采用液晶空间光调制器进行激光光束的空间整形

提出采用液晶空间光调制器进行激光束的实时,可调控光束空间整形的新方法,研究了液晶空间光调制器的光学调制特性,用液晶空间光调制器衬时产生的软边切趾光阑与空间滤波器结合,有效地对任意光束进行空间整形,获得光束填充因子高,近“平顶”光强的光束近场分布。     

平顶高斯光束经含失调圆孔光阑的失调光学系统的传输特性

为分析平顶高斯光束通过光学系统传输时圆孔光阑失调和光学元件失调对平顶高斯光束传输特性的影响,利用失调圆孔光阑的近似展开式和适用于失调光学系统的广义衍射公式,得出了平顶高斯光束经含失调圆孔光阑的失调光学系统传输的近似解析式,给出了输出光束场分布与光束参量、光阑孔径尺寸、光阑和光学元件失调量等的定量关系.针对特定光学系统定量分析了各失调量对输出光束场分布的影响,结果表明各元件失调都对输出光束强度分布产生较大影响.但在各失调量较小的情况下,透镜失调对输出光束传输特性的影响比光阑失调对输出光束传输特性的影响更明显.     

平顶高斯光束经含失调圆孔光阑的失调光学系统的传输特性

为分析平顶高斯光束通过光学系统传输时圆孔光阑失调和光学元件失调对平顶高斯光束传输特性的影响,利用失调圆孔光阑的近似展开式和适用于失调光学系统的广义衍射公式,得出了平顶高斯光束经含失调圆孔光阑的失调光学系统传输的近似解析式,给出了输出光束场分布与光束参量、光阑孔径尺寸、光阑和光学元件失调量等的定量关系.针对特定光学系统定量分析了各失调量对输出光束场分布的影响,结果表明各元件失调都对输出光束强度分布产生较大影响.但在各失调量较小的情况下,透镜失调对输出光束传输特性的影响比光阑失调对输出光束传输特性的影响更明显.     

非均匀偏振光束通过环状光阑像散透镜的聚焦特性

借助于光束相干偏振矩阵和广义惠更斯－菲涅耳衍射积分公式,研究了非均匀偏振(NUP)光束通过环状光阑像散透镜的聚焦特性,并将圆孔光阑作为环状光阑内径为零的特例处理.数值计算结果表明,实际焦点位置、光强和偏振度分布与透镜的像散、环状光阑的菲涅耳数和遮拦比以及NUP光束参量有关.     

物理光学 光的干涉与衍射

O436．1 2006064849有振幅调制光束经锯齿光阑的衍射特性=Diffraction of laser beams with amplitude modulations passing serrated apertures[刊,中]/刘永欣(四川大学激光物理与化学研究所．四川．成都(610064)),吕百达//激光技术．—2006．30 (1)．—50—52,59用惠更斯-菲涅耳衍射积分对有振幅调制光束经锯齿光阑的衍射做了研究．并与经圆孔硬边光阑的衍射做了计算比较。另外讨论了锯齿光阑参数对有振幅调制光束衍     

高斯光束通过含失调窄缝光阑的失调光学系统的传输特性

 利用硬边窄缝光阑的近似展开式和适用于失调光学系统的广义衍射公式,得出了高斯光束经含失调窄缝光阑的失调光学系统传输的近似解析式。模拟结果表明输出光束场分布与光束参量、光阑尺寸、ABCD矩阵元、光阑失调量和光学系统失调量有关。针对给定的光学系统和高斯光束定量分析了各失调量对输出光束场分布的影响,结果表明:光阑横向位移、光学系统横向位移和角位移均引起垂直于z轴截面内明显的光强非轴对称分布。当光阑半宽度为1 mm时,光阑的衍射作用使腰斑半径为0.5 mm的高斯光束产生-1.586π～1.465π范围的相对相移,且光阑横向位移、光学系统横向位移和角位移均引起焦平面前后相对相移的迅速变化。随光阑宽度变小,各失调量对输出光束特性的影响越明显。     

