构建一个矢量场高斯光束的尝试

文章提出一个横向激化的矢量场的高斯光束,它在一一条件下,满足时谐电磁波传输的Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ方程,它严格满足片面是场量的无源场条件;它的模｜Ｅ｜,而不是它的任意直角分量Ｅｉ,有高斯光束标量场解的完全相同数学形式,模也是归一化的,从而具有高斯光束标量场解的特征;这样一个民标量场解一样,都是Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ方程的近似解。与标量场比较,它含有激化形式的信息,在必须涉及激化的研究或应用领域,有一定意义     

高斯光束传输中的衍射损耗

由于光学元件的通光孔径(横向尺寸)总是有限大的,因此,高斯光束在通过这些光学元件时会有衍射损耗.并引起光束横向场分布、结构(模式)的变化.另一方面,在光学系统设计时,也需要选择适当几何尺寸配置的光学元件,例如不同孔径大小和形状的光阑、空间滤波器等,利用不同阶光模通过它们时有不同衍射损耗来改变光场的横向分布,提高光束质量,进行光束整形或滤波等.在文[1、2]的基础上,我们以厄米-高斯光束为例对衍射损耗作了详细的数值计算和物理分析,所得结果对激光束传输过程中衍射损耗计算和模式结构分析有参考意义.     

非傍轴对称高斯光束矢量和标量表征的比较研究

微型激光源和衍射光学元件应用的不断增加激发了人们对非傍轴激光束的研究兴趣,导致非傍轴条件下高斯光束的表征受到格外的关注.迄今为止,人们已提出很多方法描述非傍轴条件下的高斯光束,既有标量表征,也有矢量表征.分别采用矢量和标量表征非傍轴对称高斯光束,通过引入比值T来度量光场的z分量对整个光场的贡献.结果表明,以x/W(z)和y/W(z)作为坐标时,T值的变化规律与z无关.对于光源半宽度w0≥0.5λ的非傍轴对称高斯光束,在传输轴附近,特别是沿xy平面45°对角线附近,可以采用标量表征;且随着传输距离的增大,适用范围同步增大.对于半宽度w0小于0.5λ的非傍轴对称高斯光束,由于在xy平面原点附近T值有较大的极值峰,因此标量表征完全失效.     

相干叠加偏心高斯光束的传输特性

对由两束相对传输的偏心高斯光束相干叠加而成的光束的传输特征进行了研究，结果表明，这种光束的传输因子Ｍ＾２不是常数，而是随传输距离振荡的，为了消除振荡，引篱平均光束传输因子－／Ｍ＾２这一新概念。     

高斯光束的光场分析

应用非涅耳衍射原理 ,推导出了高斯光束通过透镜后在光轴上的光场分布 ,并分析了几种特殊情况 .     

偏振高斯光束并合的传输变换特性

利用光束相干偏振（BCP）矩阵来描述光束的偏振特性，采用高斯型线偏振光按一维排布的并合模型，对并合光束的偏振度进行了深入研究，结果表明并合光束的偏振度在横截面上是不均匀的，且随传输距离变化，还与子光束间距及子光束偏振方向夹角等参数有关，非相干并合光束的光强与子光束的偏振特性无关，而相干并合光束的光强与子光束的偏振特性有关，两种并合方式所得的并合光束光强均与子光束数目，间距等参数有关。     

平顶高斯光束的解析传输公式

该文从Collins公式出发，对平顶高斯光束的传输特性进行了研究，推导出了其通过ABCD光学系统的解析传输公式，并且给出了计算例子．研究表明：N阶平顶高斯光束通过ABCD光学系统后的传输可以表示为N个合流超几何函数(库默尔函数)的叠加．     

另类非傍轴TM高斯光束的传输解

当激光束的横向光斑尺寸是波长量级甚至是亚波长量级时,傍轴近似失效,必须采用非傍轴描述.高斯光束作为球面激光腔的横基模,迄今为止已提出很多方法来描述非傍轴条件下的高斯光束.赫兹矢量呈高斯分布的另类非傍轴TM高斯光束,是麦克斯韦方程组的高斯波解,是共焦腔和半共焦腔的本征值.为了进一步分析其传输特性和指导应用,在近场将另类非傍轴TM高斯光束的积分解表示成f的幂级数形式的级数解,并退化到傍轴条件给出了傍轴解.所给出的级数传输解对传输距离和初始高斯半宽度有一定的适用范围.在远场利用静止位相法给出了解析的光场,同时对另类非傍轴TM高斯光束的源分布和传输强度分布作了计算和分析,显示了其与一般非傍轴高斯光束的差异.     

