会聚厄米-双曲余弦高斯光束的光强分布和焦移

 基于厄米-双曲余弦高斯光束通过无光阑限制薄透镜聚焦的解析传输公式，研究了厄米-双曲余弦高斯光束聚焦区域的光强分布，并对光束的焦移进行了分析，讨论了偏心参数对光强主极大位置的影响。结果表明：TEM₁₁模厄米-双曲余弦高斯光束的相对焦移（绝对值）随偏心参数和菲涅尔数的减小而增大，菲涅尔数较大时相对焦移趋于零。TEM₂₂模光束在偏心参数小于0.54时，轴外与轴上光强极大值的比值大于1，此时光强主极大在轴外，偏心参数大于0.54时则相反；在偏心参数等于0.54时比值为1，此时光束有两个主极大，偏心参数愈大光强愈集中于轴上。使用LW法和GH法得到的TEM₂₂模光束的相对焦移（绝对值）随偏心参数和菲涅尔数的变化规律与TEM₁₁模光束一致，但相同参数下使用这两种方法得出的具体结果不同。     

用环围功率法研究双曲正弦高斯光束的焦移

 从Collins公式出发研究了无光阑双曲正弦高斯光束的聚焦特性。研究发现聚焦双曲正弦高斯光束的轴上光强为零，因此Li和Wolf二人研究焦移的方法不再适用。使用环围功率法定义束宽和实际焦面，由此可以决定聚焦双曲正弦高斯光束的焦移。数值计算表明，聚焦双曲正弦高斯光束的焦移与偏心参数和菲涅耳数有关，焦移随偏心参数和菲涅耳数的减小而增大。此外，还分析了双曲正弦高斯光束的最佳聚焦问题。     

柱面球差透镜聚焦部分相干光束的焦移

通过定义聚焦光束的等效菲涅耳数,研究了部分相干光经柱面球差透镜聚焦后的轴上光强分布,得到了相对焦移的简单公式,即相对焦移反比于等效菲涅耳数的平方.结果表明,这种基于等效菲涅耳数的计算聚焦光学系统的焦移方法是计算部分相干光束经球差透镜聚焦相对焦移简单且有效方法.还讨论了一种特殊等效菲涅耳数为纯虚数情况.结果证明,在这种情况下,该相对焦移简单公式仍然有效.     

复变几何光学

本文在复平面上描述高斯光束的特性，并利用复数分式线性变换及其几何反演点对研究高斯光束的传输与变换，推导出几何光学的高斯光束类牛顿公式和类高斯公式，同时阐明了高斯光束菲涅耳数与焦移概念的本性．     

克尔效应对高斯光束聚焦特性的影响

利用菲涅尔—基尔霍夫衍射积分公式,研究薄片近似情况下的Kerr效应带来的波前畸变对高斯光束聚焦特性的影响.在相位延迟为－2~2 rad的范围内进行的模拟计算表明：正Kerr效应能提高高斯光束的聚焦强度、增大相对焦移量、提高聚焦光束的焦平面桶中功率和降低几何焦平面的峰值光强;而负Kerr效应,则会降低聚焦强度、增大相对焦移量、降低聚焦光束的焦平面桶中功率和几何焦平面的峰值光强.可以通过增大光束菲涅尔数来抑制Kerr效应对聚焦特性的影响.     

厄米──高斯光束的聚焦场特性

借助广义惠更斯－菲涅尔衍射积分（即Ｃｏｆｆｉｎｓ公式）推导出ＨｅｒｍｉｔｅＧａｕｓｓｉａｎ光束（Ｈ—Ｇ光束）在无光阑限制下的相对焦移和相对光强增量的解析表达式，并作了分析。对有光阑限制下的Ｈ—Ｇ光束的聚焦场特性做了详细的数值计算和讨论。     

Kerr非线性介质中聚焦像散高斯光束的传输特性

当高功率激光通过Kerr非线性介质传输时,Kerr效应会严重影响激光的传输特性.实际应用中常遇到像散光束.迄今为止,像散光束传输特性的研究大都局限于在线性介质中的传输,而在非线性介质中传输的研究较少,且还未涉及像散激光束通过含光学系统的Kerr非线性介质传输变换的研究.本文主要研究Kerr效应对聚焦光束像散特性和焦移特性的影响,以及聚焦像散高斯光束的自聚焦焦距和光束焦点调控.在光束扩展情况下,推导出了聚焦像散高斯光束在Kerr非线性介质中传输的束宽、束腰位置和焦移的解析公式,研究表明:在自聚焦介质中,随着自聚焦作用增强(如光束功率增强),光束像散越强,但焦移越小;在自散焦介质中,随着自散焦作用增强(如光束功率增强),光束像散越弱,但焦移越大.另一方面,在光束自聚焦情况下,推导出了自聚焦焦距的解析公式,研究表明利用光束像散可以调控光束焦点个数.     

