线偏振高斯光束通过复合型衍射光栅的传输特性

提出一种集合浮雕和折射率周期分布调制的复合型衍射光栅,并利用角谱表示和严格的模式理论研究了线偏振高斯光束通过这种复合型衍射光栅的传输特性.数值计算结果表明,在光栅的同一透射深度处复合型衍射光栅光强的起伏频率要比浮雕型光栅光强的起伏频率小.最后使用复合型衍射光栅模型,研究了亚波长体积相位全息光栅的表面起伏和入射光束的束腰宽度对衍射效率的影响. 关键词： 复合型衍射光栅 亚波长体积相位全息光栅 高斯光束 严格模式理论     

厄米-高斯光束通过正弦和矩形浮雕光栅传输特性的比较研究

使用严格的傅里叶模式理论和反射-透射系数矩阵递推算法(RTCM)，对不同阶数的厄米-高斯光束通过特征尺寸与波长可比拟的正弦和矩形浮雕光栅中的传输特性做了详细的研究和比较.结果表明，入射光束的初始场分布和浮雕光栅的结构影响浮雕光栅内的光强分布.矩形浮雕光栅对光束匀滑效果优于正弦形浮雕光栅.     

高斯-谢尔模光束通过光栅的远场特性

针对现代激光系统中使用的衍射光学元件,以高斯-谢尔模光束为研究对象,分析了部分相干光通过光栅后的远场特性。利用部分相干光的标量传播公式,对不同束腰宽度、相关长度和相干长度的高斯-谢尔模光束经光栅后的传输特性进行了数值计算,得到了多种情况下光束的远场强度分布。     

横向激发线偏振高斯光束的非傍轴传输

文章提出一种横向激发的任意线偏振高斯光束,该光束场量的模与传统的任意线偏振高斯光束具有相同的模,在源场区,其满足自由空间无源场的场方程。同时利用瑞利—索末菲衍射积分对该高斯光束的非傍轴传输特性进行了解析研究,给出了空间光强分布、束腰和远场发散角的解析通式,发现该类光束的远场光强呈一平顶空心光束。     

任意线偏振高斯光束的非傍轴传输

运用非傍轴光束传输的矢量矩理论，对任意线偏振高斯光束的非傍轴传输进行了系统的研究，给出了定量计算偏振对束腰、横向远场发散角和光束传输因子贡献的解析通式. 并对高度非傍轴和傍轴两种极端情形，简化了相应的计算式. 在高斯光源线度趋向于零的极限情形下，两个横向的最大发散角均为90°，与偏振态无关. 在高度非傍轴情形下，可以通过所给出的解析通式设计高斯光源的半宽度与激射光波长之比值以及线偏振态来达到所期望的光束传输特性. 对于傍轴情形，不同偏振对束腰和横向远场发散角稍有影响，但这种影响一般可以忽略不计；而光束传输因子却始终保持不变，与偏振态无关. 若介于这两种极端情形之间，则可以根据高斯光源的半宽度之值和所期望的计算精度，确定解析式中级数的项数进而确定任意线偏振高斯光束的非傍轴传输特性. 关键词： 高斯光束 非傍轴传输 偏振 二阶矩     

各向异性介质浮雕光栅体内光波场的传输

分析了各向异性介质光栅体内光波场的空间分布,并将RTRA递推算法推向了各向异性介质内光波场的传输.数值计算表明,光波场光强的空间分布随透射深度的变化而变化,各向异性介质光栅体内光波场的空间分布相对各向同性介质要均匀,光栅材料的性质参数和光束的入射参数对光波场光强的空间分布有较大的影响等.     

非高斯光束的传输

提出一种能处理非高斯非轴对称光束传输的张量方法,引入三个表征任意分布光束的特征张量,运用非对称光学系统的惠更斯衍射积分公式导出了它们的变换规律.讨论了任意光束的质量因子.作为一个实例,分析了高阶厄米-高斯光束通过柱面透镜的变换.     

