扩束准直光学系统中光学元件失调对高斯光束传输变换的影响分析

基于广义惠更斯-菲涅尔衍射积分公式, 以高斯光束为激光束模型,推导了激光光束通过失调扩束准直光学系统的传输公式,分析了光学元件失调对扩束准直光学系统输出光束传输特性的影响,并在此基础上进行了仿真。实验结果表明,高斯光束通过失调扩束准直光学系统时,出射光束变为偏心高斯光束,光学元件失调程度越大,输出光束越偏离光轴,光束质量越差。在同样的失调下,长焦距光学元件对输出光束影响更大,因此在激光扩束准直光学系统中,调整长焦距光学元件更为重要。     

高斯—谢尔模型光束的变换特性

在一般情况下推导出高斯－谢尔模型光束经ＡＢＣＤ光学系统变换后的相干模迭加表示式。     

高斯光束通过失调透镜系统的聚焦特性

为分析透镜系统中圆孔光栏和透镜失调对高斯光束聚焦特性的影响,利用椭圆光栏近似展开式和失调光学系统的广义衍射公式,推导高斯光束经含圆孔光栏失调透镜系统传输的近似解析式,得到输出光束光强极大值场分布与光束参量、孔径尺寸、光栏和透镜失调量之间的关系。针对特定透镜系统,定量分析失调量对输出光束聚焦特性的影响。结果表明:各元件的失调对输出光束聚焦特性均产生影响,在失调量较小时透镜横位移对输出光束聚焦特性的影响比透镜角位移对输出光束聚焦特性的影响更明显。     

高斯光束准直倍率的研究及再讨论

基于高斯光束q参数变换理论严格推导出倒置望远系统对高斯光束的准直倍率,结果表明,在不考虑透镜遮挡条件下,倒置望远系统对高斯光束的准直倍率仅与几何压缩比有关,与高斯光束的柬腰半径及物距无关.进一步研究发现,在适当的近似前提下,本文推导结果可与激光原理教材中的相关推导获得统一.对本文算法进行仿真,结果显示,在满足激光原理教...     

四瓣高斯光束的Gyrator变换性质和矩形空心光束的产生

基于Gyrator变换,推导了四瓣高斯光束场分布的解析表达式,研究了四瓣高斯光束通过Gyrator变换后的光强分布和相位分布.结果表明:在Gyrator变换过程中,四瓣高斯光束能够转换为具有光涡旋的矩形空心光束,在获得矩形空心光束时其四顶角处光束强度最强,而四条边上的光束强度分布几乎是均匀的.对影响矩形空心光束强度和相位分布的光束参数和变换角进行了详细的分析,发现光束阶数不同,产生不同类型的空心光束;Gyrator变换的变换角则影响空心光束能量分布;空心光束亮环的大小由四瓣高斯光束的束腰宽度决定,束腰宽度越大,矩形空心光束的宽度越小.     

厄米-高斯光束通过多个硬边光阑复杂光学系统变换的计算模拟

 用Wen的方法研究了厄米－高斯光束通过含有多个硬边光阑复杂光学系统的传输,推导出了具有快速计算优点的传输公式，使计算时间大为减少。高斯光束传输可作为理论模型的特例得出。数值计算例表明使用该解析公式所得结果和直接对Collins公式作数值积分的结果符合较好。对所用方法和所得结果的进一步推广作了讨论。     

厄米-高斯光束通过多个硬边光阑复杂光学系统变换的计算模拟

用Wen的方法研究了厄米－高斯光束通过含有多个硬边光阑复杂光学系统的传输,推导出了具有快速计算优点的传输公式,使计算时间大为减少。高斯光束传输可作为理论模型的特例得出。数值计算例表明使用该解析公式所得结果和直接对Collins公式作数值积分的结果符合较好。对所用方法和所得结果的进一步推广作了讨论。     

菲涅尔波带片对高斯光束的变换

从波带片的特性出发研究高斯光束通过波带片的聚焦特性。用失调望远系统的失调量变化调节出射光束聚焦点的位置，并对聚焦点的变化范围和光斑大小进行描述，最后对波带片对高斯光束聚焦特性进行评价。     

余弦-高斯光束

提出一种新的可以较好地描写带有相位台阶光学谐振腔的模式的光束模型-余弦-高斯光束。这种光束是由两束高斯球面波的相干叠加形成的,其光束质量因子可以小于1。     

平顶高斯光束的相关概念和对称化变换

对平顶高斯光束有关的一些重要概念,例如场分布和束宽等作了物理分析。进一步将二维平顶高斯光束推广到三维情况,并且对三维平顶高斯光束的对称化变换,包括在X和Y方向束宽相等和ｚ平面处曲率半径相等,进行了详细的研究。     

Gaussian wave formalism model for propagation of charged-particle beam through a first-order optical systems

An elliptical Gaussian wave formalism model of a charged-particle beam is proposed by analogy with an elliptical Gaussian light beam. In the paraxial approximation, the charged-particle beam can be described as a whole by a complex radius of curvature in the real space domains. Therefore, the propagation and transform of charged-particle beam passing through a first-order optical system is represented by the \textit{ABCD}-like law.As an example of the application of this model, the relation between the beam waist and the minimum beam spot at a fixed target is discussed. The result, well matches that from conventional phase space model, and proves that the Gaussian wave formalism model is highly effective and reasonable.     

