部分相干洛伦兹-高斯光束在湍流大气中的峭度参数

基于广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式和洛伦兹函数的厄米-高斯展开,导出了部分相干洛伦兹-高斯光束在湍流大气中经傍轴ABCD光学系统的峭度参数的解析表达式,对该峭度参数进行了数值计算。结果表明:空间相干长度和结构常数对峭度参数的影响与部分相干洛伦兹-高斯光束本身的光束参数有关;当空间相干长度小于光束参数时,其影响显著;当洛伦兹部分的光束参数较大或高斯部分的光束参数较小时,结构常数的影响较明显且随传输距离的增大而增强。     

部分相干洛伦兹-高斯光束在湍流大气中的峭度参数

基于广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式和洛伦兹函数的厄米-高斯展开,导出了部分相干洛伦兹-高斯光束在湍流大气中经傍轴ABCD光学系统的峭度参数的解析表达式,对该峭度参数进行了数值计算。结果表明：空间相干长度和结构常数对峭度参数的影响与部分相干洛伦兹-高斯光束本身的光束参数有关;当空间相干长度小于光束参数时,其影响显著;当洛伦兹部分的光束参数较大或高斯部分的光束参数较小时,结构常数的影响较明显且随传输距离的增大而增强。     

超洛伦兹-高斯光束SLG11模的分数傅里叶变换特性

 引入了一簇互相正交的超洛伦兹-高斯光束以描述半导体激光器所产生的大角度高阶模远场分布。将分数傅里叶变换应用于超洛伦兹-高斯光束SLG­₁₁模的传输特性的研究中。利用傅里叶变换的卷积原理,导出了SLG₁₁模经分数傅里叶变换系统后场分布的解析表达式。根据所得到的公式进行了数值计算,系统分析了分数傅里叶变换阶数和光束各参数对SLG₁₁模在分数傅里叶变换面上光强分布的影响。结果显示：SLG₁₁模在分数傅里叶变换面上的归一化强度分布随分数傅里叶变换的阶数呈周期性变化,周期为2;随着光束参数的增大,SLG₁₁模在分数傅里叶变换面上的光斑尺寸增大。     

平顶光束K参数的解析传输方程

从Li提出的平顶光束模型和Collins公式出发,推导出平顶光束通过近轴ABCD光学系统K参数的解析传输公式。平顶光束的K参数与光束阶数M、瑞利长度zR和传输矩阵元A/B有关。另一方面,基于强度矩的传输方程,通过繁冗的积分,也推导出K参数的解析传输方程。大量数值计算结果证明二者所得结果相同。对平顶光束K参数的传输特性用数值计算例作了说明。     

大气湍流中光束的高阶强度矩

研究了光束通过大气湍流传输的高阶强度矩, 提出了大气湍流中光束高阶强度矩的推导方法, 并推导出了一至四阶光束强度矩传输的解析表达式. 所得结果具有一般性,任意某一光束在自由空间和大气湍流中传输的高阶强度矩均可作为本文结果的特例. 另一方面, 以高斯光束为例, 研究了其K参数在湍流大气中的传输规律. 研究表明,高斯光束在大气湍流中其K参数并不是一个传输不变量,它与传输距离、束腰半径、湍流内外尺度以及湍流强度均有关.这个结论与采用Rytov相位结构函数二次近似或强湍流近似下的结论不同,本文给出了合理解释.关键词：高阶强度矩大气传输大气湍流K参数')\" href=\"#\">K参数     

The Wigner distribution function of a super Lorentz–Gauss SLG_(11) beam through a paraxial ABCD optical system

An orthonormal beam family of super Lorentz-Gauss （SLG） beam model is proposed to describe the higher-order mode beams with high divergence, which are generated by a high power diode laser. Here we consider the simplest case of the SLG beams, where there are four mutually orthogonal SLG beams, namely SLG00, SLG01, SLG10, and SLGll beams. The SLG00 beam is just the Lorentz-Gauss beam. Based on the Collins integral formula and the Hermite-Gaussian expansion of a Lorentz function, an analytical expression for the Wigner distribution function （WDF） of an SLG11 beam through a paraxial ABCD optical system is derived. The properties of the WDF of an SLG11 beam propagating in free space are demonstrated. The normalized WDFs of an SLG11 beam at the different spatial points are depicted in several observation planes. The influence of the beam parameter on the WDF of an SLGI 1 beam in free space is analyzed at different propagation distances. The second-order moments of the WDF of an SLG11 beam in free space are also examined. This research reveals the propagation properties of an SLGll beam from another perspective. The WDFs of SLG01 and SLG10 beams can be easily obtained by using the WDFs of Lorentz-Gauss beam and the SLG11 beam.     

