部分相干光傳輸特性的研究.pdf

1、本文介紹了另兩類新的部分相干光模型，即部分相干修正貝塞爾-高斯光束(MBGB)和第一類零階貝塞爾-謝爾模型(JSM)光束，同時(shí)介紹了研究部分相干光傳輸變換的基本理論和主要分析方法。在實(shí)際應(yīng)用中，激光光束的傳輸常常受光闌的限制，因此對(duì)受光闌限制的部分相干MBGB和JSM光束的傳輸特性研究是必要的。然而，當(dāng)光束具有較大的發(fā)散角或光束束腰可與波長相比擬時(shí)，傍軸近似不再有效。隨著二極管激光器、光子晶體、微光學(xué)元件和微腔激光器等研究的進(jìn)展，部分相

2、干光束在非傍軸領(lǐng)域內(nèi)的傳輸已引起人們的廣泛關(guān)注，因此研究部分相干MBGB和JSM光束的非傍軸特性具有重要的理論意義及實(shí)用價(jià)值。主要研究工作包括： 1．對(duì)部分相干MBGB和JSM光束通過有硬邊光闌的近軸ABCD光學(xué)系統(tǒng)的傳輸進(jìn)行了研究，采用將硬邊光闌窗口函數(shù)展開為有限個(gè)復(fù)高斯函數(shù)之和的方法，推導(dǎo)出了近似的解析傳輸公式。以部分相干MBGB在有光闌情況下自由空間的傳輸為例作了數(shù)值計(jì)算，對(duì)所得解析公式的計(jì)算誤差和適用范圍進(jìn)行了討論。結(jié)果

3、表明，用復(fù)高斯函數(shù)展開法可快速、解析地研究部分相干MBGB通過圓孔光闌自由空間的傳輸特性，分析了菲涅爾數(shù)、截?cái)鄥?shù)對(duì)部分相干MBGB經(jīng)光闌后光強(qiáng)分布的影響。并對(duì)JSM光束通過圓孔光闌薄透鏡系統(tǒng)的聚焦特性進(jìn)行了分析和討論。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，相對(duì)焦移與菲涅爾數(shù)、截?cái)鄥?shù)有關(guān)。 2．利用廣義瑞利衍射積分公式和部分相干光理論，推導(dǎo)出任意階非傍軸部分相干MBGB和非傍軸JSM光束在自由空間解析的傳輸方程。作為特例，給出了非傍軸部分相干MB

4、GB的遠(yuǎn)場(chǎng)公式和傍軸部分相干MBGB的傳輸公式。數(shù)值計(jì)算和分析表明，f參數(shù)對(duì)部分相干MBGB的非傍軸特性有重要影響；此外，譜相干度參數(shù)ξ也影響光束的非傍軸行為。對(duì)于非傍軸JSM光束，給出了非傍軸JSM光束在遠(yuǎn)場(chǎng)和傍軸近似下的解析傳輸方程以及相位的解析公式。研究表明，f參數(shù)和f<,β>參數(shù)對(duì)JSM光束的非傍軸行為有重要影響，且f參數(shù)還影響著非傍軸JSM光束的相位分布。 3．通常情況下，聚焦光束的焦點(diǎn)位置用軸上光強(qiáng)最大值點(diǎn)的位置來定

5、義的。當(dāng)軸上光強(qiáng)為零時(shí)，軸上光強(qiáng)法就失去了意義，此時(shí)可采用環(huán)圍功率法來討論光束的焦平面位置；再者，由于非平面波導(dǎo)因素，焦點(diǎn)位置與焦平面位置也不一定重合。從實(shí)際應(yīng)用和能量集中度來看，以光束束腰位置所在平面(光斑尺寸最小平面)來定義實(shí)際焦面更為合理。以余弦-高斯光束為例，對(duì)光束的實(shí)際焦平面及其位置進(jìn)行了分析和討論。在余弦-高斯光束通過薄透鏡聚焦系統(tǒng)的場(chǎng)分布函數(shù)的基礎(chǔ)上，利用二階矩定義導(dǎo)出了聚焦余弦-高斯光束的光斑函數(shù)的解析表達(dá)式，由此求得束