The Beam Propagation Factor of Nonparaxial Truncated Flattened Gaussian Beams

By using the second-order moment of the power density, the beam width, far-field divergence angle and M² factor of nonparaxial truncated flattened Gaussian (FG) beams are derived analytically. It is shown that the M² factor of nonparaxial truncated FG beams depends not only on the truncation parameter δ and beam order N, but also on the initial waist-width to wavelength ratio w₀/λ. The far-field divergence angle approaches an asymptotic value of θ_max=63.435° when the truncation parameter δ → 0. For the special cases of N = 0 and δ → ∞ our results reduce to those of nonparaxial truncated Gaussian beams and nonparaxial untruncated FG beams, respectively.     

非傍轴矢量余弦-高斯光束两种光强表示的比较研究

从矢量瑞利-索末菲衍射积分公式出发,以非傍轴矢量余弦－高斯(CoG)光束为例,对非傍轴矢量光束的两种光强表示式,即传统光强公式和时间平均坡印廷矢量的z分量进行了比较研究.对非傍轴矢量CoG光束轴上和横向光强分布详细的数值计算和比较结果表明,两种光强表示式之间的相对误差η与w0/λ、z/λ和偏心参量b有关,其中w0,λ和z分别为束腰宽度,波长和传输距离.当偏心参量b较小,且束腰宽度与波长相比不很小时,例如,b≤0.8,w0/λ≥0.8,z/λ=10时,二者间的最大相对误差ηmax＜2%,传统光强公式可以使用.     

截断非傍轴标量高斯光束的传输特性

基于精确光强定义下非傍轴标量光束的二阶矩理论,计算了不同束腰及光阑孔径条件下截断非傍轴标量高斯光束的束腰半径、远场发散角以及质量因子等光束传输特性,并将截断非傍轴标量高斯光束与自由高斯光束和平面波圆孔衍射光束进行了比较.数值计算表明截断参量的不同对截断高斯光束的传输特性影响很大.当R2ω0时,截断高斯光束与高斯光束在自由空间传输特性趋于一致,因此在精确光强定义下,对于非傍轴标量光束来说,当光阑孔径大于2倍束腰时,可以不考虑光阑对高斯光束的衍射作用.当R0.3ω0时,截断高斯光束传输特性趋于平面波通过圆孔的衍射曲线.因此,在这种情况下,可以将高斯光束作为平面波处理.只有当光阑孔径介于0.3倍束腰和2倍束腰之间时,需要同时考虑光阑孔径和高斯束腰对衍射的影响.     

非傍轴光束的光束质量因子．I特性分析

使用傅里叶变换和施瓦兹不等式证明：非傍轴标量光束的Ｍ２因子存在有一个只能无限趋近、却永远都不可能达到的下限１；并对一些与此相关的问题进行了讨论     

非傍轴光束的光束质量因子．I．定义

在考虑了时间平均能流密度的矢量特性的情况下，用修正后的光强公式重新给出了非傍轴标量光场光强二阶矩的表达式。在此基础上，在忽略了瞬逝波的近似下证明了：对于在自由空间稳态传输的单色标量光场来说，其横截面上的光强二阶矩随轴坐标ｚ的变化成抛物线性变化。并进一步把傍轴光束的Ｍ２因子概念拓展到了非傍轴的标量光束。此外，还对一些相关的问题进行了讨论。     

截断光束的二阶矩矩阵

采用复高斯展开法和维格纳分布函数(WDF),推导出了截断光束的二阶矩矩阵通过大气湍流的传输公式。研究表明,将硬边光阑的复高斯展开函数引入z=0平面处的WDF中,能够避免截断光束二阶矩的积分发散问题,得到z=0平面处二阶矩的解析结果,并且保证了精度,从而方便地得到截断光束在大气湍流中传输的二阶矩矩阵。实验所得到的结果具有一般性,即无截断光束的二阶矩矩阵通过大气湍流传输和截断光束的二阶矩矩阵在自由空间的传输都可以分别作为特例给出。     

