平面波微小圆孔矢量衍射理论的比较研究

文章以平面波的微小圆孔衍射为例,对矢量衍射场的级数解、非傍轴近似解以及精确积分解进行了详尽的数值计算,并对级数解、非傍轴近似解的有效性作了定性分析和比较研究.结果表明,平面波经微小圆孔衍射的级数解、非傍轴近似解的有效性与级数解阶次、光阑孔径及传播距离有关,2种解的有效适用范围具有一定的互补性;当光阑孔径与波长相当或小于波长时,衍射场的纵向分量不能忽略,必须考虑光场的矢量非傍轴特性.     

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。     

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。     

调制空心高斯光束通过圆孔与园环光阑的衍射特性

为了研究空心高斯光束及其通过圆孔与园环光阑的衍射特性,从COLLINS公式出发,利用Ma-ple软件进行了具体的数值计算.结果表明:取空心高斯光束阶数值为10,当圆孔孔径在1～1.1倍束腰时,横截面上光强调制明显.轴上光强随F的变化趋势为:当菲涅耳数小于4,出现调制现象;当菲涅耳数大于4时,衍射调制被抑制.圆环内孔径为0.9倍束腰,当外孔小于1.3倍束腰时,衍射后轴上光强随F出现周期振荡的调制特性;当外孔大于1.5倍束腰时,衍射后轴上光强调制被有效压抑.上述结果为选择光阑提供了合理参数.     

截断参数对透镜衍射场分布的影响

基于菲涅尔衍射积分和将硬边孔径函数展开成有限项复高斯级数方法推导出了计算透镜衍射光强分布的解析表达式.所得的解析表达式克服了直接计算衍射积分的困难.应用这个表达式研究了截断参数(透镜的半径与高斯光束束腰半径的比值)对透镜衍射场分布的影响.数值结果显示,由于透镜的孔径对高斯光束的截断使得焦点向着透镜迁移,截断参数愈大,焦移量愈大,成像光斑愈大.     

高斯光束的圆孔夫琅禾费衍射

利用菲涅耳-基耳霍夫衍射原理对高斯光束通过有限圆孔的夫琅禾费衍射进行了详细的理论分析,给出了高斯光束在的夫琅禾费衍射区的光场分布,并与平面波的的圆孔夫琅禾费衍射进行了粗略的比较。     

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.     

高斯光束的微圆孔衍射变换的计算及其仿真

由菲涅尔-基尔霍夫衍射公式得到高斯光束的微圆孔衍射的积分式,推导了该积分式的数值算法和解析算法,用Matlab软件进行了仿真实验研究高斯光束的微圆孔衍射变换,有助于激光束衍射实验及其测控理论与技术的研究.     

高斯光束传输中的衍射损耗

由于光学元件的通光孔径(横向尺寸)总是有限大的,因此,高斯光束在通过这些光学元件时会有衍射损耗.并引起光束横向场分布、结构(模式)的变化.另一方面,在光学系统设计时,也需要选择适当几何尺寸配置的光学元件,例如不同孔径大小和形状的光阑、空间滤波器等,利用不同阶光模通过它们时有不同衍射损耗来改变光场的横向分布,提高光束质量,进行光束整形或滤波等.在文[1、2]的基础上,我们以厄米-高斯光束为例对衍射损耗作了详细的数值计算和物理分析,所得结果对激光束传输过程中衍射损耗计算和模式结构分析有参考意义.     

高斯光束的矩孔和圆孔衍射

应用亥姆霍兹方程和傅里叶变换，对高斯光束通过狭缝、矩孔和圆孔时的衍射时行了分析。在傍轴条件下导出了相应的近似公式，并给出了数值计算结果。     

有限孔径场分布的一种解析分析

给出了有限孔径Bessel、Bessel-Gauss和Gaussian波束的一种简单的解析描述,根据矩形函数在[0,∞）区间可以近似为一组高斯函数的线性叠加这一性质,将这3种波束的源函数表示为一组Bessel-Gauss函数的叠加,这种方法可以方便地计算出场分布,给出了一些数值结果,并与文献中的结果进行了比较,两者符合较好。     

非傍轴区轴上点的菲涅尔圆孔衍射

用导出的非傍轴区轴上点的菲涅尔圆孔衍射的解析表达式和数值模拟方法,来研究菲涅尔圆孔衍射中衍射光强的变化规律,并给出新的理论分析结果。     

用傅立叶级数展开法研究受光阑限制的超高斯光束的传输特性

用傅立叶级数展开法研究了超高斯光束通过受高斯光阑限制的近轴ABCD光学系统的传输特性，导出了高斯光阑情况下近似解析传输公式，并给出了数值例。研究表明：用Collins公式直接数值积分作者推出的近似解析公式的结果在误差范围内一致。     

标量衍射宽角度近场近似与方孔衍射的数值模拟算法

菲涅耳近似本质上是旁轴近似,当离轴的观察点距离衍射屏非常近时,菲涅耳近似引入的误差通常是不可忽视的。基于围绕坐标原点到场点的距离进行泰勒展开的近似方法,能有效地用于计算宽角度近场衍射,MATLAB仿真给出了清晰直观的结果。     

带反馈阑孔的非稳腔

在对带全反馈阑孔非稳腔实验研究的基础上,提出了部分反馈阑孔非稳腔方案,并对此腔作了细致的理论分析.     

空心高斯光束通过圆孔形硬边光阑的传输特性

通过把圆孔光阑函数展开为复高斯函数的方法,推导出了空心高斯光束（HGBs）通过圆孔光阑的传输近似解析公式,并对空心高斯光束通过圆孔形硬边光阑的传输特性进行了研究,分析了不同半径下的光阑对输出光束的影响。分析结果表明,衍射特性与空心高斯光束的阶数、光阑半径等因素有关。     

二 维 电 大 尺 寸 目 标 IRBC 的 计 算

二维电大尺寸目标迭代Robin条件（IRBC）的计算非常耗时，通过对该条件中Hankel函数的近似计算，加快了计算速度.首先，分析了第二类零阶和一阶Hankel函数4种近似算法的优缺点；然后，对比了应用其计算迭代Robin条件的精度和速度；最后，通过一系列电大尺寸目标的计算对最优算法加以验证.