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部分相干空心光束理论模型与传输性质的研究

李旭  
【摘要】:随着激光光学的发展,在许多应用领域需要用到具有特殊光束形状的激光束,而其中的一种光束就是空心激光光束。空心光束就是中心强度为零的激光光束,因其在激光光学、原子光学、二元光学、光学捕获微观粒子、医学等方面广泛的应用而引起研究者们越来越多的关注。近年来,研究者们把完全相干空心光束拓展到部分相干领域,在其实验产生和传输特性等方面做了大量的研究。本论文的主要工作是在别人的基础之上理论上提出了一种部分相干椭圆空心光束的理论模型,同时研究了部分相干空心光束在自由空间的非傍轴传输特性。 首先,建立了一种用于描述部分相干椭圆空心光束的理论模型,并且研究了它的传输公式和传输因子。对部分相干椭圆空心光束的数值计算结果表明其传输因子和传输特性跟光束的初始相干长度和阶数密切有关,这个结论和用其它部分相干椭圆空心光束数学模型算出来的结论是一致的。我们提出的数学模型提供了一个简洁可靠的模型来描述部分相干椭圆空心光束。 其次,当光束束腰的大小可以和波长相比拟时,或者光束的发散角比较大时,传统的傍轴传输理论在研究激光束的传输特性时就不再适用,需要用非傍轴传输理论来研究激光束的传输特性。本文研究了部分相干空心光束的在自由空间的非傍轴传输理论。通过瑞利-索末菲衍射积分公式推导了部分相干空心光束在自由空间的非傍轴传输公式,同时傍轴传输和远场传输的公式作为特殊情况也推导获得。我们的数值计算结果表明部分相干空心光束的初始参数和传输距离共同决定其非傍轴的传输特性。我们的公式提供了一种方便的方法研究部分相干空心光束在自由空间的非傍轴传输和傍轴传输。


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