HL-2A托卡马克中性束辐射光谱的数值模拟

采用数值模拟的方法研究中性束辐射光谱(BES)对开展与中性束相关的光谱诊断与实验有重要的指导意义.本文在HL-2A托卡马克装置上利用ADAS数据库（Atomic Data and Analysis Structure,1998）计算有效束辐射系数和有效束衰减系数,分析了束辐射光谱强度与等离子体运行参数和中性束参数的关系,并在不同的中性束注入能量、等离子体密度分布和等离子体温度分布的情况下,获得了束辐射光谱强度的空间分布.在n_e=2×10¹³ cm< 关键词： 中性束 束辐射光谱 束衰减     

洛伦兹光束的传输特性研究

运用光束传输的二阶矩理论,对洛伦兹光束的传输特性进行了研究,给出了束腰、横向发散角和光束传输因子的表达式.横向束腰仅取决于对应方向上的光束参数;而横向发散角和光束传输因子却取决于两横向上的光束参数.给出了光束传输因子随两横向光束参数的变化关系曲线.结果表明,两横向上的光束传输因子随两光束参数的变化规律是不相同的,而整体的光束传输因子随两光束参数的变化是前两者的综合体现;但在傍轴情形下,光束传输因子趋向于常数141,因此,对于相同束腰,其傍轴条件下的发散性为对应高斯光束的141倍.所以,洛伦兹光束适合用于描述某些发散程度较大的激光光源. 关键词： 洛伦兹光束 光束传输 二阶矩     

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...     

谱合成光束特性的模拟分析

建立了光束谱合成的传输模型.应用光线追迹方法，将闪耀光栅引起的相位变化用槽间光程差和槽内光程差来表示，建立了光束倾斜入射到光栅时相位变化的计算模型.利用衍射积分方法，给出了阵列光源各子光束经谱合成系统后输出光场的解析表达式.依据光束非相干叠加的原理，计算得到合成光束的光强分布.在此基础上，利用强度二阶矩方法，分别计算了阵列光束和合成光束的M²因子，并定量分析了谱合成系统参数对合成光束特性的影响.研究结果表明：通过谱合成系统合成光束的M²关键词： 光束谱合成 阵列光源 闪耀光栅 光束质量     

无衍射光束的产生及其应用

近年来,随着激光技术的快速发展,相继产生了多种在远距离传输后中心光斑保持不变的无衍射光束,包括贝塞尔光束、高阶贝塞尔光束、马丢光束、高阶马丢光束、余弦光束、抛物线光束以及艾里光束.无衍射光束在激光打孔、激光精密准直、光学精密控制、光学微操控、光通信、等离子体导向、光子弹产生、光通信、自聚焦光束的合成以及非线性光学等领域中有着广泛的应用.本文介绍了各类无衍射光束的数学表达式、产生方法及对应的实验结果;就无衍射光束的特性和应用进行了归纳和讨论;并对其在未来的研究与应用前景中发挥的重要作用进行了简要总结与展望.     

F-P干涉仪腔镜的不平行度对高斯光束透射特性的影响

基于多光束干涉原理,推导出了高斯光束经过两腔镜不严格平行的F P干涉仪后透射光强度的表达式。在此基础上,数值研究了F P干涉仪腔镜的不平行度对高斯光束透射特性的影响。结果表明:随着F P两腔镜不平行度的增大,透射光的峰值强度总体呈现下降的趋势,且在下降的过程中会出现波动;峰值强度位置将发生移动;光斑的均方根宽度将发生变化。     

