用Wigner分布函数方法研究平顶多高斯光束的分数傅里叶变换

本文用Wigner分布函数方法分析了平顶多高斯光束的分数傅里叶变换。导出了分数傅里叶变换面上光的强度、束宽、远场发散角、M2因子和K参数的解析表达式。通过数值模拟研究了分数傅里叶变换阶数对平顶多高斯光束传输性质的影响。     

分数傅里叶变换面上余弦-高斯光束的变换特性

 利用Wigner分布函数的方法,研究了余弦-高斯光束的分数傅里叶变换特性。导出了余弦-高斯光束在分数傅里叶变换面上光强分布和束宽的解析计算公式,并对此进行了数值模拟计算。研究表明：分数傅里叶变换阶数对余弦-高斯光束的光强分布有明显影响,余弦-高斯光束的轴上光强随分数傅里叶变换阶数呈周期性变化,束宽随分数傅里叶变换阶数也呈周期性变化,周期为2;对给定调制参数的余弦-高斯光束,通过适当选取分数傅里叶变化阶数可以获得平顶的光强分布。     

Wigner分布函数及非整数傅里叶变换

本文研究了Wigner分布函数的特性,利用Wigner分布函数的旋转,将整数域傅里叶变换推广到了非整数域,描述了自由空间光场的演变过程.     

分数傅里叶变换啁啾滤波

针对常规傅里叶变换所不能解决的啁啾噪声滤除问题,利用Wigner分布函数分析分数傅里叶变换的空域和频域特性,提出在分数傅里叶变换域进行啁啾滤波的方法。并将该方法应用到图像处理中,对分数傅里叶变换滤除一维和二维图像的啁啾噪声进行了计算机仿真,获得了满意的效果,结果表明该方法在图像处理中的有效性。     

基于柱坐标系下的空心高斯光束的分数傅里叶变换

推导出分数傅里叶变换基于柱坐标系下的解析表达式,应用此解析表达式对空心高斯光束进行分析,得到其分数傅里叶变换的解析表达式。讨论其在分数傅里叶变换平面的光强分布与各种光束参数之间的变换关系,并进行数值计算,从而得出基于柱坐标系下的空心高斯光束的分数傅里叶变换的传输性质。所得结果为分析和计算这种光束的分数傅里叶变换提供了方便,同时对此类光束的传输控制提供了基础理论支持。     

光束分数傅里叶变换几何特性的相空间束矩阵分析方法

提出一种分析傍轴光束分数傅里叶变换几何特性的相空间束矩阵变换的简单方法. 以分析椭圆高斯光束分数傅里叶变换几何特性为例,研究表明,利用本方法讨论傍轴束分数傅里叶变换的几何特性简单可靠、从几何图像理解傍轴束分数傅里叶变换清晰直观. 为研究光束传输变换的特性提供了一种简单方便的新途径. 关键词：相空间束矩阵分数傅里叶变换椭圆高斯光束     

1维线阵离轴高斯光束的分数傅里叶变换

 为研究非相干的1维线阵离轴高斯光束通过分数傅里叶变换(FRFT)系统的传输特性,利用Collins积分公式,导出了其在FRFT面上的光强分布解析式,并利用此解析式作数值计算和分析。研究表明：非相干的1维线阵离轴高斯光束在FRFT面上的光强分布由FRFT的阶数和子光束数目共同决定,其归一化的光强分布随FRFT的阶数周期性变化,周期为2;子光束数目的大小及其奇偶性对归一化光强分布的影响取决于FRFT的阶数;轴上归一化光强分布也随FRFT的阶数周期性变化,变化周期也为2。     

1维线阵离轴高斯光束的分数傅里叶变换

为研究非相干的1维线阵离轴高斯光束通过分数傅里叶变换(FRFT)系统的传输特性,利用Collins积分公式,导出了其在FRFT面上的光强分布解析式,并利用此解析式作数值计算和分析。研究表明：非相干的1维线阵离轴高斯光束在FRFT面上的光强分布由FRFT的阶数和子光束数目共同决定,其归一化的光强分布随FRFT的阶数周期性变化,周期为2;子光束数目的大小及其奇偶性对归一化光强分布的影响取决于FRFT的阶数;轴上归一化光强分布也随FRFT的阶数周期性变化,变化周期也为2。     

