离轴共焦非稳腔激光远场分布的腔镜倾斜容限研究

以波函数坐标变换理论和快速傅里叶算法为基础,在考虑腔镜倾斜情况下对离轴共焦非稳腔的光场计算进行了修正。利用修正后的计算方法模拟了腔镜M1倾斜不同角度及不同方向倾斜时远场光强分布,并分析了远场模式的变化。理论分析表明,离轴共焦非稳腔的腔镜倾斜失调容限在顺时针和逆时针方向上是不同的,腔镜M1逆时针倾斜的失调容限大于顺时针倾斜的失调容限,这与共轴共焦非稳腔是有显著区别的     

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.     

无衍射Bessel及Bessel-Gauss光的理论与实验

理论分析Bessel光束和Bessel-Gauss光束的相互联系及区别,数值模拟理想Bessel光束和Bessel-Gauss光束在任意平面的径向光强分布,以及光腰半径和谐振腔腔长对输出Bessel-Gauss光束的影响.模拟结果表明,相对于Bessel光,Bessel-Gauss光衰减较快,实验结果也验证了理论分析.同时,光腰半径越大,光强的径向分布衰减越慢;而腔长越大,其主模式的振幅分布衰减越慢.     

基于格林函数法研究分数阶Bessel-Gaussian光束近场传输

为揭示FBG(fractional-order Bessel-Gaussian)光束在近场传输时的光强和相位演化情况，基于光传播的独立性和叠加性原理，通过引入虚光源点，并结合格林函数法，严格推导了FBG光束的非傍轴积分表达式，并进一步利用非傍轴下的各阶修正解，精确计算了FBG光束轴上的光强分布.计算结果表明：对于分数阶Bessel-Gaussian光束的远场传输，利用经典的傍轴近似理论可以得到准确的计算结果，但在近场传输时，傍轴近似理论的计算结果误差很大，只有利用非傍轴修正解才能精确研究FBG光束的近场光学传输.研究结果为将FBG光束更好地应用于近场光学奠定必要的理论基础.     

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.     

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.     

具有离轴相位奇点的线偏振高斯光束特性研究

通常所研究的相位奇点光束均为相位奇点位于光束光轴上的涡旋光束,也即涡旋轴与光轴重合,但在实际生成相位奇点光束和具体应用中,往往很难保证光束的涡旋轴与光轴完全重合.基于应用实际,研究了离轴的相位奇点对光束光强的影响以及具有离轴相位奇点光束的聚焦特性和应用价值.离轴的相位奇点将以其中心所在位置为旋转对称中心对整个光场的光强分布产生相干叠加的影响,同时,离轴相位光束的研究也为非均匀光强分布的生成提供了更多的选择.     

平面波通过透镜-微小矩形光阑的衍射

基于矢量瑞利—索末菲衍射理论,推出了激光束通过微小矩形透镜-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,对横向及轴上的光强分布进行了有关数值计算.结果显示:当光阑尺寸远大于激光波长且等效菲涅耳数较小时,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.     

基于菲涅耳原理的光衍射光强分布数值模拟

从惠更斯-菲涅耳原理出发,通过数学近似得到光衍射光强的分布公式.为验证理论计算中数学近似是否合理,将光强分布的数值模拟结果与实验室实测结果进行了比较,发现二者在误差允许的范围内一致.在此基础上,利用Fortran软件对光栅衍射结果进行了数值解析,并模拟实现了光强在接收屏上的分布.     

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。