平顶高斯光束与超高斯光束传输特性的比较研究

对平顶高斯光束与超高斯光束的传输特性作了研究和比较,并给出了典型的数值计算例．所得的主要结论是有相同M²因子和束宽的平顶高斯光束与超高斯光束在通过光学系统时,具有非常相似的包括光强分布和光阑衍射效应在内的传输变换特性． 关键词：     

拉盖尔高斯涡旋光束的传输

针对拉盖尔高斯涡旋光束,推导了其传输后目标平面上光电场的解析表达式,理论研究表明,传输一段距离后, 对于拉盖尔高斯光束的光斑大小的描述,高斯光斑尺寸已经不再适用.如果采用光强最亮处的半径来表示目标平面上的光斑大小则比较方便. 除了传输中的衍射导致光束展宽以外, 横截面上光束的相位分布也发生了独特的变化. 等相位线由原来的射线转化为弧线,拓扑电荷数为正时,弧线朝顺时针方向弯曲,拓扑电荷数为负时,弧线朝逆时针方向弯曲. 关键词： 涡旋光束 传输 光斑尺寸 相位分布     

超高斯光束在片状放大器中传输的特性研究

根据非线性薛定谔方程 ,应用分步傅立叶算法 ,模拟了不同强度的入射超高斯光束在片状放大器中的传输行为。分析了超高斯光束的光束宽度参量、阶数 ,以及片状放大器中的自由传播空间对光传输的影响。     

超高斯光束在片状放大器中传输的特性研究

 根据非线性薛定谔方程,应用分步傅立叶算法,模拟了不同强度的入射超高斯光束在片状放大器中的传输行为。分析了超高斯光束的光束宽度参量、阶数,以及片状放大器中的自由传播空间对光传输的影响。     

超高斯光束在片状放大器中传输的特性研究

根据非线性薛定谔方程,应用分步傅立叶算法,模拟了不同强度的入射超高斯光束在片状放大器中的传输行为。分析了超高斯光束的光束宽度参量、阶数,以及片状放大器中的自由传播空间对光传输的影响。     

平顶高斯光束和超高斯光束传输特性的相似性

在直角坐标系下对平顶高斯光束和超高斯光束的传输特性的相似性问题作了讨论。研究表明,当有相同的M2因子但束宽不同的平顶高斯光束和超高斯光束通过光阑效应可忽略ABCD光学系统传输时,在广义菲涅尔数F相等处有相似的光强分布。对于有光阑和用球差透镜聚焦的情况,若平顶高斯光束和超高斯光束具有相同的M2因子和束腰宽度,则在相同传输距离处仍可得到相似的光强分布。     

完美涡旋光束在大气湍流中的斜程传输特性

完美涡旋（POV）光束具有光束半径与拓扑荷数无关的特点,与其他涡旋光束相比具有更加稳定的空间强度分布特性。利用多相位屏法和傅里叶变换法,分析了POV光束在大气湍流中的斜程传输特性。采用光束漂移和孔径平均闪烁指数作为大气湍流影响光束质量的评价参数,对比了POV光束与高斯涡旋光束在相同传输条件下的光束质量。结果表明：相比于高斯涡旋光束,POV光束的光束稳定性更好。当拓扑荷数增大或天顶角减小时,POV光束抵抗大气湍流的能力增强。在不改变POV光束拓扑荷数的前提下增大其光束半径,也能提高POV光束对大气湍流的抵抗能力。     

平顶高斯光束和超高斯光束传输特性的相似性

 在直角坐标系下对平顶高斯光束和超高斯光束的传输特性的相似性问题作了讨论。研究表明,当有相同的M²因子但束宽不同的平顶高斯光束和超高斯光束通过光阑效应可忽略ABCD光学系统传输时,在广义菲涅尔数F相等处有相似的光强分布。对于有光阑和用球差透镜聚焦的情况,若平顶高斯光束和超高斯光束具有相同的M²因子和束腰宽度,则在相同传输距离处仍可得到相似的光强分布。     

高功率超高斯光束传输的非线性补偿研究

分析了高功率超高斯光束在非线性介质中传播的基本理论,用分步傅里叶变换方法计算了10阶超高斯光束在非线性介质内的传输过程,最后采用具有负折射率系数的非线性介质作为补偿材料,对不同的补偿方式进行了对比分析。研究表明,四种补偿方式均可以大大减小光束的B积分,有效防止超高斯光束边缘的非线性增长,降低光束的小尺度自聚焦,同时选用后补偿作为最佳补偿方式。     