Characteristics of paraxial propagation of a super Lorentz-Gauss SLG₀₁ mode in uniaxial crystal orthogonal to the optical axis

Analytical propagation expression of a super Lorentz-Gauss(SLG) 01 mode in uniaxial crystal orthogonal to the optical axis is derived.The SLG 01 mode propagating in uniaxial crystal orthogonal to the optical axis mainly depends on the ratio of the extraordinary refractive index to the ordinary refractive index.The SLG 01 mode propagating in uniaxial crystals becomes an astigmatic beam.The beam spot of the SLG 01 mode in the uniaxial crystal is elongated in the x-or y-direction,which is determined by the ratio of the extraordinary refractive index to the ordinary refractive index.With the increase of the deviation of the ratio of the extraordinary refractive index to the ordinary refractive index from unity,the elongation of the beam spot also augments.In different observation planes,the phase distribution of an SLG 01 mode in the uniaxial crystal takes on different shapes.With the variation of the ratio of the extraordinary refractive index to the ordinary refractive index,the phase distribution is elongated in one transversal direction and is contracted in the other perpendicular direction.This research is beneficial to the practical applications of an SLG mode.     

Propagation of a Lorentz-Gauss beam through a misaligned optical system

Based on the generalized integral formula and the convolution theorem of the Fourier transform, an analytical propagation formula of a Lorentz-Gauss beam passing through a misaligned paraxial optical system is derived. As numerical examples, the propagation properties of a Lorentz-Gauss beam through a misaligned thin lens with the lateral displacement and the angle displacement are graphically illustrated, respectively. The influences of the lateral displacement and the angle displacement of the misaligned thin lens on the normalized light intensity and the phase distributions are also examined, respectively.     

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。     

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.     

涡旋洛伦兹-高斯光束的远场矢量结构特征

利用矢量角谱法和稳相法,研究了涡旋洛伦兹-高斯光束的远场矢量结构特征,导出了横电项(TE项)和横磁项(TM项)远场电磁场和相应能流的解析表达式。通过相应的数值计算,分析了拓扑电荷数对涡旋洛伦兹-高斯光束及其矢量结构项远场能流分布的影响。TE项由位于竖直方向的2瓣或3瓣组成,TM项可由TE项旋转90得到。涡旋洛伦兹-高斯光束在拓扑电荷数小时内部中空,外部亮环均匀分布。增大拓扑电荷数,涡旋洛伦兹-高斯光束外部亮环上的能流呈起伏分布,内部变化相对复杂。涡旋洛伦兹-高斯光束及其矢量结构项的光斑尺寸随拓扑电荷数的增大而增大,但会饱和。研究显示,涡旋洛伦兹-高斯光束在实际应用时拓扑电荷数不宜过大。     

超洛伦兹-高斯光束SLG11模的分数傅里叶变换特性

引入了一簇互相正交的超洛伦兹-高斯光束以描述半导体激光器所产生的大角度高阶模远场分布。将分数傅里叶变换应用于超洛伦兹-高斯光束SLG11模的传输特性的研究中。利用傅里叶变换的卷积原理,导出了SLG11模经分数傅里叶变换系统后场分布的解析表达式。根据所得到的公式进行了数值计算,系统分析了分数傅里叶变换阶数和光束各参数对SLG11模在分数傅里叶变换面上光强分布的影响。结果显示：SLG11模在分数傅里叶变换面上的归一化强度分布随分数傅里叶变换的阶数呈周期性变化,周期为2;随着光束参数的增大,SLG11模在分数傅里叶变换面上的光斑尺寸增大。     

离轴拉盖尔-高斯涡旋光束传输中的光斑演变

在产生涡旋光束过程中, 固体激光器所输出的光束中心 很难与螺旋相位板的中心完全对准, 实际出射的光束为离轴涡旋光束. 在衍射理论的基础上, 对离轴涡旋光束的传输进行了研究, 推导了离轴涡旋光束传输一段距离后电场和光强的解析表达式.研究表明, 与理想的涡旋光束不同, 离轴涡旋光束具有非对称性的光强分布, 在传输过程中光斑除了展宽外, 涡旋暗核还会发生移动. 拓扑电荷数的大小只影响到光束的展宽, 拓扑电荷数为正时, 暗核沿着逆时针切线方向移动; 拓扑电荷数为负时, 暗核沿着顺时针的切线方向移动, 该结果对长距离探测涡旋光束的对准问题起到指导作用.     

