部分相干光束聚焦特性的研究.pdf

1、自從激光產(chǎn)生以來，人們對完全相干光束的傳輸及聚焦特性已經(jīng)進行了廣泛的研究。近年來，許多研究者開始對部分相干光束的聚焦特性產(chǎn)生了濃厚興趣。 因為部分相干光不僅為理論研究提供了可用來描述多橫模的高功率激光光束的理論模型，而且在某些實際應(yīng)用中，部分相干光比完全相干光更具優(yōu)越性。例如，部分相干光在大氣中傳輸時發(fā)散程度要比完全相干光小得多；并且部分相干光束具有光強比較均勻，對散斑低靈敏等優(yōu)點?；诓糠窒喔晒獾闹T多優(yōu)點，科研人員在對部分相干

2、光長期研究的基礎(chǔ)上發(fā)展了以部分相干光為載體的部分渦旋光束。這種光束不僅具備普通部分相干光束的優(yōu)越性能，而且還具有其自身的特點。 我們知道，渦旋光束可以用來囚禁微觀粒子，對微觀粒子進行旋轉(zhuǎn)，用于光束的靈敏探測以及在非線性介質(zhì)中形成光波導(dǎo)。許多研究已經(jīng)表明，渦旋光束的軌道角動量本征態(tài)可以構(gòu)建高維Hibert 空間，將之應(yīng)用于數(shù)據(jù)存儲中，可以實現(xiàn)比傳統(tǒng)方法更高的數(shù)據(jù)存儲密度。因此，對部分相干光及部分相干渦旋光束的聚焦和傳輸特性的研究顯

3、得尤為重要。這篇學(xué)位論文主要由以下三部分內(nèi)容組成： 部分相干光束的聚焦與傳輸特性部分相干渦旋光束的聚焦與傳輸特性部分相干渦旋光束聚焦的極限情況——部分相干渦旋光束經(jīng)大數(shù)值孔徑聚焦系統(tǒng)聚焦我們所做的主要工作包括： 1．基于部分相干光的傳輸方程,研究了光強為高斯分布、空間相干度函數(shù)為零階貝塞爾函數(shù)的部分相干光束的聚焦特性。詳細討論了入射的部分相干光束的光強分布、部分相干光束的空間相干度對幾何焦點附近光強分布的影響。并且，在幾

4、何焦點附近獲得了平頂光束或局域空心光束。 2．從菲涅耳衍射積分公式出發(fā)推導(dǎo)了多色高斯光束被球差透鏡衍射后光強分布的解析式，并進行了數(shù)值模擬和物理分析。另外還將其與單色高斯光束被球差透鏡衍射后的光強分布情況進行比較。并且，詳細分析了多色高斯光束的光譜半寬對衍射場軸上光強、橫向光強分布的影響。 3．從部分相干光的交叉譜密度函數(shù)傳輸公式出發(fā)推導(dǎo)了高斯謝爾模型(GSM)光束被球差透鏡衍射后軸上光強分布的表達式，詳細分析了透鏡的球

5、差系數(shù)、GSM 光束的束腰和空間相干度對衍射場軸上光強分布的影響。 4．從廣義惠更斯-菲涅耳衍射積分方程(CollinS公式)出發(fā)，推導(dǎo)了部分相干渦旋光束在自由空間中傳輸?shù)谋磉_式。深入討論了部分相干光束的空間相干度，以及拓撲電荷數(shù)對光場中光強分布的影響。 5．基于經(jīng)典Debye 理論,推導(dǎo)了整數(shù)階及分數(shù)階角向偏振渦旋光束經(jīng)大數(shù)值孔徑系統(tǒng)聚焦后的光強分布表達式。著重討論了拓撲電荷數(shù)，數(shù)值孔徑,以及透過率對聚焦場光強分布的影