Talbot Images of Two-Dimensional Gaussian Beam Arrays with Amplitude Fluctuation

Talbot images constructed in the Fresnel diffraction region due to two-dimensional Gaussian beam arrays with amplitude fluctuation are statistically investigated using a mathematical model based on the propagation law of a Gaussian beam. The average intensity distribution of Talbot images is analyzed theoretically, and the corresponding simulation is conducted by computer. The relative fluctuation of the peak intensity to the mean with respect to Talbot images is found to be less than that of the source by approximately 1/4. Furthermore, the effect of the finite size of source arrays on the formation of Talbot images is revealed throughout the simulation as well as the effect of the amplitude fluctuation.     

孔径光阑限制下高斯光束的传输

对高斯光束在硬边孔径限制下的衍射进行了详细的理论研究,就不同口径的圆孔限制下高斯光束在菲涅耳衍射区和夫琅禾费衍射区的分布进行了理论分析,从而得到了孔径受限高斯光束的横向以及轴向的衍射公式,进而对高斯光束在不同衍射区域内衍射光场分布形状随孔径尺寸变化时的演化规律进行了数值计算,并对小口径光阑受限的高斯光束的衍射与平行光经同尺寸光阑的衍射进行了比较。结果表明在较小口径下,两者的分布基本一致。得到的孔径光阑限制下高斯光束的传输规律为高斯光束在自由空间光通信和光学超分辨中的应用提供了理论基础。     

Restoration of Decentered Gaussian Beam with the Combination of a Lens and a Gaussian Aperture

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　ＴｈｅＧａｕｓｓｉａｎｂｅａｍｉｓｔｈｅｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓｈａｐｅｏｆｔｈｅｌａｓｅｒｗｉｔｈａｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｍｉｒｒｏｒｒｅｓｏｎａｔｏｒａｎｄｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｔｏｄｅｓｃｒｉｂｅａｓｉｎｇｌｅｍｏｄｅｌａｓｅｒ.Ｉｎｔｈｅｐａｒａｘｉａｌａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ ,ｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｃｏｍｐｌｅｘａｍｐｌｉｔｕｄｅｏｆｉｔｒｅｍａｉｎｓｕｎｃｈａｎｇｅｄｗｈｅｎｉｔｕｎｄｅｒｇｏｅｓｔｈｅＦｏｕｒｉｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｏｒｔｈｅ…     

脉冲厄米高斯光束的载波相位分析*

采用复q参量法对脉冲厄米高斯光束在自由空间中的传输进行了分析.在振幅0阶和位相一阶近似条件下,得到其传播过程中载波位相近似公式.运用数值方法和近似公式进行对比研究,发现在脉宽大于5 fs或在远场情况下,两者符合较好.采用近似办法,分别研究了厄米函数阶次、束宽与位置对载波相位的影响.研究表明,在光轴上远场,载波相位趋近于－m+n+1π/2,其变化快慢与厄米函数阶次m+n+1成正比|束腰宽度越大,则载波相位变化越慢|另外,离光轴距离越远,其导致的载波相位越大,且最大位置都出现在z=ZRω0/3处.     

脉冲厄米高斯光束的载波相位分析

采用复q参量法对脉冲厄米高斯光束在自由空间中的传输进行了分析.在振幅O阶和位相一阶近似条件下,得到其传播过程中载波位相近似公式.运用数值方法和近似公式进行对比研究,发现在脉宽大于5 fs或在远场情况下,两者符合较好.采用近似办法,分别研究了厄米函数阶次、束宽与位置对载波相位的影响.研究表明,在光轴上远场,载波相位趋近于-(m+n+1)π/2,其变化快慢与厄米函数阶次(m+n+1)成正比;束腰宽度越大,则载波相位变化越慢;另外,离光轴距离越远,其导致的载波相位越大,且最大位置都出现在z=Z_R(ω_0)/3处.     

圆孔限制下有相位变化的高斯光束远场发散度的理论分析

依据夫琅和费衍射理论,通过引入高斯变换,即把夫琅和费衍射积分中的贝赛尔函数用一高斯函数来近似,详细分析并推导出圆孔限制下具有相位变化的高斯光束远场发散度的近似计算公式.与传统数值积分求光束发散度相比,它避免了繁琐数值积分,其误差不超过3％.     

