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受光阑限制光束传输特性的研究

周南润  
【摘要】: 受光阑限制光束传输特性(实际强激光的传输与控制)是强激光技术研究领域中面临的具有相当的复杂性和挑战性的课题,也是国际同行们正在努力研究的前沿课题。本论文的目的是针对强激光技术实际应用中遇到的受光阑限制的各种激光束的传输特性进行研究。主要工作包括: 1.用傅立叶级数展开法研究了平顶高斯光束通过有光阑限制的近轴ABCD光学系统的传输特性,导出了光阑透射率为T(x)=cos(Ωx)时的近似解析传输公式,硬边光阑的情况可作为Ω=0的特例得到。并给出了数值例。 2.用傅立叶级数展开法研究光束通过有光阑限制的近轴ABCD光学系统的传输特性,导出了光阑透射率函数不同时的传输公式。硬边光阑的情况可作为其它光阑的特例得到,其它光阑也可视作硬边光阑来处理。数值计算表明了该方法快速的优点,并得到与用Collins公式直接积分一致的结果。 3.从Collins公式出发,推导了受光阑限制厄米—高斯光束通过近轴ABCD光学系统的解析传输公式。 4.从Collins公式出发,推导出了厄米—余弦—高斯光束通过有硬边光阑近轴ABCD光学系统传输的递推公式。由递推公式,借助迭代算法,得出受光阑限制的任意阶厄米—余弦—高斯光束的解析传输公式。数值计算例证实了解析传输公式的正确性和优点。 5.讨论高斯光束经复合光学系统的聚焦特性,利用矩阵光学方法,推导出了高斯光束经复合光学系统聚焦后束腰宽度和像距的计算公式。 6.基于HIO算法,设计了用于光束整形的二元光学元件,从两条不同的途径给出了高斯光束的整形结果。所得“平顶”光束的顶部均匀性很好,且边缘非常陡峭,旁瓣小,表明HIO算法是用于二元光学元件设计的有效算法。 7.用频域Collins公式和Hankel变换研究了平顶高斯光束、贝塞耳—超高斯光束以及拉盖尔—高斯光束的传输特性,并与空域Collins公式计算结果作了比较,同时讨论了该方法的优点。


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