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.     

复宗量双曲余弦-高斯光束的束传输因子与传输性质

引入了一类新的复参数双曲余弦-高斯光束，给出了这类光束的束传输因子（M^2-因子）的解析表达式，并就这类光束在一阶傍轴光学系统中的传输特性进行了讨论。与实参数双曲余弦-高斯光束相比，这关复参数双曲余弦-高斯光束呈现出了新特性。     

修正贝塞尔高斯谢尔光束在湍流中的演变特性

研究了修正贝塞尔高斯谢尔(MBGS)光束在柯尔莫哥诺夫湍流模型下的演变特性,推导了MBGS光束在源平面场的表达式,在此基础上利用广义惠更斯-菲涅尔积分原理获得任意阶修正贝塞尔高斯谢尔光束在经过湍流大气后的平均光强解析表达式.数值计算和分析表明:相关宽度对MBGS光束在湍流大气中的演变特性具有重要影响,增大相关宽度减缓了修正贝塞尔高斯谢尔光束演变为高斯光束的进程,增大了光束经过湍流大气后接收平面的光强.相比于高阶MBGS光束,低阶MBGS光束在湍流大气中传播后能够获得更大的归一化平均光强,但在传播过程中比高阶MBGS光束更早演变为高斯光束.MBGS光束在湍流大气中传播时,相关宽度优化选取后的低阶、短波长MBGS光束具备更强的抗干扰性.     

厄米-高斯光束通过光阑的传输特性

对厄米-高斯(H-C)光束通过透射率为高斯分布的硬边光阑的传输特性进行了研究.采用硬边光阑函数可被展开为复高斯函数叠加的方法,推导出了近似的解析传输公式,并对厄米-高斯光束通过薄透镜的光强进行了数值计算.     

平顶高斯光束的解析传输公式

该文从Collins公式出发，对平顶高斯光束的传输特性进行了研究，推导出了其通过ABCD光学系统的解析传输公式，并且给出了计算例子．研究表明：N阶平顶高斯光束通过ABCD光学系统后的传输可以表示为N个合流超几何函数(库默尔函数)的叠加．     

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.     

一维线阵高斯光束通过湍流大气传输的远场光束质量研究

采用桶中功率(PIB)、β参数和Strehl比作为光束质量的评价参数,研究了一维(1D)线阵高斯光束通过湍流大气传输的远场光束质量.基于广义惠更斯-菲涅尔原理,推导出了其光强传输方程,以及PIB和Strehl比的解析表达式.研究表明,湍流使得光束质量下降.但是,光束数越多的1D线阵高斯光束受到湍流的影响越小;1D线阵高斯光束较高斯光束受到湍流的影响要小.     

双曲正弦-高斯型超短脉冲光束及其传输特性

在傍轴近似条件下,给出了一组超短脉冲光束的解析解,称为双曲正弦-高斯型超短脉冲光束.对这种超短脉冲光束及其在自由空间中的传输过程进行了较为细致的研究.结果表明双曲正弦-高斯型超短脉冲光束光强的横向分布在脉冲中部为双曲正弦-高斯型,而在脉冲头部和尾部则为高斯型,该脉冲光束的脉冲波形在传输中始终为双曲正弦-高斯型.该脉冲在轴上传输时有脉冲极性反转现象,在轴外有脉冲延迟现象.     

高斯光束通过负圆锥棱镜光学系统的传输特性

负圆锥棱镜的锥角小于5°的情况下可视作一个失调系统,运用该失调系统的4×4阶增广矩阵和失调系统的衍射积分公式分析了高斯光束通过负圆锥棱镜的传输特性,得到了出射光场的解析表达式,用计算机数值计算方法研究了光强分布规律.     

部分相干厄米-高斯光束在湍流大气中的M^2因子

基于广义惠更斯-菲涅耳原理和Winger分布函数二阶矩的定义,推导出部分相干厄米-高斯（PCHG）光束在湍流中的M^2因子的解析表达式,并进行了数值计算和分析.研究结果表明：湍流中PCHG光束的M^2因子由光束的阶数、相干长度、束腰宽度、波长以及湍流的折射率起伏结构常数和传输距离来决定;随着光束阶数、大气湍流的折射率起伏结构常数以及传输距离的增大,以及光束相干长度的减小,PCHG光束在湍流大气中的M^2因子明显增大;对于给定的传输距离,存在最佳初始束宽使大气湍流中PCHG光束的M^2因子最小;完全相干厄米-高斯光束和高斯-谢尔模型（GSM）光束在大气湍流中的M^2因子变化规律可以作为本文研究的特例.     

