Beam Propagation Factor and Generation of Cosh-squared-Gaussian Beams

A new light beam termed as a cosh-squared-Gaussian beam (ChSGB) which may be one of solutions of the paraxial wave equation for propagation in complex optical systems has been introduced. Their beam propagation factor (M2-factor) is derived and schemes to generate this light beams are proposed.     

Propagation and Beam Quality of Flattened Hermite-Gauss Beams

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

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.     

Propagation of Flattened Hermite-GaussBeams Around a Thin Lens

SupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina.1.IntrodtlctionInourprcviOLISbaper[1J,x\'ehavcstLldicdthepropagati0n0ff1attencdHermite}Gaussbeams(FGHlls)infreespace,bytakingthcmasc0hercntsuperimpositi0nofHermite-Gaussbcamsofevcndrder.Inpracticaluse,suchbcamsareusualIyf0cuscdbyalens.'Sincetrans-formation0fhighordcrHermite-Gaussbcamsbythin]enscanbestudicdana1yticalIy,wecandcscribetheficlddistributions0fFGHllsafterathinlensalongpropagati0naxikexp1icitly,andwriteouttheirbeamspotsiz…     

平顶高斯光束的传输特性

将平顶高斯光束作为一个整体光束处理 ,研究了它通过近轴 ABCD光学系统的传输特性。对无光阑情况 ,推导出较为普遍的解析式 ;而对有光阑限制情况 ,数值积分是可行的。给出的典型数值计算结果证实了这种方法与有限拉盖尔 -高斯函数展开法是等价的。     

一类新平顶光束的束传播因子

 基于迭加原理，引入了利用双曲余弦-高斯光束的相干迭加而得的新光束，结果表明这类迭加光场的场强分布在适当参数条件下可具有平顶结构，并且分析了这类迭加所得的平顶光束的束传播因子与束参数的关系。     

一类新平顶光束的束传播因子

基于迭加原理,引入了利用双曲余弦-高斯光束的相干迭加而得的新光束,结果表明这类迭加光场的场强分布在适当参数条件下可具有平顶结构,并且分析了这类迭加所得的平顶光束的束传播因子与束参数的关系。     

横向可分原子激光的传输

本文在含时量子系统传播子的ABCD形式理论的基础上．进一步讨论原子激光这种品质因子不守恒系统的传输。利用准连续的原子激光在传输过程中所满足薛定谔方程．并引入某一方向的束宽、发散角、曲率半径和品质因子等光束传输参量来表征横向势能满足x和y分量相互独立的原子激光的传输。如果某一方向上品质因子也守恒,就可以通过解析不同过程品质因子守恒的充要方程,找到原子激光在各过程中ABCD形式的传播子。本文讨论原子激光在从玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)中穿出过程。在磁化捕获器打开情况下的传输,以及在自由空间的传输这三个满足横向势能可分且各横向品质因子守恒条件的过程中ABCD形式的传播子。本文还将所运用的方法和所得结果与Yann等人的方法和结果进行了比较。     

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。     

高阶模高斯光束整形方法研究

研究了高阶模高斯光束的整形方法.在高阶模高斯光束和平顶光束理论模型的基础上,分别选择了平项洛仑兹函数和费米狄拉克函数作为平顶光分布函数,利用能量守恒定律,分别推导针对拉盖尔-高斯光束和厄米特-高斯光束整形系统中入射光与出射光的映射函数.最后利用ZEMAX软件设计了针对TEM01模高斯光束进行整形的非球面透镜元件.结果表...     

Generation of Accelerating Beams along Arbitrary Trajectories

A phase superposition approach for generating arbitrarily accelerating beams is proposed, where the superimposed phase is composed of multiple sub‐phases, each of which determines an independent sub‐beam or sub‐trajectory. Further, an effective algorithm is developed to improve the uniformity of the intensity along the arbitrary trajectory by introducing phase‐shift factors. Experimental results are consistent with numerical simulations. The proposed method can be extended to nonparaxial fields, and it also breaks the previous trajectory restrictions. The arbitrarily accelerating optical beams can pave the way for optically moving particles along a predefined trajectory. The property of such beams following arbitrary trajectories is likely to give rise to new applications in wave front control, flexible optical manipulation, and optical transport and guidance of particles.     