高功率超高斯光束传输的非线性补偿研究

 分析了高功率超高斯光束在非线性介质中传播的基本理论，用分步傅里叶变换方法计算了10阶超高斯光束在非线性介质内的传输过程，最后采用具有负折射率系数的非线性介质作为补偿材料，对不同的补偿方式进行了对比分析。研究表明，四种补偿方式均可以大大减小光束的B积分，有效防止超高斯光束边缘的非线性增长，降低光束的小尺度自聚焦，同时选用后补偿作为最佳补偿方式。     

用四台阶相位板产生涡旋光束

涡旋光束的产生与应用是当前光学领域的研究热点. 利用傅里叶级数展开法分析了四台阶相位板的相位结构, 发现四台阶相位板可看作是由一系列不同拓扑荷数的螺旋相位板所组成, 用线偏振光直接照射相位板时, 将产生多级衍射光波, 各级衍射光均为不同拓扑荷数的涡旋光波, 由于多级衍射光波间的干涉导致光强分布偏离轴对称分布, 因而与涡旋光波有一定差距. 在此基础上, 提出了用四台阶相位板产生涡旋光束的新方案, 借助于Mach-Zehnder 干涉仪光路, 两块四台阶相位板产生的衍射光干涉叠加, 通过调节干涉仪光路的相位差, 使一部分衍射级干涉相消, 另一部分衍射级干涉相长, 相互加强, 从而把线偏振光转换为涡旋光束. 数值模拟计算了几种周期数不同的四台阶相位板衍射光强和角动量分布, 并与螺旋相位板进行比较, 证明用简单的四台阶相位板不仅能够获得与用螺旋相位板相同的涡旋光束, 而且可以用周期数较小的四台阶相位板产生具有大拓扑荷数的涡旋光束, 降低了制作相位板的难度.     

Changes in the kurtosis parameter of super-Gaussian beams passing through a spherically aberrated lens

Based on the Collins formula and irradiance moments definition, the propagation of the kurtosis parameter of super-Gaussian beams through a spherically aberrated lens is studied. Detailed numerical results are given. It is shown that, as compared with aberration-free super-Gaussian beams, the profile of spherically aberrated super-Gaussian beams can be leptokurtic, mesokurtic or platykurtic, depending on the aberration and propagation distance. The results for the spherically aberrated Gaussian beams can be dealt with as a special case treated in this paper. Finally, the advantage of our method is pointed out.     

基于紧聚焦超高斯激光脉冲的大电量低发散度电子束产生

在激光尾场加速中,光学注入是一种有效的可控电子注入机制。然而,低电量、大发散度的电子束特性无法满足实际应用的需要。为获得大电量、高品质电子束提出采用紧聚焦的超高斯激光作为注入脉冲的新型注入方案。研究发现,相比于普通高斯激光,紧聚焦的超高斯激光不仅能够将电子束发散度降低近一个数量级,而且能够保持电子束电荷量不变。通过哈密顿理论模型证实,离轴电子是发散度的主要来源,而紧聚焦的超高斯激光极大地限制了离轴电子的注入,因此有效地降低了电子束的发散度。     

光束自聚焦的矢量理论研究

基于矢量非傍轴非线性Schr-dinger方程,利用调制理论研究了光束的自聚焦特性,比较了非零电场散度项和非傍轴项在消除自聚焦崩塌方面的贡献。结果表明,引入两项之一都可使光束聚焦到一有限宽度后开始散焦,然后又自聚焦,如此作聚焦-散焦的周期性循环。但是,在光束自聚焦点附近,非零电场散度项的作用要强于非傍轴项。     

非傍轴径向阵列高斯激光束的传输特性

推导出相干和非相干非傍轴径向阵列高斯激光束的传输公式,并用以研究了径向阵列光束在自由空间的传输特性,重点分析了阵列光束参量对合成光束光强分布的影响。结果表明：阵列半径与束腰宽度之比是一个关键参量,当它固定时,相干和非相干合成光束的光强分布都保持不变,但合成光束的光强分布和远场轴上光强最大值都与合成方式有关。     

非傍轴径向阵列高斯激光束的传输特性

推导出相干和非相干非傍轴径向阵列高斯激光束的传输公式,并用以研究了径向阵列光束在自由空间的传输特性,重点分析了阵列光束参量对合成光束光强分布的影响。结果表明:阵列半径与束腰宽度之比是一个关键参量,当它固定时,相干和非相干合成光束的光强分布都保持不变,但合成光束的光强分布和远场轴上光强最大值都与合成方式有关。