非线性光学 其他

O437 2005053465 近top-hat光束Z扫描理论分析=Z scan analysis for near top-hat beams[刊,中]／杨新江(南开大学物理科学学院光 子学中心．天津(300071)),臧维平…∥物理学报．-2005, 54(6)．-2735-2738 利用快速Hankel变换的方法,对薄介质的Z扫描进 行了理论分析。讨论了近top-hat光束Z扫描曲线的特 征,分析了闭孔近top-hat光束下限制光阑半径与光束扩     

截断非傍轴标量高斯光束的传输特性

基于精确光强定义下非傍轴标量光束的二阶矩理论,计算了不同束腰及光阑孔径条件下截断非傍轴标量高斯光束的束腰半径、远场发散角以及质量因子等光束传输特性,并将截断非傍轴标量高斯光束与自由高斯光束和平面波圆孔衍射光束进行了比较.数值计算表明截断参量的不同对截断高斯光束的传输特性影响很大.当R2ω0时,截断高斯光束与高斯光束在自由空间传输特性趋于一致,因此在精确光强定义下,对于非傍轴标量光束来说,当光阑孔径大于2倍束腰时,可以不考虑光阑对高斯光束的衍射作用.当R0.3ω0时,截断高斯光束传输特性趋于平面波通过圆孔的衍射曲线.因此,在这种情况下,可以将高斯光束作为平面波处理.只有当光阑孔径介于0.3倍束腰和2倍束腰之间时,需要同时考虑光阑孔径和高斯束腰对衍射的影响.     

1维部分相干光束的Z扫描理论分析

 对使用高斯-谢尔模型光束的Z扫描做了理论分析,研究了光阑半径和空间相干度变化对Z扫描曲线的影响。研究发现：随着光阑半径的变大,Z扫描峰谷透过率之差逐渐减小直至为零,其作用效果与完全相干光一致;随着空间相干度的增加,峰谷透过率之差也逐渐增大,当空间相干度大于某一定值后,峰谷透过率之差达到饱和不变。部分相干光束的Z扫描实验为测量其空间相干度提供了一种可行的方法。     

拟合法测量高斯光束的束腰半径

从高斯光束的横向光强分布特性出发,建立了小孔光阑透过功率与孔径的关系式.采用2种不同拟合方法对高斯光束的束腰半径进行了测量.为减小激光器功率不稳定带来的不利影响,实验中采用双光路进行测量.结果表明,用拟合法测量高斯光束的束腰半径不仅合理,而且可行.     

一种同时测量高斯光束束腰位置和半径的新方法

从高斯光束的横向光强分布特性出发,建立了小孔光阑透过光功率与高斯光束束腰位置、束腰半径、光阑孔径和光阑位置间的关系式。用氦氖激光器、凸透镜、小孔光阑和硅光电池等搭建了一套简单测量装置,利用此装置对同一小孔光阑在高斯光束传播方向上不同位置时的透过光功率进行了测量。用所得的理论公式对实验数据进行拟合,通过拟合出的参数可同时测得高斯光束的束腰位置和半径。测量结果表明,该方法不仅合理、可行,而且具有装置简单、操作方便等优点。     

洛伦兹光束经光阑失调傍轴光学系统的传输

基于广义衍射积分公式和光阑函数的复高斯展开,导出了一洛伦兹光束经一个带圆形光阑失调傍轴光学系统的近似解析传输公式.作为一般公式的特例,还给出了洛伦兹光束经一无光阑失调傍轴光学系统的解析传输式.作为数值计算的例子,运用所得到的公式分析了洛伦兹光束经带光阑失调薄透镜的传输特性.结果表明：不同强度的衍射即圆形光阑半径的大小明显影响衍射光束的归一化强度分布及其传输变化规律. 关键词： 洛伦兹光束 失调傍轴光学系统 光束传输     

基于衍射理论的Z扫描技术分析与数值模拟

以菲涅耳-基尔霍夫衍射理论为基础,对通过非线性介质的高斯光束传输行为进行理论分析,分别给出了强吸收、无吸收情况下开孔、闭孔Z扫描曲线公式;对不同条件下非线性介质的归一化透过率进行数值模拟计算,发现Z扫描曲线透射峰和透射谷表现出3种新的特性:随着入射激光峰值光强的增加,Z扫描曲线透射峰的高度受到抑制,而透射谷则加强变得更深;非线性相移的增加对Z扫描曲线透射峰和透射谷均有增高和加深的作用;激光束束腰半径越大,Z扫描曲线的峰谷特征越明显。     

三棱镜对圆高斯光束的变换

本文对基模高斯光束经三棱镜的变换进行了定量分析,表明基模圆高斯光束经三角棱镜变换后成为椭圆高斯光束。得出了椭圆高斯光束基本参量（椭圆光斑长、短半轴、等相面曲率半径、远场发散角）与入射基模圆高斯光束腰斑半径及三棱镜结构参数的定量关系。分析了光束的Ｍ２因子。     

四瓣高斯光束的Gyrator变换性质和矩形空心光束的产生

基于Gyrator变换,推导了四瓣高斯光束场分布的解析表达式,研究了四瓣高斯光束通过Gyrator变换后的光强分布和相位分布.结果表明:在Gyrator变换过程中,四瓣高斯光束能够转换为具有光涡旋的矩形空心光束,在获得矩形空心光束时其四顶角处光束强度最强,而四条边上的光束强度分布几乎是均匀的.对影响矩形空心光束强度和相位分布的光束参数和变换角进行了详细的分析,发现光束阶数不同,产生不同类型的空心光束;Gyrator变换的变换角则影响空心光束能量分布;空心光束亮环的大小由四瓣高斯光束的束腰宽度决定,束腰宽度越大,矩形空心光束的宽度越小.     

