非傍轴部分相干光束传输的仿真

半导体激光器具有体积小、效率高等优点,广泛应用于激光通信、光信息处理等方面,但与其他激光器相比有较大的光束发散角,对这类激光束来说,傍轴近似失效。文章运用交叉谱密度函数针对半导体激光束建立了一个模型—非傍轴部分相干TEM11厄米-高斯(HG)光束,并对这类光束在自由空间中的传输特性进行了计算机仿真。发现f和fσ两参数对部分相干TEM11HG光束的非傍轴性起着至关重要的作用。另外,f和fσ的大小关系还决定了远场光强分布的形状。     

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.     

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.     

高斯光束通过透镜-微小圆形光阑系统的衍射

基于矢量瑞利-索末菲衍射理论,推导出了高斯光束通过微小圆形透镜-光阑系统的非傍轴及傍轴传输的近场和远场解析表达式.根据所得到的解析结果,对横向及纵向的光强分布进行了有关数值计算.研究结果显示:当光阑尺寸远大于激光波长且高斯宽度较大时,傍轴理论有效;光阑孔径与激光波长可比拟时,必须要考虑激光传输的非傍轴效应.     

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.     

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。     

受光阑限制厄米-高斯光束的聚焦特性

该文从Collins公式出发。对受光阑限制厄米-高斯光束的聚焦特性进行了研究。利用厄米函数的性质，推导出了受光阑限制的厄米-高斯光束轴上聚焦光强分布的解析公式。受光阑限制的厄米-高斯光束的轴上光强分布不仅与菲涅耳数有关。而且还与截断参数和光束模式有关。解析公式有利于研究厄米-高斯光束的轴上光强分布与菲涅耳数、截断参数和光束模式等之间的关系。     

厄米-双曲余弦-高斯光束在有光阑光学系统中的传输

从Collins公式出发，对厄米-双衄余弦-高斯(HChG)光束通过有硬边光阑限制的近轴ABCD光学系统的传输进行了研究．采用将矩形函数展开为有限个复高斯函数之和的方法，推导出了光场分布的解析表达式．给出了数值计算结果，并与直接对Collins公式作数值积分的结果进行了比较，充分显示此解析方法不仅便于物理分析，而且可节约大量机时．     

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.     

离轴扭曲各向异性高斯-谢尔模型光束在湍流大气中的传播

该文基于广义惠更斯-菲涅耳原理,利用部分相干光复曲率张量推导出了离轴扭曲各向异性高斯-谢尔模型光束在湍流大气中传播的解析表达式,详细研究了该类光束在湍流大气中的传播特性.研究表明:离轴扭曲各向异性高斯-谢尔模型光束光斑在湍流大气中将退化为非离轴高斯圆形光斑;离轴参数与传播距离之间的关系曲线随着湍流强度的减弱、扭曲参数的增大以及光源相干性减弱变化缓慢.结果还表明,利用部分相干光复曲率张量分析各类高斯-谢尔光束在大气湍流中的传播和变换特性是一种简单有效的方法.     

部分相干环状平顶光束在大气湍流中的传输特性

文章研究了部分相干环状平顶光束在大气湍流中的传输性质,并推导出该光束在大气湍流中的角扩散解析表达式.研究表明,在一定条件下,两个不同的部分相干环状平顶光束、环状高斯谢尔模型(GSM)光束能够在自由空间及大气湍流中传输具有相同的角扩散.对该理论结果给出了相应的物理解释.     

部分相干双曲余弦高斯光束在湍流大气中传输的光谱变化

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(ChG)光束在湍流大气中的光谱传输方程,研究了湍流对其光谱特性的影响,得出了一些有意义的结论,并给予了合理的物理解释.研究表明,部分相干ChG光束通过湍流大气传输其光谱特性由源光谱、光束相干参数、光束离心参数、大气折射率结构常数和观察点位置等因素共同决定.湍流使轴上点光谱移动量减小.当湍流增强到一定程度时离轴点还存在光谱跃变现象,发生跃变的临界位置和光谱跃变量随湍流的增强而增大.此外,光谱跃变的临界位置随着离心参数的增大而远离传输轴,光谱跃变量随着光束相干参数的增大而增大.     