贝塞耳函数调制的高斯光束通过有光阑ABCD光学系统的传输

基于惠更斯菲涅尔广义衍射积分,对变量为径向平方的贝塞耳函数调制的高斯光束(QBG光束)通过有圆孔光阑限制的一阶ABCD光学系统的传输进行了研究.采用将圆域函数可表示为复高斯函数叠加的方法,推导出了普适的场分布解析公式,以QBG光束通过有圆孔光阑限制的薄透镜系统为例进行了分析与讨论,数值计算结果证明了本文所用方法的优点,所得结果与直接用广义衍射积分公式进行复杂的数值计算结果完全一致 关键词： QBG光束 光阑 ABCD光学系统 传输特性     

有振幅调制和相位畸变光束的远场光谱移动与光谱开关

基于瑞利衍射公式,研究了被光阑衍射的具有振幅调制和相位畸变光束的远场光谱变化规律。结果表明,有振幅调制和相位畸变光束在远场也会出现光谱异变现象和光谱开关效应,光阑截断参数、光束的相位畸变参数、振幅调制参数、光强调制参数对远场光谱的跃迁量和光谱开关产生影响。通过数值计算结果分析讨论了光阑截断参数及光束各参数影响远场光谱的规律。     

光束通过含环形光阑的光学系统的传输特性研究

采用将环形光阑的窗口函数展开的傅里叶级数与复高斯函数的乘积的方法,推导出平面波经过含环形光阑光学系统的近似解析传输公式。利用该公式对光束通过含环形光阑的光学系统的传输进行了数值模拟,计算并分析了不同遮拦比下轴上光强分布和横向光强分布的特点。结果表明：轴上光强分布和横向光强分布与环形光阑的遮拦比有关。该研究方法和结果可推广到其他光阑,对控制光束和光学系统设计具有一定的参考价值。     

光阑对偏振高斯-谢尔模型光束偏振特性的影响（英文）

根据广义惠更斯-菲涅尔原理和Collins公式,基于复高斯函数展开法,推导出椭圆偏振的高斯-谢尔模型光束经过矩形光阑衍射后的交叉谱密度公式,结合斯托克斯矢量理论推导了椭圆偏振高斯-谢尔模型光束在接收平面的光强、偏振度、方位角和椭圆度的表达式,数值分析了光阑的孔径遮拦比对光强、偏振度及方位角和椭圆度的影响.结果表明,光阑的孔径遮拦比在近场区对经过光阑后椭圆偏振高斯-谢尔模型光束的光强和偏振特性有显著影响;随着传输距离的增大,光强和偏振特性受孔径遮拦比的影响减小,光强和偏振特性变化平稳.     

利用锯齿光栏获得超高斯型光束

提出了一种超高斯型诱射率锯齿光栏的设计。通过模拟计算研究了它的衍射传输特性光束通过这种光栏，并滤波后得到空间平滑分布的理想超高斯型光束。     

高斯光束经环形光栅的衍射特性分析

基于傅里叶-贝塞尔变换计算高斯光束垂直入射环形光栅时的衍射远场分布,分析了其衍射远场光强分布的一般规律,并与平面波入射时的情况进行了比较.计算结果表明：当光栅半径为1.5倍高斯光束束腰半径时, 随着光栅环数的增加,中央亮斑半值全宽先减小后增大、中央亮斑所包含的功率占总功率的比值减小、中央主极大光强值减小,三者的变化趋势与平面波入射时的趋势一致;中央亮斑半径、次极大光强值变化趋势与平面波入射时的变化趋势不同.当环数小于5时,高斯光束经过环形光栅的衍射场光强变化无规律;当环数大于10后两种情况下衍射场光强变化都不明显;当环数趋于无穷时中央亮斑半径、中央亮斑半值全宽、次极大光强值趋于圆孔衍射(环数等于1)时的值,中央亮斑所包含的功率占总功率的比值约等于圆孔衍射时的1/2,中央主极大光强值约等于圆孔衍射时的1/4.     

