基于有限能量無衍射光束主峰的有效傳輸距離的表征研究.pdf

1、無衍射光束由于具有中心光斑直徑小、光強(qiáng)高度集中及自恢復(fù)特性而在光通信、光學(xué)微操縱、精密測量等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。然而無衍射光束擁有無限大能量而在實際中無法實現(xiàn)，但是在實驗中我們已獲得經(jīng)有限孔徑限制的近似無衍射光束，即有限能量無衍射光束。有限孔徑?jīng)Q定了有限能量無衍射光束的傳播距離不是很長而使其在光束定向、測距、準(zhǔn)直等實際應(yīng)用中受到限制。因此獲得較小中心光斑且能長距離保持不變的有限能量無衍射光束成了研究者們的畢生追求。本文正是基于此而研究

2、有限能量無衍射光束的傳輸特性，主要工作如下:
　　 第一、總結(jié)分析了有限能量無衍射光束的傳輸特性和產(chǎn)生方法。首先詳細(xì)分析了有限能量Airy光束在自由空間傳輸時沿二次拋物線位移的自加速特性、無衍射特性以及自痊愈特性機(jī)理。其次詳述了有限束寬Bessel光束的理論推導(dǎo)過程和常用的產(chǎn)生方法，并且用幾何光學(xué)方法推導(dǎo)了有限束寬Bessel光束的無衍射最大傳播距離。為后續(xù)工作奠定了理論基礎(chǔ)。
　　 第二、參照高斯光束的傳輸特性，定義了

3、基于有限能量Airy光束主峰寬度的瑞利距離，然后表征分析了截斷因子對有限能量Airy光束有效傳輸距離的影響。結(jié)果表明:當(dāng)截斷因子從0增大到1時，有效傳輸距離從無窮大（理想的無衍射光束）減小到一倍瑞利距離。同時當(dāng)0＜a＜0.4有限能量Airy光束主峰展寬程度遠(yuǎn)小于其擬合高斯光束，即有效傳輸距離遠(yuǎn)，但是此時光束有效能量（桶中功率）非常小。當(dāng)0.4≤a＜1時有限能量Airy光束主峰展寬變化越來越接近于擬合高斯光束，并且在截斷因子a=0.756

4、時光束質(zhì)量M2因子達(dá)到最小值1.17，但此時有限能量Airy光束波形已是高斯形且有效傳輸距離只有一倍瑞利距離。
　　 第三、利用基于主峰的瑞利距離研究了有限束寬Bessel光束的無衍射傳輸特性。詳細(xì)分析了光闌半徑與相對徑向矢量系數(shù)對有限束寬Bessel光束的橫向特性與縱向特性的影響。研究發(fā)現(xiàn):有限束寬Bessel光束的最大無衍射距離隨著光闌半徑的增大而增大，隨相對徑向系數(shù)的增大而減小。同時，利用基于主峰寬度的瑞利距離表征分析得到