离子束治疗中的靶区运动补偿方法

相对于被动式束流配送系统,由患者呼吸因素而引起的肿瘤靶区运动会对主动式束流配送系统下的离子束放射治疗带来非常严重的影响,造成离子束辐射场剂量分布的严重畸变,甚至对肿瘤靶区周围的健康组织造成严重损伤,很大程度上影响离子束治疗的疗效。因此,在主动式束流配送系统下,建立针对由呼吸因素引起的运动肿瘤靶区的适形调强照射方法就显得必要,且具有重要意义。系统介绍了呼吸运动探测、4D-CT 以及目前主要的3 种运动补偿方法(多次扫描、呼吸门控和主动跟踪技术),并对这3 种方法在靶区适形度、稳健性以及技术复杂度等方面进行了比较。在靶区适形度方面主动跟踪技术优于门控技术,而门控技术又优于多次扫描技术;在稳健性方面多次扫描技术优于门控技术,而门控技术优于主动跟踪技术;在技术复杂度方面,多次扫描技术最简单,其次是门控技术,而主动跟踪技术最复杂。Active beam scanning results in serious distortion of ion-beam irradiation field in the presence of target motion and causes damage to healthy tissues round tumor target compared to passive beam shaping techniques. Therefore,it is necessary to establish suitable conformal irradiation methods for moving targets caused by the factor such as respiration in active ion beam scanning system. In this paper, motion detection, 4D-CT and three main ion beam specific mitigation techniques, namely rescanning, gating and beam tracking, are introduced. In addition, three motion mitigation techniques are compared comprehensively in terms of target conformation, robustness and mplementation complexity,respectively. For target conformation, the beam tracking is superior to gating, and gating is better than beam rescanning;the robustness decreases in the order rescanning-gating-beam tracking; for implementation complexity, beam rescanning is the most simple technology, followed by gating, while beam tracking is the most complex technique.     

分数自成像平面波导的光束组束

研究了激光束在分数自成像平面波导中的传输特性,提出了利用分数自成像平面波导进行光束组束的技术方案,讨论了激光束之间相位失配对光束组束的影响,并对两个输出平均功率为300W的板条激光器的光束组束进行了数值实验模拟.结果表明,分数自成像平面波导的光束组束可以有效地改善多个激光器组束后的光束质量因子M²,从而提高激光输出的亮度;而且这种组束方法对激光束之间相位失配的敏感度明显降低. 关键词： 分数自成像 平面波导 组束 光束质量     

拉盖尔高斯涡旋光束的传输

针对拉盖尔高斯涡旋光束,推导了其传输后目标平面上光电场的解析表达式,理论研究表明,传输一段距离后, 对于拉盖尔高斯光束的光斑大小的描述,高斯光斑尺寸已经不再适用.如果采用光强最亮处的半径来表示目标平面上的光斑大小则比较方便. 除了传输中的衍射导致光束展宽以外, 横截面上光束的相位分布也发生了独特的变化. 等相位线由原来的射线转化为弧线,拓扑电荷数为正时,弧线朝顺时针方向弯曲,拓扑电荷数为负时,弧线朝逆时针方向弯曲. 关键词： 涡旋光束 传输 光斑尺寸 相位分布     

用于交叉碰撞实验的金属毛细管式中性原子源

 基于金属材料的加热蒸发机制,在钽舟的基础上设计了一套结构简易的中性原子源。该原子源的源仓和加热体均采用金属毛细管形式,保证了原子源具有耗能小、加热温度高的特点;提供的中性原子流具有发散度小、密度大、稳定性好的优点。采用加热蒸发铥样品的方法对其性能做了详细的检验,结果它在低耗能的情况下,温度能够顺利升高到2 600 K;可以连续8 h提供强度为8.5×10¹⁶/s的中性Tm原子流,且束流的稳定性好于±5％。充分证实了该套原子源应用于电子、离子和光子与中性原子流交叉碰撞实验的可靠性。     

洛伦兹-高斯光束在梯度折射率介质中的传输

导出了洛伦兹-高斯光束在梯度折射率介质中传输的光场分布,给出了二阶矩定义下的光束半宽度及其变化率的解析表达式,重点分析了梯度折射率系数对洛伦兹-高斯光束传输性能的影响。结果表明,梯度折射率介质中的归一化光强分布和光束半宽度等呈周期性变化,周期为梯度折射率系数的"倍,轴上最大光强出现在半周期处。梯度折射率系数除影响周期性外,对归一化光强分布和光束半宽度无明显影响,但影响光束半宽度变化率。     

扩束准直光学系统中光学元件失调对高斯光束传输变换的影响分析

基于广义惠更斯-菲涅尔衍射积分公式, 以高斯光束为激光束模型,推导了激光光束通过失调扩束准直光学系统的传输公式,分析了光学元件失调对扩束准直光学系统输出光束传输特性的影响,并在此基础上进行了仿真。实验结果表明,高斯光束通过失调扩束准直光学系统时,出射光束变为偏心高斯光束,光学元件失调程度越大,输出光束越偏离光轴,光束质量越差。在同样的失调下,长焦距光学元件对输出光束影响更大,因此在激光扩束准直光学系统中,调整长焦距光学元件更为重要。     

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.     