非对称光学系统的ABCD定律

用矢量分析的方法简明地推出了一般非对称光学系统的衍射积分公式.在此基础上,借助光束复曲率张量的概念,给出非对称光学系统的张量形式ABCD定律.最后给出简单的应用例子.     

光学系统的等效变换

本文在普遍情况下使用矩阵方法详细讨论了光学系统的等效变换,证明光线变换矩阵为的光学系统当C≠0时可等效为一个薄透镜,当C=0时等效为一个薄透镜组。文中所得结果能用于分析光线或光束通过复杂光学系统的变换和多元件光腔的问题。     

利用汉克尔变换设计高斯光束整形衍射元件的应用研究

衍射光学元件由于可以实现对高斯光束的整形而被重视,其通常的设计方法为G-S算法,由于使用傅里叶变换运算量大、费时长,将快速汉克尔变换应用到这些算法中可以极大地提高运算速度,节省运算时间,为设计复杂的光束整形元件提供了高效、可行的方法。本文利用该种方法设计针对中心波长为775 nm、光束束腰口径为6 cm的激光器,成功设计了一个具有二阶相位的折衍混合光学元件。仅单独这一片元件,既可在距离其35 m处得到一半径为200μm的圆形平顶光斑,均方根误差D0.021。当抽样值取2~15时,在普通PC机上运行时间仅为20.05 s,大大节省了优化设计时间(整个优化设计过程往往需要几十次甚是上百次这种运算)。同时利用离子刻蚀技术加工了该折衍混合元件,并进行了实际测试,结果与设计值基本相符,整形效果较好。这种单片的整形元件不仅整形效果好,还有利于与激光器的集成,简化系统的调节。     

椭圆平顶高斯光束及其传输特性

 用张量光学方法定义了三维不可分离变量的椭圆平顶高斯光束(EFGB),导出了这种光束经过非轴对称光学系统的传输公式及相应的张量ABCD定律, 并对EFGB经过自由空间的传输作了数值计算。结果表明, EFGB的传输特性依赖于阶次, 而且耦合EFGB的光强分布在传输过程中会发生旋转。     

Propagation of elliptical Gaussian beam passing through apertured paraxial optical systems

The propagation of elliptical Gaussian beam passing through paraxial optical systems with aperture is investigated analytically by using tensor method. The approximate formula for propagation of elliptical Gaussian beam through hard apertured optical systems is derived based on the fact that the circ function can be expanded into a finite sum of complex Gaussian functions. The derived formula provides a convenient tool for treating the propagation and transformation of elliptical Gaussian beam through apertured optical systems. As an application example, the propagation properties of elliptical Gaussian beam through apertured fractional Fourier systems are discussed.     

部分偏振高斯－谢尔模光束在准直和失调光学系统中的传输

利用张量方法导出了部分偏振高斯－谢尔模光束在准直和失调光学系统中的相干－偏振矩阵的传输公式，并以经过失调薄透镜为例，详细讨论了部分偏振GSM光束的传输特性。导出的公式提供了一个研究部分偏振GSM光束在准直和失调光学系统中传输的简便方法。     

Propagation of a flattened Gaussian beam through multi-apertured optical ABCD systems

By expanding the hard-aperture function into a finite sum of complex Gaussian functions, the recurrence propagation formula of a flattened Gaussian beam through multi-apertured optical ABCD systems is derived, and the propagation of a Gaussian beam is regarded as a special case in our theoretical model. The extension to the three-dimensional case is described. Numerical examples of the beam propagation through a multiple aperture-lens system and an aperture-spatial filter are given and compared with those by the straightforward numerical integration of the Collins formula. It is shown that our analytical results give a good trade-off between the computational time and accuracy, and provide a useful tool for simulating the beam propagation through complicated optical systems including multiple apertures and spatial filters. Finally, a comparison with the previous work is made and the main results obtained in this paper are summarized.     

左手材料平板对傍轴高斯光束聚焦特性分析

在傍轴近似下,推导出了左手材料平板聚焦系统的传输矩阵,并利用ABCD定律得到了高斯光束在左手材料中和经过平板透镜聚焦后的传输公式。高斯光束在左手材料内部和像空间的传输公式的研究表明:像高斯光束和物高斯光束束腰大小一致,即左手材料平板透镜实际上对高斯光束没有聚焦作用。研究同时表明左手材料平板对高斯光束的聚焦与几何光学成像规律完全一致,而不存在一般透镜聚焦时的焦移效应。