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     

相位翻转厄米-高斯光束的传输特性

将相位翻转高斯光束的概念推广到相位翻转高阶模光束.以相位翻转厄米-高斯光束为例,推导出相位翻转高斯光束通过近轴理想(无光阑)ABCD光学系统,以及带刀口和光阑的ABCD光学系统传输的递推方程,并用以研究相位翻转高斯光束的传输特性.特别是,得出对TEM1、TEM2和TEM3模相位翻转高斯光束,光阑效应可以忽略的条件分别是截断参量δ≥2.1,2.5和 3.0.     

相干合成光束在湍流大气中的传输

分析了湍流大气对相干合成光束传输的影响,根据广义惠更斯-菲涅耳原理,对相干合成光束在不同强度湍流大气中传输进行计算,对接收平面处的光强分布的统计特性,如桶中功率(PIB)曲线、局部功率曲线进行比较.研究结果表明,较弱的湍流大气对相干合成光束的传输影响较小,接收平面的光强分布以及PIB曲线基本不变;随着湍流强度的增大,相干合成光束的光强分布和PIB曲线产生显著变化,光斑扩展和能量的弥散速度加快,光束的能量集中度显著降低.计算了湍流大气传输后光束的空间相干度,认为空间相干度下降是降低相干合成效果的原因,对如何降低湍流大气的影响进行讨论.     

高斯光束在受限空间滤波器中传输的快速分析

根据矩形函数可以展开为有限复高斯函数之和的方法,从柯林斯衍射积分公式出发,对高斯光束通过受限空间滤波器传输特性进行分析,得到了相应的近似解析式。利用Matlab对其解析式进行数值模拟,得出一组直观的结果。通过比较这些结果可以看出透镜的有限尺寸对光束传输的影响,以及空间滤波器的滤波小孔在传输中具有明显作用。     

双曲余弦高斯光束通过有光阑限制的ABCD光学系统的传输

对双曲余弦高斯光束通过有硬边光阑的一阶ABCD光学系统的传输进行了研究,采用将矩形域函数表示为复高斯函数叠加的技巧,推导出了解析的传输公式,在特殊情况下,该公式简化为在无光阑情况下的传输公式,对双曲余弦高斯光束通过有光阑限制的薄膜镜聚焦进行了数值计算,计算结果与直接由柯林斯（Collins)公式所得结果一致,且此解析方法便于进行物理分析,可节约大量机时。     

双偏心椭圆高斯光束在一阶ABCD光学系统中的传输特性

通过求解时谐条件下的亥姆霍兹方程,得到一个特解双偏心椭圆高斯光束,该光束由两个偏心椭圆高斯光束叠加而形成的,可用于描述大功率激光二极管远场分布双峰特性.分析了该光束的光场模型,运用惠更斯-菲涅尔广义积分公式,得到了该光束在一阶ABCD光学系统中的传输场分布和解析表达式,在此理论基础上,数值计算得到光场分布和远场发散角,并运用该光束模型模拟了新型激光二极管光场分布,理论结果与实际结果吻合.     

激光束在大气中长距离传输聚焦特性的研究

研究了大气湍流与热晕对于几种不同波长激光束的的长距离传输聚焦特性的影响。光束质量与光束漂值的理论与实验值基本一致。     

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.     

平顶光束通过像散透镜的传输和光束参量的变化

对平顶光束通过像散透镜的传输和光束参量(包括束宽、束腰宽度和位置、远场发散角和M2因子)的变化做了研究.结果表明,像散使平顶光束在x方向的束腰宽度增加,远场发散角减小,实际焦点的位置远离透镜,而在y方向正相反.平顶光束的M2因子与像散无关.x、y方向束宽和远场发散角的相对误差随光束阶数,瑞利长度,像散系数和透镜焦距变化.当x、y方向的光束阶数和初始束宽相等时,几何焦面上两方向束宽的相对误差相等,但在实际焦面上不同.