无衍射J_0光束最大准直距离的研究

本文主要从惠更斯-菲涅尔衍射积分出发推导了无衍射光束的轴上光强和最大准直距离的计算公式,测量了平行光通过轴棱锥后产生的不同传输距离的无衍射光束的光强情况,讨论了不同的棱角的轴棱锥、不同的光阑半径对最大准直距离的影响情况。实验结果显示,当激光光束经过轴棱锥转换后在最大准直距离范围内光强分布近似为贝塞尔分布,符合无衍射光束的特性,由衍射积分理论的数值模拟和几何光学近似得到的无衍射光束的最大准直距离以及棱角与光阑半径对最大准直距离的影响和实验结果基本吻合。     

无衍射光束的轴上光强和最大准直距离

利用柯林斯公式推广,在柱坐标下的广义惠更斯-菲涅尔衍射积分公式,推导出用锥形透镜产生的近似无衍射光束的纵向传输分布,且进一步得到轴上光强公式,并用几何光学分析法得到最大准直距离的公式.根据数值模拟的轴上光强,分别讨论轴棱镜底角对轴上光强分布的影响,入射光束半径R、底角φ对最大准直距离Zmax的影响.实验结果表明,轴上光强随着底角的增大而增大,最大准直距离Zmax随入射光束半径R增大而增大并近似与R成正比,最大准直距离Zmax随底角增大而减小且近似与底角反比.     

无衍射光束最大准直距离的几何光学模拟与实验

利用几何光学方法对轴棱锥产生近似无衍射光进行分析,给出最大无衍射距离的几何表达式.利用光学设计软件ZEMAX对产生近似无衍射光的光路进行追迹,并模拟横向光强分布.通过几何分析、软件模拟及实验验证,讨论光束半径和轴棱锥底角对最大无衍射距离的影响.研究结果表明,最大无衍射距离随入射光束半径的增大而增大,且近似成正比;而最大无衍射距离随轴棱锥底角增大而减小,且近似成反比.     

多色高斯光束照射下透镜轴棱锥的聚焦特性

从菲涅耳衍射积分公式出发,推导多色高斯光束被球差透镜衍射后光强分布的解析公式,进行数值模拟和物理分析.结果表明,光谱半宽σ小的多色高斯光束照射透镜轴棱锥时,不同观察面的光强分布均为J20的形式.随观察平面远离透镜轴棱锥,横向光强第1零点半径逐渐增大;但当σ取值较大时,横向光强分布不再是J20的形式,且横向光强的零点不再明显.对于轴上光强而言,多色高斯光束提高轴上光强分布的均匀性.     

无衍射J_0光束的横向分布特性的分析

利用衍射积分理论,导出平面波通过轴棱锥后的横向光场的分布特性,数值模拟了无衍射J0光束横向光强的分布。实验采用了氦氖激光器作为光源,利用体视数码显微镜即一个体视显微镜加上一个数码相机来得到输出光斑图,并利用matlab将结果进行了进一步的分析。通过实验的验证显示氦氖激光光束通过轴棱锥后产生的光束电场强度的横向分布很集中,中心光斑的能量最强,呈现理想的零阶贝塞尔光,与理论非常吻合。     

理想轴棱锥与圆顶轴棱锥对无衍射光束的聚焦特性

分析圆顶轴棱锥与理想轴棱锥对Bessel光束的聚焦特性.基于广义的惠更斯-菲涅耳衍射积分理论推导出Bessel光经过理想轴棱锥和圆顶轴棱锥后的光强表达式,并对理想轴棱锥与圆顶轴棱锥聚焦的Bessel光束的传输特性进行描述,数值模拟不同截面下的光强分布图和径向光强分布图.研究结果表明:圆顶轴棱锥和理想轴棱锥都可以产生周期性的局域空心光束(Bottle beam),但是相比于理想轴棱锥,圆顶轴棱锥所产生的Bottle beam周期较短,并且中心光强较强,暗斑尺寸较小.     

Bessel光束经柱透镜的衍射光场

基于空间域中的广义惠更斯-菲涅耳衍射积分理论,导出Bessel光束通过柱透镜光强分布表达式,利用计算机模拟不同传播距离处的截面光强分布.利用轴棱锥产生Bessel光束,光束经过焦距为130 mm的柱透镜,用CCD拍摄柱透镜的后不同传播距离的处光强分布.结果表明:实验所得结果与理论模拟吻合,Bessel光束经柱透镜后将产生唇状焦散光束.     

产生长距离Mathieu光束的方法

设计一套提高Mathieu光束无衍射距离的光学系统,并进行数值模拟.根据传统的方法,利用轴棱锥聚焦椭圆高斯振幅调制的平面波产生Mathieu光束;同时,基于凹透镜对光束的发散特性,将其放置在轴棱锥的前方,使Mathieu光束的无衍射距离得到提高.使用Mathcad软件进行模拟,并将新系统与传统方法对比.结果表明:利用凹透镜系统,可以得到无衍射距离大、质量较高的Mathieu光束.     

非相干LED光源产生高阶Bessel光束

首次采用单色LED绿光光源得到较理想的高阶Bessel光束,提出由交叉谱密度和多波长叠加理论计算出绿光LED发出的光经过螺旋相位板和轴棱锥后的光强分布,模拟出沿轴向不同距离处的截面光强分布图,设计一套实验装置进行实验验证,结果表明:通过光阑提高光场的空间相干性可以用绿光LED得到近似高阶Bessel光束,所得光束的截面光强分布,中心暗斑大小及最大无衍射距离均与理论计算相符.研究结果对非相干光实现粒子微操作提供理论和实验依据.     

局域空心光束的描述

分析几何光学理论、干涉理论和衍射理论对局域空心光束传输特性的描述.对由轴棱锥-透镜系统产生的局域空心光束的描述进行对比分析,并给出相关的实验.几何光学属于近轴近似下的光学,与实际情况有所差异.干涉理论的分析方法比几何光学方法精确,能够数值计算出聚焦透镜置于最大准直距离之外及在聚焦透镜焦平面以后的光束行为,得到与几何光学分析所得出的,当z0相似文献   

基于FDTD对尖端为轴锥体的光纤光镊的模拟分析

基于动量守恒,采用时域有限差分法(FDTD),仿真模拟了光纤光镊轴锥角和工作距离关系及捕获力大小和轴锥角的关系.结果表明工作距离和捕获力的大小和轴锥角度的大小有着密切的关系.模拟结果与其它相关文件报道的实验结果基本相符合.     

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.     

贝塞尔光镊颗粒物观测系统的设计研究

搭建贝塞尔光镊颗粒物观测系统。通过圆锥透镜产生贝塞尔光, 利用贝塞尔光施加的光压力和反向气流施加的阻力, 稳定地悬浮气溶胶颗粒物。结合弹性光散射信号, 实现对气溶胶单颗粒粒径和折射率的测量。该系统还可用于研究不同环境条件下气溶胶的吸湿性、挥发性以及折射率等物理化学性质。     

Electron Beam Spectrum Diagnostics with Optical Transition Radiation on the Beijing Free-Electron Laser

A measurement system was developed to measure the electron beam spectrum of the Beijing free-electron laser based on the optical transition radiation (OTR). This paper describes the system, which consists of a 32-channel high resolution of 0.02% OTR detector, especially the spectrometer. The OTR an- gular-distribution pattern at the focal plane has two apexes, but the two apexes are smoothed out due to theel ectron beam energy distribution. The energy spectrum can be measured if the magnet energy resolution is higher than 0.7% to distinguish the electron beam energy distribution.