轴棱锥产生局域空心光束的几种新技术

介绍几种基于传统轴棱锥和新型轴棱锥产生局域空心光束的新方法,并基于几何光学、波动光学和矩阵光学理论进行分析和模拟.研究表明:4种方法都可以获得高质量且尺寸可调的局域空心光束,也都利用了轴棱锥高转换效率、高损伤阈值的优点,但在元件集成及加工制造上各有优缺点.     

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.     

产生尺寸可调局域空心光束的技术

产生尺寸可调的局域空心光束在捕获和操控不同尺度的微粒方面具有重要的应用价值.文中主要阐述轴棱锥透镜系统、新型组合正轴棱锥、液体轴棱锥、可拆式组合轴棱锥,以及聚焦多环空心高斯光束产生尺寸可调的局域空心光束的相关技术研究,并基于几何光学,波动光学理论对各种技术进行分析和总结.     

Bessel光束与平面波相干产生局域空心光束

提出一种利用Bessel光束与平面波叠加得到周期性局域空心光束(bottle beam)的新方法.利用菲涅尔积分衍射理论推导得到Bessel光束与平面波叠加的光场表达式,通过Mathcad软件数值模拟两光场相干叠加的轴向和截面光强分布图,分析入射光束半径对局域空心光束的强度和周期的影响.结果表明:平面波与Bessel光束相干叠加能形成周期性的局域空心光束,随着光束半径的减小,轴上光强的峰值降低,同一段距离内得到的局域空心光束数量减少.     

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。     

双环缝法产生局域空心光束的理论研究和设计分析

通过严格的理论推导得出双环缝干涉叠加可以产生双零级贝塞尔光束的结论;当位于透镜前焦面的双环缝在设计上满足一定条件时可以在透镜后产生局域空心光束。文中给出了有关理论分析和计算机模拟结果。     

用于产生Bessel光的广义轴棱锥

分析菲涅尔轴棱锥、二元相位型衍射轴棱锥和透镜轴棱锥等3种广义轴棱锥的相位函数,以及它们与线性轴棱锥和对数轴棱锥两种基本轴棱锥的相位函数关系.研究结果表明:广义轴棱锥的相位函数是两种基本轴棱锥的相位函数演变而来,通过调整广义轴棱锥的结构参数可使它们具有基本轴棱锥的主要光传输特性.菲涅尔轴棱锥不仅拥有基本轴棱锥的光传输特性,且结构紧凑,光吸收损耗小;二元相位型衍射轴棱锥设计自由度大,不仅保证高的衍射效率且光谱特性好;透镜轴棱锥制造简单,成本低,易于进行大尺寸制作.     

贝塞尔光束的无衍射距离

得到了一个计算最大无衍射距离的经验公式,发现Bessel光束的最大无衍射距离与光乔量横向分量系数kr成反比,而与光阑半径R成正比,并利用数值计算了Bassel光束的无衍射距离与参量之间的关系。     

轴锥镜对高斯光束变换特性的研究

首先从理论上推导出了高斯光束经轴锥镜变换后的光束特性,即光场分布具有零阶贝塞尔函数的形式-无衍射光束;其次用实验验证了这种变换后的光束比高斯光束具有较小的发散角和较长的准直聚焦距离;最后给出了实验的结果和分析.     

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   

Bessel光束纵向振幅特性及参量的影响

利用数值计算从光场振幅的角度研究了Ｂｅｓｓｅｌ光束的纵向性质,发现Ｂｅｓｓｅｌ光束在自由空间中的传播可以理解为我们称之为Ｂｅｓｓｅｌ调制光场对另一个振幅为１的平面波的调制,又进一步研究了参数对其纵向特性的影响,发现Ｂｅｓｓｅｌ光束衰减速度,决定于β大小,而对于振荡性Ｒ起主要作用,只有当β→０和Ｒ→∞同时被满足时,才通实现理想无衍射光束。     

采用轴棱锥检测涡旋光束拓扑电荷数的方法

基于基尔霍夫衍射积分理论,分别推导涡旋光斜入射轴棱锥与凸透镜后的衍射光场表达式.提出一种利用轴棱锥检测光束拓扑电荷数信息的简单可行方案,并将此方案与凸透镜聚焦斜入射涡旋光方案进行对比.研究结果表明:应用轴棱锥聚焦斜入射涡旋光检测拓扑电荷数信息的方式无需对检测点进行严格定标,实际检测工作中该方案更具备灵活性,适用性也更为广泛.通过对设计实验进行验证,实验与理论基本吻合.     

贝塞尔光束的简易实现方法

对光纤中传播的电磁场分析发现,其纵向分量可以用贝塞耳函数及第二类变态贝塞耳函数来描述,据此,提出一种利用玻璃毛细管和聚焦透镜实现贝塞尔光束的简易方法.通过观察发现,在光束传播方向,出射光束即为贝塞尔光束,沿光束传播方向的光强分布不会发生改变,仅产生扩散.研究表明,随着聚焦透镜的焦距f的变大,贝塞尔光束的高瓣数光环的光强变弱,光束的光强向低瓣数光环和中心光斑移动;随着毛细管长度l的增加,光束的高瓣数的光环光强在不断增强.此外,研究还表明,透镜与毛细管端面之间距离d对于出射光束横截面上的光强分布有很大的影响.     

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.     

Bessel光束的频率特性

在利用数值计算研究Bessel光束在自由光场空间传播中,发现Bessel光束在自由光场空间传播中存在着频率红移现象;而且当达到一定的传播距离后,频率红移量开始随着传播距离增大而明显减小,当z→∞时,红移量趋于零。     

圆锥透镜加工误差对光束传输变换的影响

用几何光学分析了圆锥透镜的锥面存在圆对称加工误差时,对光束传输变换的影响;用衍射理论及稳相法分析了锥面的非圆对称加工误差及横截面由圆变为椭圆时,其后衍射光场的变化情况。给出了相应的计算公式及仿真结果。     

贝塞尔光束对微米级生物粒子的光俘获特性分析

文章论述了利用类贝塞尔光束产生光俘获的特点,即在最大准直范围(Zmax)内能实现多个粒子同时俘获。并将叠加后的两贝塞尔光束对不同半径的粒子进行微操作,同时采用基于麦克斯韦方程和极化理论的电磁学模型对该过程进行模拟。     

受限衍射的零阶贝赛尔超声概述

本文主要介绍了受限衍射J.贝赛尔超声的原理、仿真算法及其应用。