用单晶硅在Nd：YAG激光器中实现被动锁模

在Ｎｄ：ＹＡＧ激光器中，用单晶硅实现了被动锁模，得到了脉冲定义为２８ｐｓ左右，能量为约３μＪ的锁模脉冲，并对锁模机理作了初步解释。     

正弦高斯涡旋光束的远场传输特性

根据角谱法和稳相法,推导了正弦高斯涡旋光束TE波和TM波在远场传输和能流密度的解析表达式,研究了正弦高斯涡旋光束在远场中的相位奇点和能流密度分布.结果表明:正弦高斯涡旋光束的远场特性与高斯光束的束腰宽度、涡旋离轴量、坐标位置以及与正弦项相关的参量有关.在一定条件下,远场中会出现相位奇点和能流密度黑核;当控制参量改变时,相位奇点和黑核的位置会发生移动,但原点处不受影响.相位奇点和能流密度的对称性主要受涡旋离轴量影响,当涡旋离轴量为0时,相位奇点和能流密度分布关于原点对称;当涡旋离轴量改变时,相位奇点和能流密度分布呈现出非对称性.     

矢量可控空心光束的非傍轴传输

提出了矢量可控空心光束概念,可控空心光束可以很好地描写中心光强不完全为零的圆对称窄心光束,具有可用多个参最米控制中央暗斑尺寸、形式简单易于分析、其传输变换特性更接近于实际等特点.利用矢量瑞利-索末菲衍射积分公式,导出了矢量可控空心光束的非傍轴传输解析公式,从所得结果可退化得到傍轴近似结果.利用导出的公式计算分析了矢量可控空心光束在自由空间的非傍轴传输特性,并与傍轴结果进行了比较分析.结果表明矢量可控空心光束在近场很好地保持其空心光场分布特性;参量f和传输距离决定了矢量可控空心光束的非傍轴特性.     

Propagation and Beam Quality of Flattened Hermite-Gauss Beams

ＰｒｏｐａｇａｔｉｏｎａｎｄＢｅａｍＱｕａｌｉｔｙｏｆＦｌａｔｔｅｎｅｄＨｅｒｍｉｔｅ－ＧａｕｓｓＢｅａｍｓ￥ＨＵＡＲｅｎｚｈｏｎｇ；ＱＩＡＮＬｉｅｊｉａ，ＦＡＮＤｉａｎｙｕａｎ；ＤＥＮＣＸｉｍｉｎｇ（ＳｈａｎｇｈａｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃ...     

衍射扭曲高斯-谢尔模型光束在远场的光谱移动和光谱开关

从部分相干光的传输理论出发,研究了被光阑衍射扭曲高斯-谢尔模型光束远场的光谱变化规律。结果表明,扭曲高斯-谢尔模型光束在远场也会出现光谱移动和光谱开关效应。与衍射高斯-谢尔模型光束情况相比,光谱移动和光谱开关效应不仅与光束空间相关性、截断参量和源光谱谱宽有关,光束的扭曲因子也会对衍射扭曲高斯-谢尔模型光束远场的光谱移动和光谱开关效应产生影响。通过数值计算结果详细讨论了光束扭曲因子影响衍射扭曲高斯-谢尔模型远场光谱的规律。     

Vectorial Structure of Non-Paraxial Linearly Polarized Gaussian Beam in Far Field

According to the vectorial structure of non-paraxial electromagnetic beams and the method of stationary phase, the analytical TE and TM terms of non-paraxial linearly polarized Caussian beam are presented in the far field. The influence of linearly polarized angle on the relative energy flux distributions of the whole beam and its TE and TM terms is studied. The beam spot of the TE term is perpendicular to the direction of linearly polarized angle, while that of the TM term coincides with the direction of linearly polarized angle. The whole beam spot is elliptical, and the long axis is located at the direction of linearly polarized angle. The relative energy flux distribution of the TE term is relatively centralized in the direction perpendicular to the linearly polarized angle. While that of the TM term is relatively centralized in the direction of linearly polarized angle. To obtain the isolated TM and TE terms, a polarizer should be put at the long and the short axis of the whole beam spot, respectively.     