线偏振拉盖尔-高斯光束的远场发散特性

利用稳相法和矢量结构理论, 导出了线偏振拉盖尔-高斯光束的矢量结构项TE项和TM项在远场的解析表达式. 进而利用TE项和TM项的远场能流分布, 给出了TE项和TM项的功率占总功率比例的度量式,同时还给出了线偏振拉盖尔-高斯光束、TE项和TM项三者远场发散角的解析式以及三者远场发散角间的关系式. 所得到的公式不仅适用于傍轴情形,而且还适用于非傍轴情形. 通过数值计算, 分析了TE项和TM项在远场的功率占总功率的比例与参数f和模数间的依赖关系;还分析了拉盖尔-高斯光束、TE项和TM项的远场发散角随参数f、模数和线偏振角的变化关系.这一研究从矢量结构本性揭示了线偏振拉盖尔-高斯光束的远场发散特性, 丰富了对其传输特性的认识.     

高斯光束经环形光栅的衍射特性分析

基于傅里叶-贝塞尔变换计算高斯光束垂直入射环形光栅时的衍射远场分布,分析了其衍射远场光强分布的一般规律,并与平面波入射时的情况进行了比较.计算结果表明:当光栅半径为1.5倍高斯光束束腰半径时,随着光栅环数的增加,中央亮斑半值全宽先减小后增大、中央亮斑所包含的功率占总功率的比值减小、中央主极大光强值减小,三者的变化趋势与平面波入射时的趋势一致;中央亮斑半径、次极大光强值变化趋势与平面波入射时的变化趋势不同.当环数小于5时,高斯光束经过环形光栅的衍射场光强变化无规律;当环数大于10后两种情况下衍射场光强变化都不明显;当环数趋于无穷时中央亮斑半径、中央亮斑半值全宽、次极大光强值趋于圆孔衍射(环数等于1)时的值,中央亮斑所包含的功率占总功率的比值约等于圆孔衍射时的1/2,中央主极大光强值约等于圆孔衍射时的1/4.     

高斯光束经环形光栅的衍射特性分析

基于傅里叶-贝塞尔变换计算高斯光束垂直入射环形光栅时的衍射远场分布,分析了其衍射远场光强分布的一般规律,并与平面波入射时的情况进行了比较.计算结果表明：当光栅半径为1.5倍高斯光束束腰半径时, 随着光栅环数的增加,中央亮斑半值全宽先减小后增大、中央亮斑所包含的功率占总功率的比值减小、中央主极大光强值减小,三者的变化趋势与平面波入射时的趋势一致;中央亮斑半径、次极大光强值变化趋势与平面波入射时的变化趋势不同.当环数小于5时,高斯光束经过环形光栅的衍射场光强变化无规律;当环数大于10后两种情况下衍射场光强变化都不明显;当环数趋于无穷时中央亮斑半径、中央亮斑半值全宽、次极大光强值趋于圆孔衍射(环数等于1)时的值,中央亮斑所包含的功率占总功率的比值约等于圆孔衍射时的1/2,中央主极大光强值约等于圆孔衍射时的1/4.     

Changes in polarization of Gaussian Schell-model beams and partially polarized Gaussian Schell-model beams through a polarization grating

The polarization properties of Gaussian Schell-model (GSM) beams and partially polarized Gaussian Schell-model (PGSM) beams passing through a polarization grating (PG) are studied based on the beam coherence-polarization (BCP) matrix formulism, where the finite size of the PG is considered. Detailed numerical calculation results are given and compared with the previous work.     

Propagation properties of partially polarized Gaussian Schell-model beams through an astigmatic lens

Based on the beam coherent-polarization (BCP) matrix approach and propagation law of partially coherent beams, analytical propagation equations of partially polarized Gaussian Schell-model (PGSM) beams through an astigmatic lens are derived, which enables us to study the propagation-induced polarization changes and irradiance distributions at any propagation distance of PGSM beams through an astigmatic lens within the framework of the paraxial approximation. Detailed numerical results for a PGSM beam passing through an astigmatic lens are presented. A comparison with the aberration-free case is made, and shows that the astigmatism affects the propagation properties of PGSM beams.     