聚焦部分相干涡旋光束的焦移

基于部分相干光的传输理论获得了部分相干涡旋光束被光阑透镜聚焦后的传输方程。基于这些方程研究了部分相干涡旋光束的焦移现象。研究结果表明,部分相干涡旋光束的焦移不仅依赖于菲涅耳数,而且依赖于光束的相干长度和涡旋光束的拓扑荷数。菲涅耳数越小,焦移量越大;部分相干涡旋光束的相干长度越小,焦移量越大;涡旋光束的拓扑荷数越大,焦移量越大。     

部分相干光经柱面球差透镜聚焦所产生的焦移

利用Collins公式得出光强均匀部分相干光经柱面球差透镜聚焦后的轴上光强分布,并通过数值模拟的方法研究了入射光的菲涅耳数、相干度和透镜的球差对轴上点光强分布的影响.结果显示,当菲涅耳数较小、空间相干度较小的部分相干光经无球差透镜聚焦时,轴上点光强分布会产生焦移现象,而当部分相干光被球差透镜聚焦时,也会有焦移现象产生.     

像散透镜对高斯光束的变换特性

 基于广义惠更斯-菲涅尔衍射积分,并考虑了像散的影响,对高斯光束通过像散透镜后的传输特性作了解析研究,以光束传输因子和桶中功率为参数分析了像散高斯光束的光束质量,并以数值计算例加以说明。     

应用耦合模理论研究光在圆对称双包层光纤中的传输(英文)

为了深入理解双包层光纤的光场传输特性,应用耦合模理论将双包层光纤等效为相互耦合的单模光纤和环形芯光纤,研究了圆对称的双包层光纤的光场传输.通过计算单模光纤LP01模和环形芯光纤导模的耦合系数发现了环形芯光纤LP0n模的耦合系数远大于其它导模的耦合系数,且LP0n模中的高阶模比低阶模的耦合系数大.据此,应用耦合模理论计算得到了该双包层光纤的光传输特性,计算结果发现光场沿光纤轴向呈近似周期分布,且纤芯中光功率变化的平均周期随波长递增,但平均归一化功率与光纤参数紧的选择有关.     

应用耦合模理论研究光在圆对称双包层光纤中的传输

为了深入理解双包层光纤的光场传输特性,应用耦合模理论将双包层光纤等效为相互耦合的单模光纤和环形芯光纤,研究了圆对称的双包层光纤的光场传输.通过计算单模光纤LP01模和环形芯光纤导模的耦合系数发现了环形芯光纤LP0n模的耦合系数远大于其它导模的耦合系数,且LP0n模中的高阶模比低阶模的耦合系数大.据此,应用耦合模理论计算得到了该双包层光纤的光传输特性,计算结果发现光场沿光纤轴向呈近似周期分布,且纤芯中光功率变化的平均周期随波长递增,但平均归一化功率与光纤参数紧的选择有关.     

Intermodal interference of LP01 and LP11 modes inpanda fibers

LP01 and LP11 mode interferences in high-birefringence （Hi-Bi） panda fibers are theoretically and experimentally presented. The propagation characteristics of both the fundamental and second-order modes in Hi-Bi panda fibers are investigated, and the interference output intensity distribution of the LP₀1 and LP₁1 modes in panda fibers are thoroughly examined. An experiment is conducted to verify the feasibility of modal interference sensors. The results show that the two-lobe interference pattern of panda fibers generates energy exchanges when external strain is applied on the fiber. Moreover, Hi-Bi panda fibers can be used to design voltage sensors.     

Ultrashort-pulse investigation of the propagation properties of the LP(11) mode in 1.55-mum communication fibers

The coupling of an ultrashort laser pulse into a single-mode optical communication fiber gives rise to two propagating pulses as a result of the excitation of two guided modes, the fundamental, LP(01) , and the leaky, LP(11) . Such a phenomenon provides a new approach to the study of the propagation properties of the LP(11) mode. An experiment with tunable 110-fs pulses at a wavelength near 1550 nm is described. Information about the group velocity, the polarization-rotation length, the attenuation coefficient, and the cutoff wavelength of the LP(11) mode is obtained in a simple and direct way for various fibers.     