相干模表示的部分相干高斯-谢尔光束的相位-空间积

与传统的相干激光光束的评价不同,对部分相干光束质量进行评价时,不仅要反映其远场发散特性,而且还要能体现光源本身的部分相干性。根据部分相干光的相干模表示法,推导了由部分相干光源所产生光束的相位一空间积Q。与前人在相干光源情形下得到的结论相比,得出的相位一空简积Q不仅包含各个全相干模基元线性组合的贡献,而且还有来自不同的全相干模基元之间相互作用的贡献。     

离焦量和非单色光对二元相位光栅泰伯像的影响

利用平面波衍射的角谱理论,分析计算了二元相位光栅衍射光场的空间分布,特别讨论了离焦量和非单色光对泰伯像的影响.随离焦量和带宽的增加,泰伯像的对比度和衍射效率减小,而压缩比增加.计算结果指出,在带宽<1000或离焦量<0.01时,其对比度和衍射效率减小不到10%,仍能成较高质量的泰伯像;当带宽>5000或离焦量>0.1时,成像质量显著下降.用薄膜沉积法制作了二元相位光栅,实验验证了理论结果.这些结果对泰伯成像和阵列照明器的设计有重要的参考价值.     

随机高斯型相位板的束匀滑特性

 针对激光系统对光束匀滑的需求,设计了高斯型连续相位板,并对其远场特性进行了研究。分别计算了相干长度为39,30,10和3 mm的高斯相位板远场光斑分布,结果显示相位板自身相关长度是决定远场能量分布的重要因素,当相干长度大于10 mm时,由于不满足各态历经条件,远场光斑分布能量分散。当相干长度小于10 mm后,由于满足各态历经条件,远场光斑能量将接近理想的高斯分布特性。通过数值计算模拟了相干长度为3 mm的连续相位板对畸变光束进行匀滑处理的过程,演示了束匀滑处理结果。通过比较匀滑前后远场光斑的能量分布,显示了畸变光束通过连续相位板后远场光斑能量分布变化情况,通过相位板后,光斑形状明显接近理想高斯分布情况。     

圆孔受限波差高斯光束的远场近似及发散度分析

引入复高斯函数对衍射受限的圆孔进行了复高斯分解,得到了波差高斯光束远场衍射的近似解析式。在各种参量条件下,近似解析式所表示的衍射图样与严格的夫琅和费衍射积分的衍射图样完全一致,这表明用此解析式表征远场衍射是正确的。它的形式相对简单,为计算带来极大的方便。基于此,对有波差的高斯光束的远场发散度进行了深入的研究,检验了确定参量的光束随距离的改变而发散度不被改变的特性;同时,探讨了在圆孔限制下,发散度随高斯光束的束腰及波差的改变而变化的关系曲线,结果表明,这两个参量是影响发散度的主要因素。     

Beam Profile Improvement of a LD Array by an External Cavity with Photorefractive Phase Conjugate Mirror

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅａｒｒａｙｓａｒｅｖｅｒｙａｔｔｒａｃｔｉｖｅｆｏｒｔｈｅｉｒｃｏｍｐａｃｔｎｅｓｓ,ｓｉｍｐｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ,ｌｏｎｇｌｉｆｅｔｉｍｅ,ａｎｄｈｉｇｈｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｔｏｏｐｔｉｃａｌｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ.Ｈｏｗｅｖｅｒｔｈｅｓｅｈｉｇｈｐｏｗｅｒｓｏｕｒｃｅｓｈａｖｅａｎｏｎ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｌｉｍｉｔｅｄｒａｄｉａｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎｗｉｔｈｖｅｒｙｌｏｗｃｏｈｅｒｅｎｃｅｌｅｎ…     

利用相位光阑实现高斯光束均匀化

高斯光束均匀化是许多应用所要求的。本文提出只用一个简单的相位光阑实现高斯光束强度均匀化的新方法，给出了计算结果。这是一种简单、高效和均匀化程度好的高斯光束均匀化方法。     

