非傍轴标量衍射理论的比较研究

当光束束腰(或衍射孔孔径)可与波长相比拟或光束具有较大的发散角时,傍轴近似不再成立。以高斯光束的微小圆孔衍射为例,在非傍轴条件下,对衍射场的级数解、非傍轴近似解以及精确解进行了详细的数值计算和比较研究。结果表明,高斯光束经圆孔衍射的级数解、非傍轴近似解的有效性与高斯光束的束腰半径、衍射孔孔径和传播距离有关,并具有一定的互补性。     

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.     

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.     

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。     

光束质量因子的研究

应用标量光场的角谱表示,推导了具有轴对称性的傍轴、非傍轴标量光束的光强二阶矩的传输规律。在此基础上,给出了光束的束腰半径、远场发散角及光束质量因子M2。对傍轴标量光束,证明了光束质量因子M2≥1;对非傍轴标量光束,指出当光束束腰半径很小时,其光束质量因子M2可以小于1,并随光束的束腰半径Wmin趋于零而趋向于零。     

高功率高纯度远场矢量光束特性研究

传统的矢量光束自由空间光通信系统的载波为单光束,其远场光束因衍射而呈现低功率密度,不利于光接收.研究由阵列矢量光束相干合成的高功率高纯度远场矢量光束的特性.结果表明,由阵列矢量光束远场合成高功率高纯度的矢量光束,需要一定的建立距离,且子光束数量、离轴距离、束腰半径都直接影响建立距离.具体来说,子光束数量越多建立距离越短,最大光功率越高;缩短离轴距离可缩短高纯度矢量光束的建立距离,提高远场矢量光束的最大光功率;增大束腰半径同样能提高远场矢量光束的最大光功率,但延长了高纯度矢量光束的建立距离.     

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   

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.     

锥状双半高斯空心光束退衍射远场传输特性研究

利用柯林斯公式条件下的传输模型研究了处于锥状发射状态的双半高斯空心光束的远场传输特性, 由于该种空心光束具有一定的锥角, 起到了补偿衍射的作用, 使得空心光束的内径随着传输距离的增加而近似按几何光学传输规律增大, 表现出了退衍射传输现象. 为此, 研究了在非柯林斯公式条件下锥状双半高斯空心光束的远场光强分布, 结果表明可以利用该条件下传输模型来表征锥状双半高斯空心光束的远场传输特性. 在实验上, 利用分光对偶反射光学系统获得了锥状双半高斯空心光束, 并测量了该种空心光束在不同传输距离处的内径, 所测得的数据与非柯林斯公式条件下的传输模型相吻合.     

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。     

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。     

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。     

点源圆孔衍射光场的计算

圆孔衍射对光束的传输与变换、光学成像系统的衍射成像及光信息处理的调制与滤波等方面有着重要作用。先由菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式得到点源圆孔衍射的积分表达式,然后提出点源圆孔衍射的一种数值计算方法,推导了点源圆孔菲涅耳衍射及其特殊情况夫琅禾费衍射的解析计算式,并利用Matlab软件模拟了傍轴区的衍射场,模拟实验表明了这两种计算方法都是有效而可靠的,有利于衍射理论与技术的发展。     

异常空心光束通过硬边光阑失调光学系统的传输

运用光阑函数的复高斯展开和广义衍射积分公式,推导出了异常空心光束通过带硬边圆形光阑失调A BCD光学系统的近似传输公式。作为应用特例,通过数值计算,研究了异常空心光束通过硬边光阑失调光学系统的传输特性。结果表明,衍射光束的归一化光强分布和传输规律与光阑宽度、失调量、传输距离等因素密切相关。     

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。     

厄米-高斯光束在吸收介质中的传输特性

从复数波数定义和广义惠更斯-菲涅耳积分出发,推导出厄米-高斯（HG）光束在介质中通过傍轴ABCD光学系统后的一般传输公式．在此基础上,结合强度二阶矩方法,给出了相应的一般束宽变换公式以及通过一段吸收介质后的M^2因子,并作了数值计算和分析．研究结果表明,除零阶和一阶外,HG光束的M^2因子与介质中的传输距离、介质的吸收系数以及HG光束阶数有关．     

高斯光束通过有环形光阑限制的ABCD光学系统的传输

对高斯光束通过含有环形光阑的一阶ABCD光学系统的传输进行了研究，采用将圆形域函数表示为复高斯函数叠加的技巧，推导出了解析的传输公式．高斯光束通过圆孔和圆屏光阑的传输公式可作为我们理论模型的特例得出，对高斯光束通过有光阑限制的薄透镜聚焦系统进行了数值计算，计算结果与直接由Collins公式所得结果一致，但我们的方法可节约大量机时。