Definition and measurement of the beam propagation factor M2 for chromatic laser beams

The concept of the beam propagation factor M2 is extended for chromatic laser beams. The definition of the beam propagation factor can be generalized with the weighted effective wavelength. Using the new definition of factor M2, the propagation of chromatic beams can be analyzed by the beam propagation factor M2 as same as that of monochromatic beams. A simple method to measure the chromatic beam factor M2 is demonstrated. The chromatic factor M2 is found invariable while the laser beam propagates through the dispersion-free ABCD system.     

大气湍流对多色部分空间相干光传输特性的影响

基于部分相干光的传输定律，对多色部分空间相干光的长程大气传输做了研究.结果表明，无论是否满足定标律，大气湍流会引起多色部分空间相干光的光谱移动和光束扩展；多色部分空间相干光光束扩展比多色完全空间相干光受湍流的影响小.然而，带宽对光强分布的影响较小. 关键词： 多色部分空间相干光 大气湍流 光谱移动 光束扩展     

有振幅调制和相位畸变光束通过硬边光阑的M2因子

光束传输M^2因子是表征激光束的有用参量。利用矩形函数的复高斯函数的近似展开方法,给出部分相干光通过硬边光阑后强度二阶矩的近似计算公式,由此可得到部分相干光通过硬边光阑后的推广M^2因子。以有振幅调制和相位畸变光束为例,推导出相应的推广M^2因子的解析表达式,通过数值计算对提出的近似算法的计算精度进行了分析。研究结果表明,使用该近似方法计算得到的推广M^2因子的计算误差小于1％,且通过该方法可直接得到相应的近似解析计算公式,从而使计算得以简化,并有效地提高了计算效率。     

超短脉冲贝塞尔光束的非近轴效应对传输的影响

 对超短脉冲贝塞尔光束在近轴近似和非近轴情况下自由空间中的传输作了研究。结果表明，其空间波形在传输中保持贝塞尔形状不变，不受非近轴效应影响；然而当空间参数较大时，非近轴效应影响超短脉冲贝塞尔光束的时间波形。     

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

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｒｅｃｅｎｔｌｙ ,Ｃａｓｐｅｒｓｏｎ ｅｔａｌ.[1,2 ]ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｓｏ ｃａｌｌｅｄＨｅｒｍｉｔｅ ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ Ｇａｕｓｓｉａｎｂｅａｍｓ (ＨＳＧＢｓ)ａｎｄ ｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｔｈｅｙａｒｅｓｔｉｌｌｓｏｌｕｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｗａｖｅｅｑｕａｔｉｏｎｕｎｄｅｒｔｈｅ ｐａｒａｘｉａｌａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｉｒｃｏｍｐｌｅｘｒａｄｉｕｓｏｆｃｕｒｖａｔｕｒｅａｎｄｍｅａｎｒａｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｂｅｙｔｈｅｗｅｌｌ ｋｎｏｗｎＡ…     

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.     

超高斯涡旋光束在空间中的传输特性

研究了超高斯涡旋光束光强最大值、光斑半径以及环围能量半径等参数随传输距离和拓扑荷数的变化规律,并与高斯涡旋光束做了比较,结果表明：超高斯涡旋光束的光斑半径和环围能量半径随拓扑荷数及传输距离呈近似线性关系;对同一拓扑荷数和传输距离,高斯涡旋光束的能量较超高斯涡旋光束要发散;当拓扑荷数较大时,超高斯涡旋光束的光斑半径比高斯涡旋光束更大。针对光束质量研究了广义光束质量因子随传输距离和拓扑荷数的变化,结果表明传输距离足够远时,拓扑荷数较小的超高斯涡旋光束具有更好的光束质量。     

平面波经微小圆孔衍射的传输特性

采用横截面上光强的精确表述,分析了单色平面波微小圆孔衍射后,其衍射光束的传输特性.发现二阶矩定义下的衍射光束束宽满足一般的双曲线传输规律.数值计算表明,在微小圆孔半径小于0.17个波长时,衍射光束的光束传输因子小于1.     

光纤端面衍射场光束参数及其测量

基于非傍轴标量光束的传播理论和横截面上光强的精确描述,分析了光纤端面衍射场光束特征参数的解析表达式,并与傍轴近似条件下的结论进行了比较.证明了傍轴近似对于弱导光纤的合理性,但是随着光纤相对折射率差Δ增大,傍轴近似由于忽略了衍射角度,远场发散角角半径和M2因子比考虑衍射角度时偏小.最后提出了一种可行的实验测量光束参数的方法,这种方法没有忽略衍射角度影响,从理论上说,比傍轴近似更为客观可靠.     

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。     

利用空间诱导色散补偿介质色散

研究了超短脉冲贝塞尔光束在色散介质中的传输特性 ,指出空间诱导色散效应可以用来补偿介质色散作用 ,从而可以在色散介质中实现无衍射无色散的类时空孤子波的传输。用理论推导和数值模拟的方法得到的具有反常色散性质的空间诱导色散可以有效地补偿介质色散。数值模拟的结果表明 ,由于超短脉冲贝塞尔光束的无衍射无色散传输距离受到高阶色散效应和贝塞尔光束空间受限两方面的限制 ,无衍射无色散传输只能在有限距离内近似实现。通过增加脉冲长度可以减小高阶色散效应的影响。在传输距离小于衍射距离时 ,空间诱导色散效应可以很好地描述脉冲演化和色散补偿过程     

Influence of cladding layer field of slab waveguide on M~2 factor

Based on the theory of semiconductor laser pattern and the non-paraxial vectorial moment theory of light beam propagation, the beam quality factor M2 of TEo propagating mode is analyzed and calculated. The result shows that when both core layer and cladding layer are considered, M2>1 is always obtained. Moreover, by analyzing the characteristic of real beams, this result is generalized to the multilayer isotropic linear slab waveguides.     

