截断平顶光束的广义M2因子和相干模分解

针对Li提出的平顶光束的新描述模型,分别采用广义二阶矩方法和矩形函数的复高斯函数展开方法,推导出平顶光束通过硬边光阑的广义光束传输M2因子和模相关系数的解析表达式.以此为基础,对截断平顶光束的模相关、模结构以及相干模分解进行了分析,建立了截断平顶光束的相干模分解理论.     

截断平顶光束的广义M2因子和相干模分解

针对Li提出的平顶光束的新描述模型，分别采用广义二阶矩方法和矩形函数的复高斯函数展 开方法，推导出平顶光束通过硬边光阑的广义光束传输M²因子和模相关系数的解析表 达式.以此为基础，对截断平顶光束的模相关、模结构以及相干模分解进行了分析，建立了 截断平顶光束的相干模分解理论. 关键词： 截断平顶光束 2因子')" href="#">广义M²因子 模相关系数 相干模分解     

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...     

平顶高斯光束与超高斯光束传输特性的比较研究

对平顶高斯光束与超高斯光束的传输特性作了研究和比较,并给出了典型的数值计算例．所得的主要结论是有相同M²因子和束宽的平顶高斯光束与超高斯光束在通过光学系统时,具有非常相似的包括光强分布和光阑衍射效应在内的传输变换特性． 关键词：     

椭圆平顶高斯光束及其传输特性

用张量光学方法定义了三维不可分离变量的椭圆平顶高斯光束(EFGB),导出了这种光束经过非轴对称光学系统的传输公式及相应的张量ABCD定律, 并对EFGB经过自由空间的传输作了数值计算。结果表明, EFGB的传输特性依赖于阶次, 而且耦合EFGB的光强分布在传输过程中会发生旋转。     

椭圆平顶高斯光束及其传输特性

 用张量光学方法定义了三维不可分离变量的椭圆平顶高斯光束(EFGB),导出了这种光束经过非轴对称光学系统的传输公式及相应的张量ABCD定律, 并对EFGB经过自由空间的传输作了数值计算。结果表明, EFGB的传输特性依赖于阶次, 而且耦合EFGB的光强分布在传输过程中会发生旋转。     

反射式椭圆高斯光束平顶整形系统

为了将椭圆高斯光束整形为圆形平顶光束,设计了一种无中心遮拦反射式两镜整形系统。根据能量守恒思想,选择匀化洛伦兹函数作为出射光束平顶分布函数,建立了入射面和出射面之间的坐标变换关系;采用光程守恒原理和矢量形式的反射定律,推导了积分形式的整形系统两反射镜面形方程。利用数值解法计算出两反射镜的面形数据,经过光学设计软件仿真与系统参数分析,得到的圆形平顶光束在目标区域的照度均匀性大于95%。结果表明,这种整形系统可以明显提高椭圆高斯光束的平顶性,具有现实可行性。     

TEA CO2激光器输出平顶模按厄米-高斯模的展开

TEA CO2激光器输出光束的能量密度分布一般为平顶型分布.为了给研究和分析TEA CO2激光器输出光束提供一种新的处理方法,采用FGB理论,对实验测量的一台TEA CO2激光器输出的实际平顶型光斑的能量密度分布按厄米-高斯函数进行了展开.根据展开结果,对TEA CO2激光器输出光束的空间分布特性进行了分析与讨论.初步证实了TEA CO2激光器输出光束的能量密度分布可以按厄米-高斯函数展开.     

平顶高斯光束的传输特性

将平顶高斯光束作为一个整体光束处理 ,研究了它通过近轴 ABCD光学系统的传输特性。对无光阑情况 ,推导出较为普遍的解析式 ;而对有光阑限制情况 ,数值积分是可行的。给出的典型数值计算结果证实了这种方法与有限拉盖尔 -高斯函数展开法是等价的。     

平顶高斯光束的相关概念和对称化变换

对平顶高斯光束有关的一些重要概念,例如场分布和束宽等作了物理分析。进一步将二维平顶高斯光束推广到三维情况,并且对三维平顶高斯光束的对称化变换,包括在X和Y方向束宽相等和ｚ平面处曲率半径相等,进行了详细的研究。     

环状平顶光束的传输特性研究

利用偏心高斯光束相干叠加方法，建立了柱坐标系下环状平顶光束模型.采用广义强度二阶矩定义，推导出环状光束广义M2因子的解析表达式.利用广义衍射积分理论，给出环状光束经过近轴ABCD光学系统的传输公式，并进一步给出了环状平顶光束修正的菲涅耳数定义.分析了环状平顶光束在自由空间的传输规律.研究结果表明，该模型可统一描述基模高斯光束、环状高斯光束以及环状平顶光束.环状平顶光束的广义M2因子和环状平顶光束的传输特性与其阶数及遮拦比有关.     