螺旋轴棱锥的光束传输特性

 分析了螺旋轴棱锥的结构和光传输特性,基于衍射积分理论研究了发散球面波和拉盖尔-高斯光束经螺旋轴棱锥后的传输过程。研究表明,发散球面波经过螺旋轴棱锥后产生贝塞尔光束,其阶数与拓扑电荷数相同,但中心光斑（空心光斑）半径随传输距离的增加而变大;拉盖尔-高斯光束入射后同样产生贝塞尔光束,但其阶数变为拉盖尔-高斯光束和螺旋轴棱锥的拓扑电荷数之和,出射光束的拓扑电荷数与阶数相等。     

Radially polarized hyperbolic-cosine-Gaussian beam

Vector beams have attracted much interest recently. In this paper, focusing properties of the radially polarized hyperbolic-cosine-Gaussian beam are investigated. Simulation results show that the focal depth increases with increasing cosine parameter in the cosine term of the beam, while focal spot decreases simultaneously, namely, superresolution occurs. Focal depth increase velocity is quicker for larger cosine parameter, while the transverse focal spot shrinks more quickly for smaller cosine parameter. In addition, for two-portion concentric piecewise radially polarized hyperbolic-cosine-Gaussian beam with π phase shift in center circle portion, focal pattern evolves considerably with increasing cosine parameter, and the evolution principle differs for different radius of the center circle portion. Focal splitting and novel focal spots may appear. This kind of vector beam can be used in optical storage, optical manipulation, and lithography.     

部分相干光对周期性局域空心光束的影响

用旋转毛玻璃和光阑把激光变成部分相干光, 再经过双轴棱锥系统把一束平行光变成两束同频率但不同径向波矢分量的无衍射贝塞尔光, 相干叠加产生了部分相干的周期性局域空心光束. 通过干涉理论与实验结果相互佐证, 得出局域空心光束的周期为2.5 mm. 进一步探究入射光场相干度对产生局域空心光束的影响, 发现随着相干度的降低局域空心光束中心暗斑与周围光强的衬比度会降低, 但不影响局域空心光束的周期以及中心暗斑尺寸.     

Focal shift of radially polarized axisymmetric Bessel modulated Gaussian beam with radial variance phase plate

Focal shift of the radially polarized axisymmetric QBG beam with radial variance phase plate is investigated theoretically by vector diffraction theory. Axisymmetric Bessel modulated Gaussian beam with quadratic radial dependence (QBG beam) has attracted much attention recently. Calculation results show that focus shifts considerably by changing the phase parameter C that indicates the radial phase variance speed. Under condition of beam parameter μ of radially polarized axisymmetric QBG beam, there is one focal spot that shifts far away from optical aperture on increasing C. When increases the value of beam parameter, there may occur two focal peaks that also shift remarkably on increasing C.     

Symmetrization of astigmatic high power diode laser stacks

The astigmatic high power diode laser beam emitted from a two-dimensional stacked array is transformed into a beam with rotational symmetry. The symmetrization optic is a first order optical system consisting of a bifocal telescope and three rotated cylindrical lenses. The symmetrized beam has equal beam radii, far field divergence, and waist positions in x, y directions. Additionally a twist appears. The beam parameter product of the symmetrized beam is the average of the beam parameter products of the input astigmatic beam along x-, y-axes. The twist arises from the astigmatism of the original beam. The theoretical calculations are confirmed by the experiments.     

Tight focusing of double ring shaped radially polarized beam with high NA lens axicon

A method is presented for generation of a sub wavelength (0.45λ) longitudinally polarized beam, which propagates without divergence over lengths of about 8λ in free space. This is achieved by tight focusing of double ring shaped radially polarized beam with a high NA lens axicon that utilizes spherical aberration to duplicate the performance of an axicon and to create an extended focal line. The intensity distributions were calculated based on the vector diffraction theory and it was observed that in the case of high numerical aperture (NA) lens axicon, the distribution of the total intensity near the focus had little effect on the degree of truncation of the incident beam by the pupil.