部分相干径向偏振光束在自由空间中的传输

基于2×2交叉谱密度矩阵的传输规律及部分相干光的相干与偏振的统一理论,研究了部分相干径向偏振光束在自由空间中的传输特性.理论分析和数值计算表明:部分相干径向偏振光束在传输过程中,其光强、斯托克斯参数及偏振度都会发生变化,光强由空心面包圈型逐渐变为实心,该现象与传输距离以及相干长度有关.同时在传输过程中,斯托克斯参数及偏振度的分布也与传输距离及相干长度有关,随着传输距离的增大,斯托克斯参数S1,S2的模值减小,偏振度随半径的分布曲线斜率逐渐降低,传输距离一定时,随着相干长度的增大,斯托克斯参数S1,S2的模值会随之增大,其有效分布区域向坐标轴收缩,偏振度随半径的分布曲线的斜率会随之增大.     

部分空间相干光K参数在湍流大气中的传输

基于广义惠更斯-菲涅尔原理,采用高斯-谢尔模型（GSM）光束作为部分空间相干光的典型例,研究了GSM光束K参数在湍流大气中的传输.研究表明：湍流要引起GSM光束扩展,但其光强仍然保持高斯分布,所以GSM光束在湍流大气中传输保持K=2不变.     

部分相干电磁光束在线性增益(损耗)介质中的传输特性

根据Wolf提出的电磁光束模型和部分相干光理论,以电磁高斯-谢尔模型光束为例,推导出光束在线性增益(损耗)介质中传输的交叉谱密度矩阵,研究介质传输场中强度和偏振度的变化特点.研究结果表明,任意电磁光束在线性增益(损耗)介质中传输时,当其为增益(损耗)介质时,会增强(衰减)光束的强度;但对偏振度却没有太大的影响.波数实部Kr越小,轴上偏振度越大;相干长度δyy越小,轴上偏振度越大.当光源处的相干长度δxx与δyy取值相同时,尽管传输距离不断增大,光束在传输过程中的偏振度不发生变化.光源处的偏振度P(0)越大,轴上偏振度也越大.     

用非相干叠加法研究部分相干光在湍流大气中的光束扩展

以高斯谢尔模型(GSM)光束作为部分相干光的典型例子,研究了部分相干光在湍流大气中的光束扩展.基于广义的惠更斯-菲涅耳原理,采用将GSM光束用高阶厄米-高斯光束的非相干叠加的方法得到了GSM光束在湍流大气中的均方根束宽表达式.研究表明,光束的扩展随着湍流大气的折射率结构常数C2n的增大而加剧,并且有较小相干长度σμ的GSM光束受湍流大气的影响比有较大σμ的GSM光束小.     

部分相干电磁光束在湍流大气中传输的交叉偏振度

推导部分相干电磁高斯-谢尔模型光束在湍流大气中的交叉谱密度矩阵.根据交叉偏振度的理论,研究部分相干电磁光束在湍流大气中的交叉偏振度的变化情况.研究表明,部分相干电磁光束的交叉偏振度由大气折射率结构常数、光源相关长度、光束初始偏振度和观察点位置决定.交叉偏振度不同于一般偏振度,它的值不再仅仅局限在0～1,而是可以取任何非...     

部分相干环形涡旋的特性研究

根据部分相干光的传输理论,介绍了部分相干涡旋在光源平面上光强的分布情况,并以环形涡旋光束为例,做了详细的分析,得出相对宽度s/w0和拓扑荷数m的变化,对z=0截面上的光强I分布的影响。还给出了两束平行、离轴的部分相干环形涡旋光束叠加合成的相干涡旋,分析了在叠加场中光强I随离轴相对距离d/w0和相干参数α变化的情况,并且在相干极限α→∞时,复合相干光涡旋就转化成复合光涡旋。     

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.     

部分相干光经透镜聚焦后的光束整形

目的研究部分相干光束经透镜聚焦后的光束整形技术。方法从广义惠更斯-菲涅尔衍射积分方程(Collins公式)出发,证明了光强分布为高斯型分布的部分相干光束经透镜聚焦,在几何焦点附近的光强分布强烈依赖于部分相干光束的空间相干度。基于这一点,可以直接控制部分相干光的空间相干度来获得想要的光强分布。结果通过选择合适的相干度形式能够获得部分相干平顶光束或部分相干空心光束。结论部分相干光束的光束整形研究为潜在的应用,如材料处理,光学治疗、原子光学等,提供了一个新的光束整形的方法。