部分相干高斯-谢尔模型光束在介质中传输的M2因子

在波数K为复数的情况下,对部分相干光强度二阶矩及M2因子的定义进行了修正。以部分相干高斯谢尔模型(GSM)光束为例,讨论了光束在介质中传输时M2因子的变化。研究结果表明,部分相干光束在增益或损耗介质中传输时的M2因子与光束在无增益无损耗介质传输时的M2因子具有不同变化特性,此时,M2因子不仅只与部分相干光的相干参量β有关,且随着传输距离B和表征介质增益(或损耗)特征Ki的增大而增大(或减小);随着相干长度σ0的具体尺寸、波数实部Kr的减小而增大(或减小)。为控制光束质量提供几种有效的途径。     

非傍轴平顶高斯光束M2因子两种定义的比较研究

基于功率密度的二阶矩方法,推导出了非傍轴平顶高斯(FG)光束束宽和远场发散角的解析表达式·研究表明,当w0/λ→0时,远场发散角趋于渐近值θmax=63.435°,与阶数无关·使用非傍轴高斯光束代替傍轴高斯光束作为理想光束,研究了非傍轴FG光束的M2因子,并与传统定义的M2因子作了比较·在非傍轴范畴,非傍轴FG光束的M2因子不仅与阶数N有关,而且与w0/λ有关·按照定义,当w0/λ→0时,非傍轴FG光束的M2因子不等于0,对阶数N=1,2,3时,M2因子分别趋于0.913,0.882和0.886·当N→∞时,M2因子取最小值M2min=0.816·     

非傍轴平顶高斯光束M2因子两种定义的比较研究

基于功率密度的二阶矩方法，推导出了非傍轴平顶高斯(FG)光束束宽和远场发散角的解析表达式.研究表明，当w0/λ→0时，远场发散角趋于渐近值θmax=63.435°，与阶数无关.使用非傍轴高斯光束代替傍轴高斯光束作为理想光束，研究了非傍轴FG光束的M2因子，并与传统定义的M2因子作了比较.在非傍轴范畴，非傍轴FG光束的M2因子不仅与阶数N有关，而且与w0/λ有关.按照定义，当w0/λ→0时，非傍轴FG光束的M2因子不等于0，对阶数N=1, 2, 3时，M2因子分别趋于0.913,0.882和0.886.当N→∞时，M2因子取最小值M2min=0.816.     

Mode correlation and coherent-mode decomposition of laser beams

Theory of the coherent-mode decomposition of laser beams is proposed. The new model for the flat-topped beams proposed by Li recently is taken as an example. The analytical expressions for the M^2-factor and mode coherence coefficients of flat-topped beams have been derived in the rectangular coordinate system, by means of which the mode correlation, mode structure, and coherent-mode decomposition of flat-topped beams can be analysed.     

大气湍流对斜程传输准单色高斯-谢尔光束时间相干性的影响

由第一类零阶贝塞尔函数的级数展开推导出波结构函数在任意湍流条件下的近似表达式。由广义惠更斯-菲涅耳原理、随高度变化的Hufnagel-Valley湍流廓线模型以及波结构函数在任意湍流条件下的近似表达式,导出了斜程传输时准单色高斯-谢尔光束互相干函数的解析式。然后,利用表征光束时间相干性的纵向相干长度(可由互相干函数导出),研究了斜程传输时大气湍流对准单色高斯-谢尔光束时间相干性的影响。研究结果表明,准单色高斯-谢尔光束的时间相干性在整个斜程传输过程中保持不变。最后,对该结果在物理上给予了定性解释。     

The Beam Propagation Factor of Nonparaxial Truncated Flattened Gaussian Beams

By using the second-order moment of the power density, the beam width, far-field divergence angle and M² factor of nonparaxial truncated flattened Gaussian (FG) beams are derived analytically. It is shown that the M² factor of nonparaxial truncated FG beams depends not only on the truncation parameter δ and beam order N, but also on the initial waist-width to wavelength ratio w₀/λ. The far-field divergence angle approaches an asymptotic value of θ_max=63.435° when the truncation parameter δ → 0. For the special cases of N = 0 and δ → ∞ our results reduce to those of nonparaxial truncated Gaussian beams and nonparaxial untruncated FG beams, respectively.     

部分相干光束通过硬边光阑的推广光束传输M2因子

给出部分相干光通过硬边光阑后的强度二阶矩的计算公式，由此可得到部分相干光通过硬边光阑后的推广光束传输M^2因子。以部分相干高斯－谢尔模型光束为例，推导出相应的M^2因子，并作了数值计算和分析讨论。