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部分相干光束聚焦特性的研究

作　者: 陈媛
导　师: 蒲继雄
学　校: 华侨大学
专　业: 光学
关键词: 部分相干光高斯谢尔模型部分相干涡旋光束聚焦大数值孔径
分类号: O436
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

自从激光产生以来,人们对完全相干光束的传输及聚焦特性已经进行了广泛的研究。近年来,许多研究者开始对部分相干光束的聚焦特性产生了浓厚兴趣。因为部分相干光不仅为理论研究提供了可用来描述多横模的高功率激光光束的理论模型,而且在某些实际应用中,部分相干光比完全相干光更具优越性。例如,部分相干光在大气中传输时发散程度要比完全相干光小得多;并且部分相干光束具有光强比较均匀,对散斑低灵敏等优点。基于部分相干光的诸多优点,科研人员在对部分相干光长期研究的基础上发展了以部分相干光为载体的部分涡旋光束。这种光束不仅具备普通部分相干光束的优越性能,而且还具有其自身的特点。我们知道,涡旋光束可以用来囚禁微观粒子,对微观粒子进行旋转,用于光束的灵敏探测以及在非线性介质中形成光波导。许多研究已经表明,涡旋光束的轨道角动量本征态可以构建高维Hibert空间,将之应用于数据存储中,可以实现比传统方法更高的数据存储密度。因此,对部分相干光及部分相干涡旋光束的聚焦和传输特性的研究显得尤为重要。这篇学位论文主要由以下三部分内容组成:我们所做的主要工作包括:1.基于部分相干光的传输方程,研究了光强为高斯分布、空间相干度函数为零阶贝塞尔函数的部分相干光束的聚焦特性。详细讨论了入射的部分相干光束的光强分布、部分相干光束的空间相干度对几何焦点附近光强分布的影响。并且,在几何焦点附近获得了平顶光束或局域空心光束。2.从菲涅耳衍射积分公式出发推导了多色高斯光束被球差透镜衍射后光强分布的解析式,并进行了数值模拟和物理分析。另外还将其与单色高斯光束被球差透镜衍射后的光强分布情况进行比较。并且,详细分析了多色高斯光束的光谱半宽对衍射场轴上光强、横向光强分布的影响。3.从部分相干光的交叉谱密度函数传输公式出发推导了高斯谢尔模型(GSM)光束被球差透镜衍射后轴上光强分布的表达式,详细分析了透镜的球差系数、GSM光束的束腰和空间相干度对衍射场轴上光强分布的影响。4.从广义惠更斯-菲涅耳衍射积分方程(Collins公式)出发,推导了部分相干涡旋光束在自由空间中传输的表达式。深入讨论了部分相干光束的空间相干度,以及拓扑电荷数对光场中光强分布的影响。5.基于经典Debye理论,推导了整数阶及分数阶角向偏振涡旋光束经大数值孔径系统聚焦后的光强分布表达式。着重讨论了拓扑电荷数,数值孔径,以及透过率对聚焦场光强分布的影响。6.基于经典Debye理论,推导了部分相干涡旋光束经大数值孔径系统聚焦后的光强分布解析式。详细分析了入射光场的相干度以及拓扑电荷数对聚焦光场光强分布以及相干度分布的影响。

全文目录

论文摘要  3-5
Abstract  5-10
第一章引言  10-15
  第一节国内外的研究现状  10-12
  第二节本论文研究的内容和意义  12-13
  第三节本论文各章节内容安排  13-15
第二章基础理论  15-24
  第一节光传输的主要研究方法  15-19
    2.1.1 几何光学方法  15
    2.1.2 矩阵光学方法  15-16
    2.1.3 傅立叶光学方法  16
    2.1.4 算子光学法  16
    2.1.5 波动光学法  16-17
    2.1.6 广义衍射积分法  17-19
  第二节部分相干光的基本理论  19-24
    2.2.1 空间-时间域  19-20
    2.2.2 空间-频率域  20-21
    2.2.3 部分相干光的数学模型  21-24
第三章部分相干光束的聚焦特性  24-34
  第一节理论模型  25-27
  第二节聚焦光场的光强分布  27-33
  第三节本章小结  33-34
第四章光束照射透镜轴棱锥获得均匀焦线  34-52
  第一节多色高斯光束照射下透镜轴棱锥的聚焦特性  35-43
    4.1.1 理论模型  35-36
    4.1.2 数值结果  36-42
    4.1.3 主要结论  42-43
  第二节部分相干光束照射透镜轴棱锥获得均匀焦线  43-51
    4.2.1 理论模型  43-45
    4.2.2 数值分析  45-50
    4.2.3 主要结论  50-51
  第三节本章小节  51-52
第五章部分相干涡旋光束的传输特性  52-64
  第一节理论模型  53-55
  第二节数值分析  55-63
  第三节本章小节  63-64
第六章光束经大数值孔径系统聚焦  64-85
  第一节角向偏振涡旋光束经大数值孔径系统聚焦  65-75
    6.1.1 基本理论分析  65-67
    6.1.2 整数阶涡旋光束照射时聚焦场的光强分布  67-71
    6.1.3 分数阶涡旋光束照射时聚焦场的光强分布  71-74
    6.1.4 主要结论  74-75
  第二节部分相干涡旋光束经大数值孔径系统聚焦  75-84
    6.2.1 理论模型  75-76
    6.2.2 数值分析  76-82
    6.2.3 主要结论  82-84
  第三节本章小节  84-85
第七章总结  85-89
  第一节研究工作的主要结论  85-87
  第二节主要创新点  87-89
参考文献  89-98
附录 A 常使用的一些基本变换矩阵  98-99
作者在读期间发表的论文和获奖情况  99-100
致谢  100

部分相干光束聚焦特性的研究

内容摘要

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