高斯光束在对数型非线性介质中自诱导效应

从标量Helmholtz方程出发,推导了对数饱和非线性介质中光场满足的非线性Schr dinger方程(NLSE)。通过与梯度折射率下的光场满足的方程比较,发现高斯光束在对数型饱和非线性介质中可自诱导梯度折射率。利用数值计算,详细地讨论了自诱导梯度折射率对高斯光束传输特性的影响。发现高斯光束在其自诱导的梯度折射率的影响下,呈振荡形式的准稳定的传输。光束注入介质中的初始状态,直接影响着光束的振荡形式(先发散还是先聚焦)、振荡深度(幅度)、振荡周期。得到高斯光束形成孤子的条件,以及若使高斯光束在对数饱和非线性介质中保持小损耗、高稳定的传输,应该使光束在阈值(孤子条件)附近注入介质的结论。     

Fast Analysis for the Focusing of a Laser Beam with Amplitude Modulation and Phase Fluctuation Through an Aperture Lens

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｌａｓｅｒｂｅａｍｓｗｉｔｈａｍｐｌｉｔｕｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｓ(ＡＭｓ)ａｎｄｐｈａｓｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓ (ＰＦｓ) ｐｒｏｐｏｓｅｄｂｙｔｈｅＬａｗｒｅｎｃｅ ＬｉｖｅｒｍｏｒｅＮａｔｉｏｎａｌＬａｂｏｒａｔｏｒｙ (ＬＬＮＬ)ｉｓａｔｙｐｉｃａｌｐｈｙｓｉｃａｌｍｏｄｅｌｆｏｒｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒｌａｓｅｒｓ[1] .Ｉｎｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒｌａｓｅｒｓｙｓｔｅｍｓ,ｓｕｃｈａｓｌａｒｇｅＮｄ∶ｇｌａｓｓｌａｓｅｒｆｕｓｉｏｎｄｒｉｖｅｒｓ,ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒｌａ…     

Fast Analysis for the Focusing of a Laser Beam with Amplitude Modulation and Phase Fluctuation Through an Aperture Lens

Based on the treatment that a rectangular function can be expanded into an approximate sum of complex Gaussian functions with finite numbers, the analytical expression for the focusing intensity distribution of a laser beam with amplitude modulation (AM) and phase fluctuation (PF) through an aperture lens is derived. The typical numerical examples are given and compared with those obtained from numerically integral calculation. The results show that our method can significantly improve the numerical calculation efficiency.     

高斯光束通过含失调窄缝光阑的失调光学系统的传输特性

 利用硬边窄缝光阑的近似展开式和适用于失调光学系统的广义衍射公式,得出了高斯光束经含失调窄缝光阑的失调光学系统传输的近似解析式。模拟结果表明输出光束场分布与光束参量、光阑尺寸、ABCD矩阵元、光阑失调量和光学系统失调量有关。针对给定的光学系统和高斯光束定量分析了各失调量对输出光束场分布的影响,结果表明:光阑横向位移、光学系统横向位移和角位移均引起垂直于z轴截面内明显的光强非轴对称分布。当光阑半宽度为1 mm时,光阑的衍射作用使腰斑半径为0.5 mm的高斯光束产生-1.586π～1.465π范围的相对相移,且光阑横向位移、光学系统横向位移和角位移均引起焦平面前后相对相移的迅速变化。随光阑宽度变小,各失调量对输出光束特性的影响越明显。     

非傍轴高斯光束通过方环硬边光阑的传输特性研究

利用矢量Rayleigh积分公式研究了非傍轴高斯光束通过方环硬边光阑的传输,得到了衍射场分布的解析表达式.和傍轴传输相比较,该结果具有更广泛的适用性.以桶中功率为光束质量评价函数,讨论了遮拦比、截断参数对远场光束质量的影响.结果表明,环形光阑的尺寸决定着非傍轴光束远场能量分布的集中程度,截断参数和遮拦比的增大都会导致非傍轴高斯光束衍射效应增强,从而远场能量发散.     

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     

高斯光束计算平板波导自由传输区远场分布及其修正

对近轴近似条件下求解亥姆霍兹方程得到的高斯光束显式传播公式做了分析，同时，基于基尔霍夫衍射理论，在菲涅耳近似的条件下给出了相应的高斯光束在远场的传播公式，在此基础上，对近轴近似条件做出了定量分析，给出了这个近似条件引入的误差，提出了一种计算高斯光束远场分布的修正方法，并采用有限差分-光束传播方法(FD-BPM)来检验各种方法的准确性。把这种修正方法应用到平面光集成波导器件，如阵列波导光栅(AWG)、蚀刻衍射光栅(EDG)等器件的设计和模拟中，可以大大降低工作的复杂性，同时可以得到精确的结果。