矢量非傍轴离轴高斯光束的传输

基于矢量瑞利-索末菲衍射积分公式，得出了波动方程的一个解，它代表矢量非傍轴离轴高斯光束，其在自由空间的传输方程表示为解析的结果.矢量非傍轴离轴高斯光束的轴上和远场公式，矢量非傍轴高斯光束的传输方程，以及傍轴的结果都可作为一般表达式的特例而得出.研究表明，f参数对光束的非傍轴特性有重要影响，而离心参数也影响非傍轴行为.与共轴情况不同的是，对离轴情况，在y方向存在场的纵向分量. 关键词： 激光光学 矢量非傍轴离轴高斯光束 瑞利-索末菲衍射积分 f参数 离轴参数     

非傍轴光束的小尺度自聚焦研究

基于非傍轴传输方程,利用线性扰动理论,得到了小尺度调制增长率的表达式.在此基础上,讨论了非傍轴对小尺度自聚焦的影响.通过对非傍轴和傍轴情形下小尺度调制的增益谱分析,发现非傍轴对小尺度调制的增益谱的影响程度与光束的强度有关,光强越强,影响越大.但总的趋势是非傍轴使小尺度调制增长的截止频率、最快增长频率和最大增长率减小,而非傍轴对截止频率和最快增长频率的影响比对最大增长率的更大 关键词：     

任意线偏振高斯光束的非傍轴传输

运用非傍轴光束传输的矢量矩理论，对任意线偏振高斯光束的非傍轴传输进行了系统的研究，给出了定量计算偏振对束腰、横向远场发散角和光束传输因子贡献的解析通式. 并对高度非傍轴和傍轴两种极端情形，简化了相应的计算式. 在高斯光源线度趋向于零的极限情形下，两个横向的最大发散角均为90°，与偏振态无关. 在高度非傍轴情形下，可以通过所给出的解析通式设计高斯光源的半宽度与激射光波长之比值以及线偏振态来达到所期望的光束传输特性. 对于傍轴情形，不同偏振对束腰和横向远场发散角稍有影响，但这种影响一般可以忽略不计；而光束传输因子却始终保持不变，与偏振态无关. 若介于这两种极端情形之间，则可以根据高斯光源的半宽度之值和所期望的计算精度，确定解析式中级数的项数进而确定任意线偏振高斯光束的非傍轴传输特性. 关键词： 高斯光束 非傍轴传输 偏振 二阶矩     

非傍轴矢量高斯光束的传输

运用非傍轴光束传输的矢量矩理论，对非傍轴矢量高斯光束的传输特性进行了系统的研究.结果表明，基于二阶矩定义的横向光束宽度在光束传播过程中满足简单的双曲线变化规律，并且给出了光束传输因子的解析表达式.就高度非傍轴情形，进一步给出了简洁的计算公式，在高斯光源线度趋向零的极限情形下，横向的最大发散角为90°.同时，还推广到了傍轴情形，得到了与原有傍轴公式稍有区别的结果，而且光束传输因子始终保持略大于1最后，对非傍轴矢量高斯光束和非傍轴标量高斯光束的传输进行了比较，结果显示对于线度在两个波长范围之内的高斯光源发散 关键词： 矢量高斯光束 光束传输 非傍轴 二阶矩     

自由空间中超短脉冲光束的非傍轴效应分析

在应用时间与空间傅里叶变换的基础上, 运用泰勒展开的方法, 得出了一种对多周期超短脉冲光束进行非傍轴修正的方法, 并将其应用于脉冲高斯光束．与数值结果的比较表明, 对于束宽在波长量级的脉冲光束, 二阶修正已经很接近非傍轴精确解, 并在例子中观察到：由于超短脉冲光束中时空耦合效应的存在, 脉冲的时间分布将会影响修正的空间分布．     