Propagation properties of partially polarized Gaussian Schell-model beams through an axis-unsymmetric paraxial ABCD system

By using the beam coherence-polarization (BCP) matrix approach, analytical propagation equations of partially polarized Gaussian Schell-model (PGSM) beams through an axis-unsymmetric paraxial optical ABCD system are derived, which enable us to study the propagation-induced polarization changes and irradiance distributions at any propagation distance of PGSM beams through axis-unsymmetric systems within the framework of the paraxial approximation. Detailed numerical results for a PGSM beam passing through a bifocal lens are presented to illustrate the propagation properties of PGSM beams. A comparison with the previous work is also made.     

Propagation properties of ultrashort chirped pulsed Gaussian beams in the free space

Based on the Rayleigh diffraction integral and complex analytical signal representation, the free-space analytical propagation equation and its Fourier spectrum for ultrashort chirped pulsed Gaussian beams with constant diffraction length are derived. The effect of chirp parameter on the spatiotemporal and spectral properties is illustrated with analytical formulas and numerical calculation results. It is shown that the axial spectra of ultrashort chirped pulsed Gaussian beams become broadened with increasing chirp parameter. For single optical cycle, the transversal intensity distribution is affected by increasing chirp parameter, but almost not affected for several optical cycles. Moreover, the positive or negative sign of the chirp parameter has no effect on the spectral distribution and intensity distribution.     

一维线阵离轴高斯光束通过湍流大气的传输特性

研究了一维(1D)线阵离轴高斯光束通过湍流大气的传输特性，推导出了其光强传输方程. 研究表明，1D线阵离轴高斯光束通过湍流大气传输经历了三个阶段，即在近场其光强分布为类似于入射光的锯齿状分布，随着传输距离的增加逐渐变为平顶分布，最后在远场成为类高斯分布. 湍流的增强会使光束传输经历三阶段的进程加快. 并且，湍流使得不同子光束数的1D线阵离轴高斯光束的归一化光强分布相接近. 此外，子光束数越多的1D线阵离轴高斯光束受到湍流的影响越小；1D线阵离轴高斯光束较高斯光束受到湍流的影响要小. 关键词： 一维(1D)线阵离轴高斯光束 湍流大气 传输特性     

非傍轴高斯光束传输特性的研究

基于非傍轴矢量光束横截面上光强的严格定义〈S_z〉,采用桶中功率定义光束的束宽、远场发散角以及M²因子. 以非傍轴矢量高斯光束为例,对光束的传输特性进行了详细的理论分析和数值计算,并与非傍轴标量理论的结果进行了比较分析. 研究表明,光源半宽ω₀/Λ<1时,传输特性的矢量描述与非傍轴标量描述有显著差别,随着ω₀/Λ的增大,两者趋于一致,并逐步过渡到 关键词： 非傍轴高斯光束 桶中功率 束宽 发散角     

Propagation of nonparaxial vector hollow Gaussian beams through a circular aperture

Based on the vectorial Rayleith-Sommerfeld formulae, the nonparaxial propagation properties of the vector hollow Gaussian beams (HGBs) through a circular aperture are studied in detail. We describe the derivation of the integral expressions of the propagation of nonparaxial vector HGBs through a circular aperture. The derived expression is independent the approximation of paraxial and far field, which are valid for either far and near field and for the systems in which aperture radius is comparable to or even smaller than wavelength. And it is also strict integral formula for the light field on the axis. Numerical calculation results indicate that there is no difference between derived formulae and the Collins formulae in the situation of paraxial approximation. Using the formula deduced, we calculate the propagation properties of HGBs. The calculated results indicate that the propagation field of vector hollow Gaussian beams is asymmetric in near field, while the propagation field is symmetric in far field. These research results could well shed light on the further understanding of the vectorial property of HGBs through a circular aperture, and would play a guiding role in the practical application of HGBs.     

部分偏振高斯－谢尔模光束在准直和失调光学系统中的传输

利用张量方法导出了部分偏振高斯－谢尔模光束在准直和失调光学系统中的相干－偏振矩阵的传输公式，并以经过失调薄透镜为例，详细讨论了部分偏振GSM光束的传输特性。导出的公式提供了一个研究部分偏振GSM光束在准直和失调光学系统中传输的简便方法。