部分相干双曲余弦高斯光束通过湍流大气传输空间相干性的变化

基于广义惠更斯—菲涅尔原理,推导出了部分相干双曲余弦高斯光束通过湍流大气传输其光谱相干度的解析表达式,并研究了光束的空间相干特性.研究表明,部分相干双曲余弦高斯光束通过自由空间传输其光谱相干度会出现振荡和相位奇异现象,且震荡随光束离心参数δ增大而增强.但是,随着湍流的增强,不同δ的光谱相干度曲线相接近,并呈类高斯分布;此外,在湍流中随着传输距离z的增加光束的空间相干性变差.     

弱耗散均匀回旋介质椭圆柱体的电磁散射

分析了弱耗散型均匀回旋介质椭圆柱体的电磁散射特性.基于平面波谱的积分方程以及马丢函数的级数展开式,以横电型(TE)平面波为例,导出了弱耗散均匀回旋介质椭圆柱内场及其单位长度的雷达散射截面(RCS)的表达式.为了解决马丢函数子程序计算复数的难题,采用泰勒级数的一级近似将复数转换为实数运算.计算了部分数值并讨论了弱耗散介质对雷达散射截面的影响.     

高斯涡旋光束在ABCD光学系统中的传输

 为了研究高斯涡旋光束在ABCD 光学系统的传输演化规律,基于广义惠更斯菲涅耳积分公式,推导了拓扑荷为+1 的高斯涡旋光束经ABCD 傍轴光学系统传输的解析表达式,并数值模拟和分析高斯涡旋光束在自由空间传输中4 个观察平面上的光强分布和相位分布的特点.结果表明:随着传输距离的增加,高斯涡旋光束的光斑尺度明显增大,但光强也随之减小;同时从相位奇异点发出的等相位线由射线变成弧线,最终形成螺旋线结构.     

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.     

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。     

高阶贝塞尔-高斯光束的自重建特性

由汉克尔波理论分析了贝塞尔（Bessel）光束的形成原理,很好地解释了零阶和高阶Bessel光束的自重建特性.利用衍射积分理论和柯林斯公式条件下的传输模型数值模拟了一阶贝塞尔-高斯（Bessel-Gauss）光束经过轴上圆形障碍物后的光强分布特性.结果表明,高阶Bessel-Gauss光束也具有零阶Bessel光束类似的自重建特性.实验上采用轴棱锥聚焦涡旋光束获得一阶Bessel-Gauss光束,然后通过轴上圆形障碍物、轴上和离轴正方形障碍物,验证了高阶Bessel-Gauss光束的自重建特性.理论模拟和实验结果相吻合.     

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.     

光阑对暗中空涡旋光束轨道角动量的影响

基于推广的复高斯函数展开法,分析了具有轨道角动量的拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian,LG)光束通过含光阑光学系统传输的解析公式,理论推导了空心LG光束在柱坐标系下光子轨道角动量密度函数及其态矢.对1阶LG涡旋光束通过光阑后的光场分布情况进行了数值分析,在两种典型含光阑系统物理模型下分析了遮拦比对不同波长LG光束传输特性的影响,研究了LG光束通过光学系统后的相位分布及轨道角动量密度变化.结果表明,光阑系统遮拦比对LG涡旋光束通过光阑后的传输特性的影响因光束波长不同而异,遮拦比对光束轨道角动量密度影响较大,对光束束径及光轨道角动量影响不明显.研究结果可为在空间光通信中利用涡旋光束光子轨道角动量编码信息提供理论依据.     

高斯-谢尔模光束在湍流大气中的传输特征参数

基于广义惠更斯-菲涅耳原理和Winger分布函数(WDF)二阶矩的定义,推导出高斯-谢尔模型(GSM)光束在湍流中的均方根束宽、角宽以及M2因子的解析表达式,并进行了详细分析和数值计算.结果表明,它们分别随光束的相干长度σ、束腰宽度w0、波长λ、湍流的折射率起伏结构常数C:和传输距离z的变化而变化.随着C2n和z的增大,以及σ的减小,GSM光束在湍流大气中的均方根束宽、角宽以及M2因子明显增大.     

一新型矢量光束产生的理论及实验研究

在抛物线坐标系中,基于求解矢量波动方程,得到新型矢量光束及其通过聚焦后的电场解析表达式.相应数值计算和实验探究表明:该光束的光强分布类似第一类零阶贝塞尔光束,聚焦后出现空心现象.所得结果对于矢量光束在光通信和光捕获方面有一定的参考价值.