非傍轴高斯光束传输特性的研究

基于非傍轴矢量光束横截面上光强的严格定义〈S_z〉,采用桶中功率定义光束的束宽、远场发散角以及M²因子. 以非傍轴矢量高斯光束为例,对光束的传输特性进行了详细的理论分析和数值计算,并与非傍轴标量理论的结果进行了比较分析. 研究表明,光源半宽ω₀/Λ<1时,传输特性的矢量描述与非傍轴标量描述有显著差别,随着ω₀/Λ的增大,两者趋于一致,并逐步过渡到 关键词： 非傍轴高斯光束 桶中功率 束宽 发散角     

非傍轴截断平顶光束的质量因子

 使用功率密度的二阶矩方法和Li提出的平顶光束模型,推导出了非傍轴截断平顶光束的束腰宽度、远场发散角和光束质量因子的解析表达式。计算结果表明：非傍轴截断平顶光束的质量因子不仅与截断参数、光束阶数有关,而且与初始束腰宽度和波长之比有关;当截断参数趋近于0时,远场发散角趋于渐近值63.435°;对于光束阶数为1和截断参数趋于无穷大的特例,计算结果分别退化为非傍轴截断高斯光束和非傍轴无截断平顶光束的结果;功率密度的二阶矩方法可用于截断光束,并克服了光束质量因子的发散困难。     

非傍轴截断平顶光束的质量因子

使用功率密度的二阶矩方法和Li提出的平顶光束模型,推导出了非傍轴截断平顶光束的束腰宽度、远场发散角和光束质量因子的解析表达式。计算结果表明：非傍轴截断平顶光束的质量因子不仅与截断参数、光束阶数有关,而且与初始束腰宽度和波长之比有关;当截断参数趋近于0时,远场发散角趋于渐近值63.435°;对于光束阶数为1和截断参数趋于无穷大的特例,计算结果分别退化为非傍轴截断高斯光束和非傍轴无截断平顶光束的结果;功率密度的二阶矩方法可用于截断光束,并克服了光束质量因子的发散困难。     

非傍轴洛伦兹光束的传输特性研究

基于光强二阶矩理论,推导出非傍轴洛伦兹光束的远场发散角、近场发散角、束腰宽度以及光束传输因子的解析表达式,并通过数值模拟,得到它们与对应束腰宽度以及波长的关系。结果表明:与非傍轴高斯光束相比,在满足二极管激光器物理机制的条件下,非傍轴洛伦兹光束更符合二极管激光束的实际情况,因此,非傍轴洛伦兹光束更适用于描述二极管激光器等光源尺寸小且发散程度较大的激光光源。     

高斯波束对双层粒子的辐射俘获力

从广义米理论出发，将入射高斯波束用矢量球谐函数展开.根据对电磁场动量的讨论，得出了高斯波束对多层球形粒子的辐射俘获力的表示式，并就单高斯波束对在轴双层有吸收粒子受到的辐射俘获力进行了数值模拟，讨论了束腰半径、吸收系数、内外层相对厚度对俘获情况的影响. 关键词： 辐射俘获力 多层球形粒子 光镊 高斯波束     

The Limits of Primary Radiation Forces in Bulk Acoustic Standing Waves for Concentrating Nanoparticles

Acoustic waves are increasingly used to concentrate, separate, and pattern nanoparticles in liquids, but the extent to which nanoparticles of different size and composition can be focused is not well‐defined. This article describes a simple analytical model for predicting the distribution of nanoparticles around the node of a 1D bulk acoustic standing wave over time as a function of pressure amplitude, acoustic contrast factor (i.e., nanoparticle and fluid composition), and size of the nanoparticles. Predictions from this model are systematically compared to results from experiments on gold nanoparticles of different sizes to determine the model's accuracy in estimating both the rate and the degree of nanoparticle focusing across a range of pressure amplitudes. The model is further used to predict the minimum particle size that can be focused for different nanoparticle and fluid compositions, and those predictions are tested with gold, silica, and polystyrene nanoparticles in water. A procedure combining UV‐light and photoacid is used to induce the aggregation of nanoparticles to illustrate the effect of nanoparticle aggregation on the observed degree of acoustic focusing. Overall, these findings clarify the extent to which acoustic resonating devices can be used to manipulate, pattern, and enrich nanoparticles suspended in liquids.     