高斯光束的光场分析

应用非涅耳衍射原理,推导出了高斯光束通过透镜后在光轴上的光场分布,并分析了几种特殊情况。     

高斯光束的反向传输变换

用高斯光束的复数表示和ＡＢＣＤ定律,讨论了高斯光束的反向传输变换,并求出了表述高斯光束的几个重要参量。     

高斯光束质量因子的研究

应用标量光场横截面上光强的精确定义,计算了基模高斯光束的光强二阶矩及光束质量因子,结果表明,当基模高斯光束的束腰半径ω0 λ时,光束质量因子M2非常接近于1,当光束束腰半径较小时,计算的光束质量因子存在较大误差。文章进一步用严格的光场角谱表示法计算了非傍轴标量高斯光束的质量因子,并对一些相关问题进行了讨论。     

基于波束级数展开的粒子椭圆高斯波束散射特性

基于矢量波函数之间的正交性等,得出了任意电磁波束的零阶场和x,y,z一阶场等粒子散射场的表达式,给出了各阶入射场展开系数与散射场展开系数的通用关系,以椭圆高斯波束为例,研究了椭圆高斯波束中粒子的散射特性,通过仿真分析了波束腰宽、照射距离等对散射特性的影响,验证了本文算法的有效性;研究表明:波束腰宽可以改善粒子的识别性能,波束中的粒子具有较强的前向后向散射特性.方法简单,为研究电磁波束的粒子散射特性探索了新的途径.     

交流电路中的能量传输和转化

应用电磁学定律讨论了交流电路的元件-电阻、电感和电容中的能量的情况.指出了电阻能量的消耗来自于电阻外的电磁场,电磁能量的传输与电阻外的能流密度 S有关,电感和电容都不消耗能量,只与外界进行电磁能量的交换,并且与电磁能量的传输无关.从而对交流电路的电磁能量的传输和转化作了比较详细的描述.     

非傍轴标量衍射理论的比较研究

当光束束腰(或衍射孔孔径)可与波长相比拟或光束具有较大的发散角时,傍轴近似不再成立。以高斯光束的微小圆孔衍射为例,在非傍轴条件下,对衍射场的级数解、非傍轴近似解以及精确解进行了详细的数值计算和比较研究。结果表明,高斯光束经圆孔衍射的级数解、非傍轴近似解的有效性与高斯光束的束腰半径、衍射孔孔径和传播距离有关,并具有一定的互补性。     

光束质量因子的研究

应用标量光场的角谱表示,推导了具有轴对称性的傍轴、非傍轴标量光束的光强二阶矩的传输规律。在此基础上,给出了光束的束腰半径、远场发散角及光束质量因子M2。对傍轴标量光束,证明了光束质量因子M2≥1;对非傍轴标量光束,指出当光束束腰半径很小时,其光束质量因子M2可以小于1,并随光束的束腰半径Wmin趋于零而趋向于零。     

交流元件电磁能量传输的研究

本文对电容、自感等交流元件在暂态过程和交流线路中电磁能量的传输过程进行定量的分析和研究，以验证能流密度矢量所揭示的电磁能量在场中传输的本质．     

Gauss聚焦脉冲波非线性声场特性

研究了一种窄带脉冲激励下Gauss聚焦波的非线性声场特性.采用解析方法求解KZK方程,理论研究了基波和二次谐波的空间分布规律.结果表明,基波和二次谐波声场沿径向均近似服从Gauss函数规律,且二次谐波波束更窄,但仅在准单色波条件下波束宽度与2成近似反比关系,时域方法的数值计算结果验证了理论结论.