Orbital angular momentum density and spiral spectra of Lorentz–Gauss vortex beams passing through a single slit

Based on the Hermite–Gaussian expansion of the Lorentz distribution and the complex Gaussian expansion of the aperture function, an analytical expression of the Lorentz–Gauss vortex beam with one topological charge passing through a single slit is derived. By using the obtained analytical expressions, the properties of the Lorentz–Gauss vortex beam passing through a single slit are numerically demonstrated. According to the intensity distribution or the phase distribution of the Lorentz–Gauss vortex beam, one can judge whether the topological charge is positive or negative. The effects of the topological charge and three beam parameters on the orbital angular momentum density as well as the spiral spectra are systematically investigated respectively. The optimal choice for measuring the topological charge of the diffracted Lorentz–Gauss vortex beam is to make the single slit width wider than the waist of the Gaussian part.     

北京慢正电子强束流运行性能测试

慢正电子强束流采用高能脉冲电子束流轰击金属钽靶, 以产生正负电子对的方式提供正电子, 作为慢正电子束流方法学研究和薄膜材料缺陷研究的束流基础. 本文是在该装置实现运行后, 对慢正电子束流的强度、能散、形貌等运行性能的测试工作的介绍, 以及慢正电子湮没多普勒测量系统的调试和标准样品的测量结果.     

非傍轴矢量拉盖尔-高斯光束的二阶矩表示

基于Porras提出的光传输的非傍轴矢量矩理论,推导出初始圆偏振的非傍轴矢量拉盖尔-高斯(LG)光束的特征参数,包括束宽、远场发散角和M²因子等的公式,并表示为级数求和形式.非傍轴矢量高斯光束公式作为特例给出.研究表明,基于二阶矩定义的束宽按双曲线规律传输,当w₀/λ→0(w₀为束宽,λ为波长)时,远场发散角θ趋于90°,大于非傍轴标量理论预示的值63.435°.非傍轴矢量LG光束的M²因子不仅与模指数p有关,而且还与w₀/λ有关.最后,对非傍轴矢量LG光束和非傍轴标量LG光束的传输作了比较,结果表明在w₀/λ较小时,矢量效应对远场发散角的影响十分显著.对θ→90°引起的问题和非傍轴矢量矩理论的适用范围,以及解决问题的可能途径作了分析和讨论.关键词：非傍轴矢量拉盖尔-高斯光束圆偏振非傍轴矢量矩理论光束参数     

光束相干合成中填充因子对远场光强分布的影响

理论推导了相干光束阵列远场光强分布的解析表达式.介绍了填充因子及五种相干合成效果评价参数的定义.分析了填充因子对远场光强分布的影响,发现填充因子通过影响空间调制因子来改变远场光强分布.求得了相干合成效果评价参数与填充因子的关系式,并绘制了关系曲线.计算结果表明,斯特列尔比与填充因子无关,恒为1;中央主瓣半径与填充因子成正比关系;中央主瓣能量密度受填充因子的影响较小;中央主瓣能量比与填充因子的平方成近似正比关系;桶中功率与填充因子的关系很复杂,但总体上随着填充因子的√减小而减小.分析显示,若要保证中央主瓣能量比和PIB值均大于最佳值的一半,则填充因子应大于2/2.     

平顶光束K参数的解析传输方程

 从Li提出的平顶光束模型和Collins公式出发,推导出平顶光束通过近轴ABCD光学系统K参数的解析传输公式。平顶光束的K参数与光束阶数M、瑞利长度z_R和传输矩阵元A/B有关。另一方面,基于强度矩的传输方程,通过繁冗的积分,也推导出K参数的解析传输方程。大量数值计算结果证明二者所得结果相同。对平顶光束K参数的传输特性用数值计算例作了说明。