Bessel光束经椭圆环形孔径后的衍射光场

基于菲涅耳衍射积分理论及硬边孔径的复高斯函数展开法导出了Bessel光束经椭圆环形孔径后的光场表达式, 数值模拟了其光场的强度分布. 研究了Bessel光束经椭圆环形孔径后的光场变化及其传播过程; 在实验上利用轴棱锥输出的近似无衍射Bessel光, 通过椭圆环形孔径, 使用电荷耦合器件拍摄得到不同传播距离处的光强分布. 理论结果和实验结果均表明无衍射光束经椭圆环形孔径后会产生空心光束.     

Changes in the intensity distribution and polarization of non-uniformly polarized beams focused by a spherically aberrated lens with annular aperture

Based on the generalized Huygens-Fresnel diffraction integral and beam coherence polarization (BCP) matrix formulation, the focusing properties of a type of non-uniformly polarized (NUP) beam through a spherical aberrated lens with annular aperture are studied. The dependence of focal shift, intensity distribution, power in the bucket (PIB) and degree of polarization on the spherical aberration coefficient, obscure ratio and polarization parameters is illustrated numerically. The focusing of NUP beams by a spherically aberrated lens with circular aperture is treated as a special case, where the inner radius of the aperture is equal to zero.     

高数值孔径下高斯光束超分辨技术

利用矢量衍射理论,研究了高数值孔径下高斯光束的超分辨特性,对可以实现超分辨的二环和三环相位结构进行了优化求解,分析了环带半径和相位变化对超分辨性能的影响规律,给出了优化方法和优化结果.研究结果表明:当和平面波照明具有相同的旁瓣比时,使用高斯光束照明仍然可以实现光学超分辨;采用二环相位结构时,内环半径的控制比较关键,相位的微小改变对超分辨性能的影响不大,二环相位结构具有加工容差大的优点;三环相位结构在相同旁瓣比的情况下能够达到较大的压缩比和较小的主瓣峰值强度,三环结构的半径和相位的改变对超分辨性能的影响较大,其加工容差要小于二环相位结构;无论二环或三环相位结构,若提高压缩比,必然会引起主瓣峰值强度降低和旁瓣比增大.该研究为高数值孔径下,高斯光束照明时,超分辨光瞳滤波器的优化设计提供了一种新方法.     

Detecting the topological charge of vortex beams using an annular triangle aperture

The Fraunhofer diffraction pattern of a vortex beam by an annular triangle aperture is analyzed theoretically and experimentally. It is found that the pattern of the far-field diffraction intensity distribution exhibits a triangular lattice array, which becomes much clearer with the increase of the ratio of the inner to the outer side of the annular triangle aperture. The number of spot points of any external side of the triangular lattice array minus one is just equal to the topological charge value of the measured optical vortex. For the vortex beam with negative topological charge, the triangular diffraction pattern after the annular triangle aperture will be rotated by 180° in relation to the case of the positive topological charge. Based on the above properties, we propose a simple and feasible method to determine the magnitude and sign of the topological charge of an optical vortex beam.     

基于畸变透镜孔衍射的激光束型转变

为了研究用畸变透镜孔产生的不同束型的精细激光束,先由基尔霍夫衍射公式得到高斯光束微圆孔衍射积分式,然后再经适当推理得到高斯光束通过畸变透镜孔的菲涅耳衍射的计算式,进而探讨了畸变透镜孔菲涅耳衍射对高斯光束进行束型转变的原理。用Matlab软件进行计算机模拟实验,表明了这种方法和技术是可行的。这种激光束整形技术可产生用于微细加工的不同束型的精细激光束。     

Influence of the chirp on the intensity distributions of an apertured pulse

Starting from the Huygens–Fresnel diffraction integral and the Fourier transform, the propagation expression of a chirped pulse passing through a hard-edged aperture is derived. Using the obtained expression, the intensity distributions of the pulse with different chirp in the near and far fields are analyzed in detail. Due to the modulation of the aperture, many intensity peaks emerge in the intensity distributions of the chirped pulse in the near field. However, the amplitudes of the intensity peaks decrease on increasing the chirp, which results in the smoothing effect in the intensity distributions. The beam smoothing brought by increasing the chirp is explained physically. Also, it is found that the radius of the intensity distribution of the chirped pulse decreases when the chirp increases in the far field.