经光阑衍射的高阶贝塞耳光束位相奇点演化特性

推导出了高阶贝塞耳光束通过有光阑近轴ABCD光学系统传输的解析公式,用以研究了高阶贝塞耳光束被光阑衍射位相奇点的演化特性.结果表明:高阶贝塞耳光束经光阑系统衍射后,中心光涡旋始终存在,拓扑电荷守恒,但涡旋核大小会随光阑半径、传输距离和光束阶数而变化;随光阑半径和传输距离变化,圆刃型位错会消失或产生.     

激光光学系统的初级象差

本文从泽尼克一高斯国多项式出发,讨论了三种初级象差(球差、营差、象散)在平衡及未平衡状态下的标准偏差同衍射孔半径与高斯光束半径之比α的关系.最后讨论了在均匀光波的最佳校正状态下,高斯光束初级象差同α的关系,得到高斯光束的初级象差可按照均匀光波象差理论进行校正的结论.     

湍流对环状光束扩展的影响

采用积分变换技巧,推导出了环状光束通过湍流大气传输二阶矩束宽的解析表达式,并研究了湍流对环状光束扩展的影响.另一方面,通过分析二阶矩束宽给出了环状光束不受湍流影响的传输范围,指出环状光束将不受到湍流大气影响的条件.研究表明,光束遮拦比ε、阶数M（N）、波长λ越大,束宽w₀越小,则环状光束受湍流大气的影响就越小.并对所得到的主要结果给出了合理的物理解释. 关键词： 环状光束 大气湍流 二阶矩束宽     

Change of optimum conditions of second harmonic generation of spatial limited laser beams in nonlinear crystals

Frequency doubling of spatially limited laser beams in nonlinear crystals is investigated theoretically. It was shown that the major factor, which reduces the second harmonic generation (SHG) efficiency in this case, is a diaphragm aperture effect, caused by influence of extraordinary polarized laser beams. In that case a spatial shift of mutually orthogonally polarized beams of the incident waves relative to each other in perpendicular direction of wave transmission at the entry to crystals lead to increase the efficiency of SHG of limited beams.     

Study on polarization effect of azimuthally polarized LG beam in high NA Lens system

Based on vector diffraction theory, the intensity distributions of azimuthally polarized double-ring-shaped higher order beams near the focus are calculated numerically. It is shown that a subwavelength focal hole with a quite long depth of focus, multiple focal holes are achieved near the focus, when tuning β (is the ratio of the pupil radius to the beam waist) in the focal plane for different modes under tight focusing through high NA lens. Such kind of beams plays an important role in optical trapping, laser cutting and optical manipulation applications.     

截断的有振幅调制和位相畸变光束的等效曲率半径

高功率激光通常具有振幅调制和相位畸变. 采用统计光学方法推导了截断的有振幅调制和位相畸变光束在大气湍流中传输 的等效曲率半径R的解析公式.研究表明:随着位相畸变参量、振幅调制参量和光 束截断参量的增大,光束在自由空间中的 R增大,但R受湍流的影响也会增大; 并且高斯光束在自由空间中的R最大, 但其受湍流影响也最大. 因此,在大气湍流中传输到足够远时, 截断的有振幅调制和位相畸变光束的R就要比高斯光束的大.特别地, 相对等效曲率半径R_r随传输距离为非单调变化, 存在一个最小值, 即在该位置处R受湍流的影响最大. 此外, 达到 R_r最小值所需传输距离随光束位相畸变和振幅调制的加剧而增大.     

Coherence vortex evolution of partially coherent vortex beams in the focal region

Taking Gaussian Schell-model vortex beams as an example of partially coherent vortex beams, we study the evolution and subwavelength structures of coherence vortices in the focal region. The dependence of coherence vortices on the truncation parameter δ, the normalized coherence length ε and the topological charges m is illustrated numerically. It is found that during the evolution process the innermost m coherence vortices and the saddle points near the coherence vortices always remain in the focal plane.     

部分空间相干光束在非Kolmogorov湍流大气中的有效曲率半径

激光在湍流大气中的传输有重要的理论研究和实际应用意义.以高斯-谢尔模型(GSM)光束作为部分空间相干光的典型例,基于非Kolmogorov谱和广义惠更斯-菲涅耳原理, 推导出GSM光束在非Kolmogorov湍流中的有效曲率半径的解析表达式. 重点研究了湍流参数(包括广义指数α,内尺度l₀,和外尺度L₀) 和传输距离z分别对GSM光束有效曲率半径的影响.结果表明, 有效曲率半径R_x(z)随α和z增加先减小然后再增大, 随L₀的减小而增大(3.6<α< 4),随l₀的增加而增大.并对结果做了物理解释.     

各向异性的非相干矢量光束的传播特性

利用坡印亭矢量,研究了相干性为各向异性的非相干矢量光束在自由空间的传输特性,得到了光束横截面上能量分布及演化,导出了角偏振光束中心出现能量峰值的条件,详细分析了相干性对偶极子光束能量旁瓣的影响,并发现各向异性的偶极子光束具有三种不同的演化形式,得到了具体判据.     

Optimal resolution with extreme depth of focus

When the focal depth is required to be much larger than the wavelength, λ, the effective NA of the beam with optimal resolution is much less than unity. An aperture that is much larger than this beam's footprint is then of no consequence. Such beams that maximize the mean encircled energy fraction within a cylindrical focal region are shown to depend on only a single parameter, ω, that is proportional to the ratio of the square of the cylinder's radius to the product of its length and λ. A linear combination of Hermite– or Laguerre–Gaussian modes is used to represent these fields in two and three dimensions, respectively. For small ω, the results are compared both to asymptotic expansions and to optimal Gaussian and Bessel–Gauss beams.