高斯光束质量因子的研究

应用标量光场横截面上光强的精确定义,计算了基模高斯光束的光强二阶矩及光束质量因子,结果表明,当基模高斯光束的束腰半径ω0 λ时,光束质量因子M2非常接近于1,当光束束腰半径较小时,计算的光束质量因子存在较大误差。文章进一步用严格的光场角谱表示法计算了非傍轴标量高斯光束的质量因子,并对一些相关问题进行了讨论。     

非傍轴对称高斯光束矢量和标量表征的比较研究

微型激光源和衍射光学元件应用的不断增加激发了人们对非傍轴激光束的研究兴趣,导致非傍轴条件下高斯光束的表征受到格外的关注.迄今为止,人们已提出很多方法描述非傍轴条件下的高斯光束,既有标量表征,也有矢量表征.分别采用矢量和标量表征非傍轴对称高斯光束,通过引入比值T来度量光场的z分量对整个光场的贡献.结果表明,以x/W(z)和y/W(z)作为坐标时,T值的变化规律与z无关.对于光源半宽度w0≥0.5λ的非傍轴对称高斯光束,在传输轴附近,特别是沿xy平面45°对角线附近,可以采用标量表征;且随着传输距离的增大,适用范围同步增大.对于半宽度w0小于0.5λ的非傍轴对称高斯光束,由于在xy平面原点附近T值有较大的极值峰,因此标量表征完全失效.     

二维矩形阵列非傍轴离轴高斯光束的合成研究

基于瑞利-索末菲衍射积分公式,推导出非傍轴离轴高斯光束相干合成和非相干合成光束在自由空间中传输的解析公式.用所得结果对非傍轴高斯光束相干合成和非相干合成进行了研究,得到了非傍轴公式在傍轴条件下,能回归到傍轴理论所得结果.远场近似、傍轴离轴高斯光束的相干合成与非相干合成光束传输公式可作为特例给出.数值计算表明,合成光束的光强分布与合成方式(相干合成和非相干合成)、光束束宽w0(或等效于f参数)、光束束数M(N)、离轴参数a(b)以及传输距离z有关.在远场,对于相干合成,M×N束非傍轴高斯光束的合成光束的轴上光强是单束非傍轴高斯光束的轴上光强的M2N2倍;对于非相干合成,M×N束非傍轴高斯光束的合成光束的轴上光强是单束非傍轴高斯光束的轴上光强的MN倍.     

非傍轴标量衍射理论的比较研究

当光束束腰(或衍射孔孔径)可与波长相比拟或光束具有较大的发散角时,傍轴近似不再成立。以高斯光束的微小圆孔衍射为例,在非傍轴条件下,对衍射场的级数解、非傍轴近似解以及精确解进行了详细的数值计算和比较研究。结果表明,高斯光束经圆孔衍射的级数解、非傍轴近似解的有效性与高斯光束的束腰半径、衍射孔孔径和传播距离有关,并具有一定的互补性。     

截断非傍轴矢量高斯光束的传输特性

文章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M~2因子。以截断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。数值计算表明,束腰半径W (0)λ时,传输特性的矢量描述与非傍轴标量描述有显著差别。当截断参量R/ω_00.5时,截断高斯光束的传输特性与截断平面波的传播趋于一致;当截断参量R/ω_02时,过渡到自由高斯光束的传播。     

非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束远场传输特性

为了研究非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束远场传输特性,从非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束概念出发,运用Wigner分布函数,对非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束远场特性进行了理论分析,得出了一阶情况下的解析传输公式及光强分布表达式,根据仿真结果分析出表达式中3个主要参数f、fσ、g对厄米-余弦-高斯光束在自由空间传输的影响,在调制参数g一定时,束腰参数f和相干参数fσ对非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束的非傍轴性起了至关重要的作用;非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束在传输过程中当g不变时,其远场发散角的渐进值也会因fσ的增大而减小.     

另类非傍轴TM高斯光束的传输解

当激光束的横向光斑尺寸是波长量级甚至是亚波长量级时,傍轴近似失效,必须采用非傍轴描述.高斯光束作为球面激光腔的横基模,迄今为止已提出很多方法来描述非傍轴条件下的高斯光束.赫兹矢量呈高斯分布的另类非傍轴TM高斯光束,是麦克斯韦方程组的高斯波解,是共焦腔和半共焦腔的本征值.为了进一步分析其传输特性和指导应用,在近场将另类非傍轴TM高斯光束的积分解表示成f的幂级数形式的级数解,并退化到傍轴条件给出了傍轴解.所给出的级数传输解对传输距离和初始高斯半宽度有一定的适用范围.在远场利用静止位相法给出了解析的光场,同时对另类非傍轴TM高斯光束的源分布和传输强度分布作了计算和分析,显示了其与一般非傍轴高斯光束的差异.     