折射率不敏感的级联型单模-少模-单模光纤温度传感器

提出了一种折射率不敏感的级联型单模-少模-单模光纤温度传感器。在制作传感器的过程中,设置熔接电流为100 mA,通过将少模光纤与单模光纤进行无错位熔接,以激发稳定的传输模式,形成光纤马赫-曾德尔干涉仪。由于外界环境的改变会引起少模光纤中不同模式之间相位差的改变,从而导致干涉条纹的漂移,因此通过检测干涉条纹的漂移量就可以实现待测参数的检测。少模光纤可以传输LP₀₁,LP₁₁,LP₂₁,LP₀₂共四种模式的光。实验中对长度为81.5 mm的传感器光谱进行分析可知,发生干涉的两个模式主要是LP₀₁模和LP₁₁模。利用该长度的级联型单模-少模-单模光纤传感器进行折射率和温度传感实验,结果表明,随着传感器温度不断的增加,其传输光谱出现了明显的蓝移现象,在27.6~93.8 ℃的温度变化范围内,灵敏度高达-85.9 pm·℃-1,且具有较好的线性度;在甘油折射率为1.347 1~1.443 9变化范围内,其传输光谱没有出现明显的漂移现象,灵敏度仅为3.697 34 nm·RIU-1,具有折射率不敏感特性。因此,相对于传统的包层模干涉型与多模干涉型光纤传感器,所提出的基于FMF的传感器更易于实现对传输模式的控制与分析,且具有结构简单、易于制备、灵敏度高等优点,能够避免温度与折射率同测的交叉敏感问题,可用于电力系统、生物医学、航空航天等领域的温度检测。     

Fiber acousto-optic mode coupling between the higher-order modes with adjacent azimuthal numbers

It is pointed out theoretically that fiber acousto-optic mode coupling can occur between the higher-order modes with adjacent azimuthal numbers. Selective fiber mode conversion from LP01 to LP11, and then to LP21 or LP02 is demonstrated experimentally in a few-mode fiber by using a method of cascaded acousto-optic mode coupling.     

Wavelength-independent all-fiber mode converters

We have used two different photonic crystal fiber (PCF) techniques to make all-fiber mode converters. An LP(01) to LP(11) mode converter was made by the ferrule technique on a drawing tower, and an LP(01) to LP(02) mode converter was made by controlled hole inflation of an existing PCF on a tapering rig. Both devices rely on adiabatic propagation rather than resonant coupling; so high extinction was achieved across a wide wavelength range.     

基于无芯-少模-无芯光纤结构的温度传感特性研究北大核心CSCD

提出了一种基于无芯-少模-无芯光纤结构的温度传感器,对传感器进行了理论分析和实验研究。该传感器将无芯光纤(coreless fiber,CLF)与少模光纤(few-mode fiber,FMF)同轴熔接,构建无芯-少模-无芯的光纤结构,结构两端熔接单模(single mode fiber,SMF)光纤作为输入输出光纤,第1段无芯光纤与单模光纤的模式失配起到激发高阶模的作用,少模光纤中的LP01与LP11两种模式沿少模光纤纤芯传输,在第2段无芯光纤的作用下LP01与LP11两种模式重新耦合回单模光纤,LP01与LP11两种模式发生干涉,形成干涉光谱。当外界温度变化时,两种模式的光程差发生变化,干涉光谱的干涉波谷发生漂移,选取2个不同的干涉波谷作为特征波长,进行实验分析。实验结果表明:波长在1550 nm和1534 nm附近的干涉谷均发生红移,相应的温度灵敏度分别为68 pm/℃和44.5 pm/℃。该传感结构制作简单、灵敏度高,有很好的应用前景。     

环形光子晶体光纤中涡旋光的传输特性研究

由于涡旋光具有轨道角动量,将它应用于光纤通信领域可以有效提高信息传输速率.设计了一种环形光子晶体光纤,利用COMSOL Multiphysics软件对其涡旋光TE01,HE±21和TM01模式特性进行模拟计算,它们之间有效折射率差分别为4.59×10~(-4)和3.62×10~(-4);其中,TE01模式的涡旋光在入射光波长范围为1650—1950 nm时,色散值在44.18—45.83 ps·nm~(-1)·km~(-1)之间平坦;入射光波长在1550 nm时,TE01模式的涡旋光的非线性系数为1.37 W~(-1)·km~(-1).该结构的光子晶体光纤的涡旋光具有损耗小、色散平坦等特性,对光纤中传输涡旋光、将涡旋光应用于超连续谱等方面的研究具有重要意义.     

高双折射光子晶体光纤中均匀布拉格光栅的特性

研究了具有高双折射的光子晶体光纤(HB PCF)中均匀布拉格光栅(FBG)的光谱特性。利用紧凑的超格子模型,对光子晶体光纤的传输特性进行分析,研究正向传输和反向传输的模式之间的耦合规律,从而研究写入光子晶体光纤中的均匀布拉格光栅的特性。首先给出具有C6v对称性的零双折射光子晶体光纤中光纤布拉格光栅的布拉格波长λB随光纤结构参量的变化规律;然后分析一种高双折射光子晶体光纤中的光纤布拉格光栅的光谱特性,高双折射使两个不同偏振态的反射峰分开较大;最后分析了一种常用的双模双折射光子晶体光纤中光纤布拉格光栅的光谱特性,LP01模和LPe11模的两个偏振态对应的反射谱都由于高双折射而分开。