微小孔非傍轴衍射光束传输特性的研究

基于非傍轴标量光束横截面上光强的精确定义,对桶中功率和二阶矩定义的光束束宽、远场发散角和M2因子等进行了比较研究.以平面波的微小圆孔衍射光束为例,进行了详细的数值计算.结果表明,桶中功率定义的光束束宽、远场发散角和M2因子较二阶矩定义的小,两种定义的M2因子都随束腰趋于零而趋向于零,桶中功率定义的光束束宽的传播规律与双曲线存在一定偏差.     

Non-one-dimensional optical solitons and ideal fluid dynamics

Influence of transverse effects on the propagation of light beams in gradient glass fiber and on the pulsed mode of the second harmonic generation is investigated. Within the approaches under consideration the equations for the pulse or beam field envelopes are reduced to a system of hydrodynamictype equations for amplitudes and eikonals. These equations are used to describe the vortex and non-vortex beam channeling modes and the propagation of light bullets.     

部分相干光束通过硬边光阑的推广光束传输M2因子

给出部分相干光通过硬边光阑后的强度二阶矩的计算公式，由此可得到部分相干光通过硬边光阑后的推广光束传输M^2因子。以部分相干高斯－谢尔模型光束为例，推导出相应的M^2因子，并作了数值计算和分析讨论。     

Beam quality of a nonideal atom laser

We study the propagation of a noninteracting atom laser distorted by the strong lensing effect of the Bose-Einstein condensate (BEC) from which it is outcoupled. We observe a transverse structure containing caustics that vary with the density within the residing BEC. Using the WKB approximation, Fresnel-Kirchhoff integral formalism, and ABCD matrices, we are able to describe analytically the atom-laser propagation. This allows us to characterize the quality of the nonideal atom-laser beam by a generalized M2 factor defined in analogy to photon lasers. Finally we measure this quality factor for different lensing effects.     

环状平顶光束的传输特性研究

利用偏心高斯光束相干叠加方法，建立了柱坐标系下环状平顶光束模型.采用广义强度二阶矩定义，推导出环状光束广义M2因子的解析表达式.利用广义衍射积分理论，给出环状光束经过近轴ABCD光学系统的传输公式，并进一步给出了环状平顶光束修正的菲涅耳数定义.分析了环状平顶光束在自由空间的传输规律.研究结果表明，该模型可统一描述基模高斯光束、环状高斯光束以及环状平顶光束.环状平顶光束的广义M2因子和环状平顶光束的传输特性与其阶数及遮拦比有关.     

高斯光束对标准硅球直径测量的影响分析

针对高精度硅球直径测量系统的特点,分析平面波反射光的多光束干涉和双光束干涉,以及正入射时高斯光束反射光中心的多光束干涉和双光束干涉,对不同条件下的高斯光束反射光中心的干涉光强进行了数值模拟.对采用五步相移算法时高斯多光束干涉的影响进行了研究,给出了特定参数条件下不同束腰ω0和传播距离z时的最大相位误差,当ω0=5 mm,z=2000 mm时的最大相位误差达0.08%.     

Effect of chromatic aberration on Gaussian beams: non-dispersive laser resonators

The propagation of a non-monochromatic (polychromatic) TEM₀₀ Gaussian beam in vacuum, its passage through a thin plate and its transformation by a thin lens are studied in the case of a non-dispersive laser resonator. The basic assumptions of the model are as follows: optical fields are stationary and plane-polarized, the paraxial wave equation is valid, an equivalent non-dispersive hemiconfocal resonator represents the lasing medium and its stable resonator, the laser emits in a single mode. It is also assumed that the plate and the lens have large transverse dimensions. Mathematical expressions, for beam radius, divergence, radius of curvature and beam parameter product, are obtained. A beam quality factor for polychromatic Gaussian beams is defined and its value calculated in each case of interest. It is proposed to simulate a dispersive laser resonator by a non-dispersive resonator complemented with a plate and/or a thin lens.     

空间诱导产生艾里-贝塞尔光弹研究

利用波动方程,研究了脉冲贝塞尔光束在自由空间传输时的空间诱导群速度色散(SIGVD)效应. 结果表明,三阶SIGVD能使脉冲贝塞尔光束的时域逐渐演化为艾里分布. 由于艾里-贝塞尔光弹是一种新奇的时、空都不扩展的局域波包, 能在光与物质相互作用的很多应用领域发挥作用.因此,本文提出了 通过色散管理技术补偿二阶SIGVD,利用三阶SIGVD在自由空间产生艾里-贝塞尔光弹的方案. 为分析这种光弹的时空传输特性,数值模拟了它在色散介质中的传输情况. 结果表明,这种光弹能在色散介质中保持空域不衍射、时域不色散的稳定传输.