffraction of Gaussian beam truncated by one circular aperture, and give the general analytic expression of the Fresnel diffraction of truncated Gaussian beam denoted by Bessel functions. Then the characteristic of the axial diffraction fluctuation and the influence of the caliber of the circular aperture and the wave waist of Gaussian beam on the diffraction distributions are discussed, respectively. Through the numerical calculations, the characteristics of the transverse diffraction are presented and the relationship of the fluctuation of the transverse diffraction profile and the position of the axial point is shown. The physical origin of the fluctuation of Fresnel diffraction intensities of truncated Gaussian beam is expressed in terms of Fresnel half-zone theory. These phenomena and the conclusions are important for the measurement of the parameters of the beam and its applications.     

Restoration of Decentered Gaussian Beam with the Combination of a Lens and a Gaussian Aperture

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　ＴｈｅＧａｕｓｓｉａｎｂｅａｍｉｓｔｈｅｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓｈａｐｅｏｆｔｈｅｌａｓｅｒｗｉｔｈａｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｍｉｒｒｏｒｒｅｓｏｎａｔｏｒａｎｄｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｔｏｄｅｓｃｒｉｂｅａｓｉｎｇｌｅｍｏｄｅｌａｓｅｒ.Ｉｎｔｈｅｐａｒａｘｉａｌａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ ,ｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｃｏｍｐｌｅｘａｍｐｌｉｔｕｄｅｏｆｉｔｒｅｍａｉｎｓｕｎｃｈａｎｇｅｄｗｈｅｎｉｔｕｎｄｅｒｇｏｅｓｔｈｅＦｏｕｒｉｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｏｒｔｈｅ…     

Propagation of vectorial nonparaxial Gaussian beams through an annular aperture

Starting from the vectorial Rayleigh diffraction integrals, the nonparaxial propagation of vectorial Gaussian beams through an annular aperture is studied. The analytical propagation expressions are derived, which permit us to treat the on-axis field and far field of vectorial nonparaxial Gaussian beams diffracted at the annular aperture, the nonparaxial diffraction at a circular aperture and a circular disc as our special cases in a unified way. The validity of our treatment is confirmed by direct numerical integration of the Rayleigh formulae. It is shown that the f-parameter and annular obscuration affect the beam nonparaxiality in the case of diffraction at the annular aperture.     

傍轴高斯光束在强非局域介质中的传输特性

运用变分法研究了傍轴高斯光束在三维轴对称强非局域介质中的传输特性,得到了光束各参量的演化方程、一个势函数、一个临界功率和一个由强非局域介质特性与初始束宽决定的特征参量ε。通过对势函数的进一步分析,结果表明,作为强非局域模型,必须满足0≤ε<1/3。在此前提下,当初始功率等于临界功率时,可以得到稳定的空间孤子;对于一般情形,束宽则作周期性压缩或展宽变化,也可能将不断展宽。该结果与数值解基本一致。     

非傍轴高斯光束通过方环硬边光阑的传输特性研究

利用矢量Rayleigh积分公式研究了非傍轴高斯光束通过方环硬边光阑的传输,得到了衍射场分布的解析表达式.和傍轴传输相比较,该结果具有更广泛的适用性.以桶中功率为光束质量评价函数,讨论了遮拦比、截断参数对远场光束质量的影响.结果表明,环形光阑的尺寸决定着非傍轴光束远场能量分布的集中程度,截断参数和遮拦比的增大都会导致非傍轴高斯光束衍射效应增强,从而远场能量发散.     

部分相干无衍射光束经环形孔径的传输特性

理论上利用高斯谢尔模型和交叉谱密度的传播公式得到部分相干Bessel光束经过环形孔径的光强表达式.通过Mathcad软件数值模拟光强表达式,得到在不同传播距离的截面光斑图,结果表明部分相干Bessel光束在经过环形孔径后会产生空心光束.实验中以绿光LED为光源,经轴棱锥聚焦得到部分相干Bessel光束,在其无衍射距离内放置环形孔径.使用体视显微镜照相系统拍摄部分相干Bessel光束经过环形孔径的衍射光斑图,得到的结果与模拟结果吻合.