超洛伦兹-高斯光束SLG11模的分数傅里叶变换特性

引入了一簇互相正交的超洛伦兹-高斯光束以描述半导体激光器所产生的大角度高阶模远场分布。将分数傅里叶变换应用于超洛伦兹-高斯光束SLG11模的传输特性的研究中。利用傅里叶变换的卷积原理,导出了SLG11模经分数傅里叶变换系统后场分布的解析表达式。根据所得到的公式进行了数值计算,系统分析了分数傅里叶变换阶数和光束各参数对SLG11模在分数傅里叶变换面上光强分布的影响。结果显示：SLG11模在分数傅里叶变换面上的归一化强度分布随分数傅里叶变换的阶数呈周期性变化,周期为2;随着光束参数的增大,SLG11模在分数傅里叶变换面上的光斑尺寸增大。     

超洛伦兹-高斯光束SLG11模的分数傅里叶变换特性

 引入了一簇互相正交的超洛伦兹-高斯光束以描述半导体激光器所产生的大角度高阶模远场分布。将分数傅里叶变换应用于超洛伦兹-高斯光束SLG­₁₁模的传输特性的研究中。利用傅里叶变换的卷积原理,导出了SLG₁₁模经分数傅里叶变换系统后场分布的解析表达式。根据所得到的公式进行了数值计算,系统分析了分数傅里叶变换阶数和光束各参数对SLG₁₁模在分数傅里叶变换面上光强分布的影响。结果显示：SLG₁₁模在分数傅里叶变换面上的归一化强度分布随分数傅里叶变换的阶数呈周期性变化,周期为2;随着光束参数的增大,SLG₁₁模在分数傅里叶变换面上的光斑尺寸增大。     

Application of the Wigner distribution function to studying spectral changes of twisted anisotropic Gaussian Schell-Model beams

By using the Wigner distribution function (WDF), a general closed-form expression for the spectrum of twisted anisotropic Gaussian Schell-model (AGSM) beams in passage through a first-order ABCD system is derived. The spectral changes of twisted AGSM beams propagating in free space and through a thin lens, and the spectral changes of conversional Gaussian-Schell model (GSM) beams are treated as special cases of our general expression. Our theoretical and numerical results show that the WDF provides a powerful and simple tool in analyzing propagation properties of general AGSM beams. Specifically, the spectral behavior of twisted AGSM beams and conventional GSM beams can be treated in a unified and analytical way.     

Wigner Transforms and Fractional Fourier Transforms of the First Order Optical Systems

Based on the Collins formula, the relationship between the coordinate transform matrix (WCTM) of the Wigner distribution function (WDF) and the ray transfer matrix (RTM) of an arbitrary first-order optical system has been derived. By using this relation and the definition of fractional Fourier transform (FRT) in terms of WDF rotation, it is concluded that an arbitrary first-order optical system can be generally decomposed into a thin lens and a FRT sub-system whose order is not unique and depends on two concrete decomposing operations on the system. And when the system is reciprocally symmetric, a FRT can be implemented by it. In addition, the composition, that is also the decomposition condition of the complicated FRT optical system by cascading a series of FRT subsystems has also been derived by using the operations of RTM.     

Wigner Transforms and Fractional Fourier Transforms of the First Order Optical Systems

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＤｕｒｉｎｇｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓｆｒａｃｔｉｏｎａｌＦｏｕｒｉｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍ（ＦＲＴ）ｈａｓｂｅｎａｔｒａｃｔｅｄｍｕｃｈａｔｅｎｔｉｏｎｉｎａｗｉｄｅｆｉｅｌｄｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．ＴｈｅｆｉｒｓｔＦＲＴ...     

一阶光学系统分数傅里叶变换的相空间分析

在维格纳相空间中,通过将一阶光学系统的传输矩阵分解为坐标旋转、比例缩放和啁啾矩阵的组合,得到了一阶光学系统在空域的分数傅里叶表示.结果表明:任意一阶光学系统均可表示为经过比例缩放和二次相位调制的分数傅里叶变换.通过将输入输出光场在相空间中作π/2角旋转,得到了一阶光学系统在频域的传输矩阵和衍射积分公式,进而得到了一阶光学系统在频域的分数傅里叶表示.比较空域和频域一阶光学系统的相空间变换矩阵,说明2个系统本质上属同一变换在不同基坐标下的表示,并推导出了光学系统在空域和频域具有相同分数傅里叶变换的条件.