矢量衍射理论的级数解及其标量近似的有效性

当光束具有较大的发散角或光束束腰可与波长相比拟时,傍轴近似,甚至标量衍射理论都不再成立。文章在平面孔矢量衍射理论角谱表示的基础上,给出了衍射场纵向分量的级数解,指出在非傍轴区对衍射场矢量修正的必要性,分析了标量衍射理论的有效性。并以圆孔衍射为例进行了详细的数值计算,并就一些相关的问题进行了讨论。     

离轴径向偏振高斯光束的非傍轴传输特性

基于矢量瑞利-索末菲衍射积分,研究了离轴径向偏振高斯光束的非傍轴传输特性,推导了离轴径向偏振高斯光束在自由空间中非傍轴传输的解析表达式,并与傍轴的情况进行了对比.研究表明:f参数、离轴系数和传输距离对径向偏振高斯光束的非傍轴传输特性有着重要的影响,而且,传输距离较远,离轴径向偏振光束的光斑向光轴靠拢,表现出较强的离轴修复能力.这些结论在多束离轴激光束进行光束合成和光束整形的研究中具有重要意义.     

标量衍射理论的级数解及其有效性

当光束具有较大的发散角或光束束腰可与波长相比拟时,傍轴近似不再成立;文章在标量衍射理论角谱表示的基础上,以平面波圆孔衍射为例,给出了衍射场的级数解,分析了级数解的有效性;级数解的适用范围与光束的束腰宽度、传输距离以及所使用的级数解的阶次有关;对受硬边光阑限制的光束,由于高频分量的贡献,当传输距离z较大时,高阶级数解的修正效果不好,甚至失效,级数解的有效范围将受到很大限制。     

标量高斯光束的能量传输

应用标量光场的能流密度矢量 J的定义 ,计算了高斯光束在自由空间传播时 ,其光束传输轴横截面上的光强、光斑区域的能流及总能量 ,并与传统光强定义的相关结果进行了比较。计算结果表明 ,对基模高斯光束 ,仅当 kω0 1(ω0 λ)时 ,传统光强的定义才近似成立 ,否则必须采用光强的精确定义。进一步指出了高斯光束作为波动方程傍轴近似解的条件。     

关于标量场的量子化处理的研讨

量子场论的概念能够通过标量场的量子化处理以一个简单的形式被表明,本文分别研讨中性和有荷标量场,以及反常标量场的量子化处理,通过这些讨论,有助于对量子场论的概念的深入理解。     

再评电磁学关于双向标量问题的分析

本文通过比较传统方法和规范化方法在推导电容器电流与极电荷变率的关系式以及动态电路微分方程的区别，说明电磁学在分析含有双向标量的问题时应该采用规范化方法，以保 证分析过程的科学性及所得结论的普遍性。     

Rayleigh-Bénard湍流热对流中主动和被动标量场Cliff结构统计特性的实验研究

实验研究了Rayleigh-Bénard湍流热对流中主动和被动标量场Cliff结构的统计特性,实验参数Rayleigh数为Ra=1.2×10¹⁰,Prandtl数为Pr=5.3.在充满对流介质水的长方体对流槽边壁附近实验测量了局域浓度场（被动标量场）和局域温度场（主动标量场）的时间序列,从测得的时间序列中提取出Cliff结构,提取参数为β,并分析了Cliff结构的宽度、振幅和尺寸的数量分布图.研究发现,浓度和温度场Cliff结构宽度的数量分布图形状并不随β而改变,而Cliff结构的最可几振幅却随着β的增大而增大.此外,Cliff结构的尺寸满足对数正态分布,这表明湍流热对流中被动标量场的扩散和混合是由羽流等浮力相干结构所驱动的.     

非牛顿重力场中的标介子场

本文讨论静态球对称线性弱非牛顿重力场中的标量介子场,探讨中程作用力对标介子运动的影响.     

双向标量—兼评电磁学关于含有双向标量问题的分析

本文介绍双向标量及其参考方向的概念，阐述了参考方向在分析含有双向标量问题进所起的作用，接着指出，引入两个概念有三个好处：第一，物理量的分类更加合理，标量和双向标量这两个物理概念更加清晰，参考方向和实际方向这两个语更加明确；第二，双向标量关系式的意义更加完整；第三，分析含有双向标量问题的方法更加规范，而且增强了分析过程的科学性和分析结果的普遍性。最后，对用“传统”方法分析含有双向标量问题时出现的缺点作了评述。     

一种改进的2w-ary快速标量乘算法

标量乘是椭圆曲线密码体制(ECC)的基本运算,也是最耗时和极易受到攻击的运算之一。针对利用重编码和R-L技术实现2w-ary快速标量乘算法的不足,对该算法进行了改进。在保持抗SPA的前提下,改进算法使用绝对值,避免了负数做数组下标的使用,减少了50%的存储量,节约了赋值后的消除操作。理论分析表明,改进算法优于原算法,算法的运算量降低2w次。数字验证表明,改进算法比原算法快约17%。     

NAF-2^k圆锥曲线数乘算法

在2^k进制数乘算法的基础上,结合NAF算法的特点,提出了一种新的数乘算法NAF-2^k数乘算法,该算法运算速度高于2^k进制数乘算法和NAF数乘算法．实验表明NAF-2^k数乘算法在椭圆曲线和圆锥曲线上进行点乘计算都是有效的．