Vectorial Nonparaxial Four-Petal Gaussian Beams and Their Propagation in Free Space

The vectorial nonparaxial four-petal Gaussian beam （FPGB） is introduced. The closed-form propagation expressions for the free-space propagation of FPGBs are derived and their more general applicable advantages are illustrated analytically and numerically. Some special interesting cases, in particular the paraxial one, are discussed. It is found that the parameter f = 1/kwo with the k being the wave number and wo being the waist width plays a crucial role in determining the nonparaxiallity of FPGBs. For small values of the f parameter the paraxial approximation is allowable. In the nonparaxial regime the beam order n additionally affects the vectorial and nonparaxial behaviour of FPGBs.     

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.     

紫外示波纸用于列阵相机测光束角分布

用列阵相机测１．０６μｍ波长激光束远场角分布，采用黑白胶片感光，列阵点不易读准，且受显影条件的影响，而采用紫外示波纸就可避免这些缺点，两者测量光束角分布的结果吻合，用紫外示汉纸测量光束７０％能量的光束发散角对误差起伏最大为１０％，而光束７０％能量的平均发莠角处的能量相对起伏在５％以内。     

微小孔非傍轴衍射光束传输特性的研究

基于非傍轴标量光束横截面上光强的精确定义,对桶中功率和二阶矩定义的光束束宽、远场发散角和M2因子等进行了比较研究.以平面波的微小圆孔衍射光束为例,进行了详细的数值计算.结果表明,桶中功率定义的光束束宽、远场发散角和M2因子较二阶矩定义的小,两种定义的M2因子都随束腰趋于零而趋向于零,桶中功率定义的光束束宽的传播规律与双曲线存在一定偏差.     

微小孔非傍轴衍射光束传输特性的研究

基于非傍轴标量光束横截面上光强的精确定义,对桶中功率和二阶矩定义的光束束宽、远场发散角和M2因子等进行了比较研究.以平面波的微小圆孔衍射光束为例,进行了详细的数值计算.结果表明,桶中功率定义的光束束宽、远场发散角和M2因子较二阶矩定义的小,两种定义的M2因子都随束腰趋于零而趋向于零,桶中功率定义的光束束宽的传播规律与双曲线存在一定偏差.     

双峰远场结构的激光二极管阵列光场传输特性

提出了一种描述激光二极管阵列(Laser Diode Array,LDA)双峰远场结构的光场新模型,该模型同时考虑了激光二极管阵列垂直于结平面大发散角的传输特性,基于亥姆霍兹方程的远场解,运用非傍轴光传输理论分析,得到描述激光二极管阵列远场光分布模型,其结果与实验测量结果吻合较好.     

非傍轴衍射光束横截面上的光强及其能量传输

运用角谱表示的矢量衍射理论,以平面波微小圆孔的非傍轴衍射为例,给出了垂直于光束传输方向的横截面上不同定义的三种光强（传统光强I、功率密度Jz、时间平均能流密度矢量的z分量〈Sz〉）的计算公式,并进行了详细的数值计算和比较研究.指出对微小孔衍射的能量传输,必须考虑光场的矢量特性.应用能流密度矢量S和功率流密度矢量J,分别计算了微小孔非傍轴衍射的透射系数,得到了一些新的结论.     

高斯光束计算平板波导自由传输区远场分布及其修正

对近轴近似条件下求解亥姆霍兹方程得到的高斯光束显式传播公式做了分析，同时，基于基尔霍夫衍射理论，在菲涅耳近似的条件下给出了相应的高斯光束在远场的传播公式，在此基础上，对近轴近似条件做出了定量分析，给出了这个近似条件引入的误差，提出了一种计算高斯光束远场分布的修正方法，并采用有限差分-光束传播方法(FD-BPM)来检验各种方法的准确性。把这种修正方法应用到平面光集成波导器件，如阵列波导光栅(AWG)、蚀刻衍射光栅(EDG)等器件的设计和模拟中，可以大大降低工作的复杂性，同时可以得到精确的结果。