傍軸及非傍軸洛倫茲光束二階矩傳輸特性的研究.pdf

1、光束質(zhì)量和光束傳輸特性的研究是激光光學(xué)的一個(gè)重要領(lǐng)域,它能為光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、光束的傳輸變換和光束質(zhì)量的控制提供理論依據(jù)。隨著激光技術(shù)的發(fā)展,雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生,給出了一類橫向模式為洛倫茲函數(shù)表征的標(biāo)量光束-洛倫茲光束。目前,公開報(bào)道的有關(guān)研究都是以洛倫茲光束的場分布為對(duì)象并在此基礎(chǔ)上討論光束的強(qiáng)度分布、束寬和發(fā)散角的變換規(guī)律。Wigner分布函數(shù)以及二階矩是研究光束傳輸一種重要的方法。有關(guān)洛倫茲光束的Wigner分布函數(shù)以及二階矩

2、傳輸特性的研究還未見到公開報(bào)導(dǎo)。本文主要研究洛倫茲以及洛倫茲-高斯光束這兩方面的基礎(chǔ)理論,具體內(nèi)容如下:
　　 1.利用Wigner分布函數(shù)的定義和菲涅爾衍射積分,導(dǎo)出了洛倫茲光束在束腰參考面,自由空間任一參考面以及ABCD系統(tǒng)出射參考面的Wigner分布函數(shù)的解析表達(dá)式?；赪igner分布函數(shù)定義的洛侖茲光束二階矩給出了洛倫茲光束的束寬、發(fā)散角以及曲率半徑的表達(dá)式,討論了洛倫茲光束光斑半徑、遠(yuǎn)場發(fā)散角的傳輸規(guī)律。結(jié)果表明,在

3、束腰寬度與波長比取值符合二極管激光器物理機(jī)制的情況下,洛倫茲光束比高斯光束更符合二極管激光束的實(shí)際情況。
　　 2.基于二階矩定義及其傳輸定律,研究了完全相干洛倫茲-高斯光束和部分相干洛倫茲-高斯光束的二階矩傳輸特性,得出了相應(yīng)光束參數(shù)的二階矩矩陣以及光束質(zhì)量因子。研究結(jié)果表明,洛倫茲-高斯光束比高斯光束更適合描述發(fā)散角較大的二極管激光束；部分相干洛倫茲-高斯光束在傳輸過程中光束參數(shù)的變化依賴于其相干長度。
　　 3.利

4、用瑞利衍射積分,導(dǎo)出了非傍軸洛倫茲光束和洛倫茲-高斯光束在自由空間傳輸時(shí)的解析表達(dá)式；作為一般公式的特例,給出了相應(yīng)的遠(yuǎn)場表達(dá)式和傍軸結(jié)果。討論了非傍軸洛倫茲光束和洛倫茲-高斯光束在自由空間傳輸過程中的光強(qiáng)變化規(guī)律。研究結(jié)果表明,當(dāng)參數(shù)f很小時(shí)傍軸近似成立；當(dāng)參數(shù)f很大時(shí),傍軸近似不再成立。
　　 4.基于Wigner分布函數(shù)定義分別得出了非傍軸洛倫茲光束和洛倫茲-高斯光束在自由空間傳輸時(shí)的Wigner分布函數(shù)表達(dá)式。基于非傍軸