高斯波束对界面附近离轴球形粒子的轴向声辐射力

从声波的散射理论出发,利用级数展开法得到高斯波束的波束因子,推导其对阻抗边界下离轴球形粒子声辐射力.针对刚性球与液体球两种球形粒子进行数值模拟,与自由空间的情况进行比较.讨论边界反射系数、粒子与边界距离、束腰半径以及离轴角度与距离等对声辐射力的影响.仿真结果表明：边界反射系数的增大会引起声辐射力的增加,但不改变峰值的位置;在合适的频率处,可以产生负向声辐射力;声辐射力随粒子与边界距离呈周期性变化;束腰半径的影响主要体现在中高频;随着粒子偏离传播轴的距离和角度增大,声辐射力明显衰减.该研究为利用高斯波束实现对粒子的操纵提供理论基础.     

Gaussian Beams of Gravitational Wave

The standard and high-order Gaussian beam solutions for gravitational wave is obtained in the linear approximation of vacuum Einstein equation under harmonic conditions.     

Gaussian Beams of Gravitational Wave

The standard and high-order Gaussian beam solutions for gravitational wave is obtained in the linear approximation of vacuum Einstein equation under harmonic conditions.     

驻波场中相位迟后的偶极力

计算了二能级原子在一个驻波场中的辐射压力，给出了在不对空间平均时的辐射压力的普遍表达式，指出辐射压力的零级项应应于受激压力，而一级项对应于偶极力，高队项则可忽略。文中详细地计算了各种不同情况下的偶极力和相位，指出对于不同速度，相位有不同的迟后，这样的结果将严重地影响原子在驻波场中的动力学，用光子再分配模型简单地对有力的相位随速度的变化作了解释。     

干涉高斯光诱导的表面等离子激元驻波场的分析

考虑到实际入射光强的空间分布不均匀,基于Kretschmann模型并采用角谱方法分析模拟了两束高斯光干涉诱导表面等离子激元(SPP)驻波场。与理想平面波不同,高斯光诱导的SPP干涉条纹幅值大小不等,分布复杂,这表明光强空间非均匀程度会严重地影响到曝光深度的分布。还分析了金属薄膜的厚度、损耗以及光刻胶的介电常数对SPP驻波场的影响,并得出不恰当的金属板厚和细微损耗都会极大削弱SPP驻波场,而如果光刻胶的介电常数过大则有可能产生不了表面等离子体共振的结论。     

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。     

强聚焦混合偏振矢量光束在瑞利粒子上产生的辐射力

理论研究了强聚焦混合偏振矢量光束作用在瑞利粒子的辐射力,推导出混合偏振矢量光束深聚焦在焦平面处产生辐射力的计算表达式,数值模拟了焦平面附近轴向光束强度分布及数值孔径与径向系数对辐射力分布的影响.结果表明,强聚焦混合偏振矢量光束深聚焦后在焦平面附近产生的辐射力在一定情况下能够实现对瑞利粒子的三维捕获,并且受数值孔径和径向系数的影响,其中径向系数影响较为明显.大量数据整合结果表明当径向系数大于3时,才能实现与光阑数值孔径相匹配,完成对焦平面附近瑞利粒子的三维捕获.     

亚稳态氦原子束在激光驻波场中聚焦的衍射像差研究

用量子力学方法研究了一维激光驻波场对亚稳态氮原子束聚焦的衍射像差。建立了半经典模型，该模型在一定条件下和已有模型一致，提出了直接计算时间演化算符的数值方法，这种计算方法速度较快，收敛性较好，数值模拟结果表明在一定的激光强度和光束半径等参量下，亚稳态氮原子束被聚焦，焦点的半峰全宽为54nm，对比度16：1，焦长、焦深与入射原子束的速度有关，从而与动能有关，焦点的有限宽度主要是来自衍射效应的影响。