14980.貝塞爾光束的傳輸變換特性研究

1、貝塞爾光束的傳輸變換特性研究Study0npropagationandtransIormation一一一1一ofBesselbeams領(lǐng)域研究生指導(dǎo)教師企業(yè)導(dǎo)師光學(xué)工程梁曉晶栗巖鋒副教授劉慶京研究員天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院二零一五年十二月一令一血平T一月摘要貝塞爾光束是振幅可用第一類貝塞爾函數(shù)以表示的一種特殊光束，具有無衍射特性，最早由JDumin于1987年首次提出。此后，人們又發(fā)現(xiàn)它具有自恢復(fù)特性，這兩項特性使得貝塞爾光束在

2、原子操控、能量傳輸、激光準(zhǔn)直與測量、非線性光學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注。本文首先介紹了貝塞爾光束的基本特點、產(chǎn)生方法、應(yīng)用領(lǐng)域以及發(fā)展現(xiàn)狀，然后從波動方程出發(fā)，探討了貝塞爾光束的無衍射原理，介紹了用于研究貝塞爾光束傳輸?shù)某Ｓ梅治龇椒?，重點用幾何分析法探討了利用軸棱錐產(chǎn)生貝塞爾光束各項參數(shù)之間的關(guān)系，并進(jìn)行了數(shù)值模擬。其次，搭建了利用軸棱錐產(chǎn)生貝塞爾光束的系統(tǒng)，并設(shè)計了利用光束質(zhì)量分析儀對各圓環(huán)尺寸進(jìn)行測量從而確定貝塞爾光束參數(shù)的方案，對比

3、了相同參數(shù)下鍍膜軸棱錐與不鍍膜軸棱錐產(chǎn)生貝塞爾光束尺寸的差異。針對由于軸棱錐加工等因素導(dǎo)致的實際貝塞爾光束參數(shù)與標(biāo)定值間的差異，本文設(shè)計了利用測量數(shù)據(jù)計算徑向波矢的方案。最后從多角度對實驗結(jié)果進(jìn)行了分析。第三，從柯林斯衍射積分公式對貝塞爾光束經(jīng)過不同尺寸障礙物后的傳輸特性進(jìn)行了模擬，并進(jìn)行了實驗驗證。結(jié)果表明，當(dāng)圓孔很小時，貝塞爾光束不再具有無衍射特性，而變?yōu)榫€性發(fā)散的光斑，貝塞爾結(jié)構(gòu)與無衍射性遭到了破壞，但其光強(qiáng)的中心峰值與最外環(huán)峰值

4、之比隨傳播距離增加不變。當(dāng)逐漸增大圓孔大小，在幾何投影區(qū)內(nèi)由貝塞爾分布逐漸演變?yōu)榫€性發(fā)散的衍射光斑。第四，從理論和實驗上研究了貝塞爾光束過單透鏡后的傳輸變換特性。結(jié)果表明，在前焦面己形成貝塞爾光的區(qū)域放置焦距小于無衍射距離的透鏡，光束會先逐漸演變?yōu)橐粋€空心光束，在后焦面處形成一個細(xì)圓環(huán)，之后再變?yōu)榘l(fā)散的貝塞爾光束。對光斑進(jìn)行了擬合，并觀察到了發(fā)散貝塞爾光束的自恢復(fù)性。最后，對論文的研究結(jié)果進(jìn)行了總結(jié)并提出了展望。關(guān)鍵詞：貝塞爾光束無衍射