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空心高斯光束的传输特性研究

唐明  
【摘要】: 空心光束是近年来发现的一类新型光束,它是一种其中心强度为零的激光束,由于空心光束具有新颖独特的物理性质:如桶状强度分布,较小的暗斑尺寸和传播不变性,并且具有自旋与轨道角动量等等。故这种独特的光束在激光光学,二元光学,计算全息,微观粒子的光学囚禁,生物医学等方面有着广泛的应用前景。本文主要研究空心光束中的空心高斯光束。研究空心高斯光束传输特性具有重要的科学意义。本文的主要工作和取得的成果如下: 第一,本文首先介绍了空心光束的定义和研究现状,并详细介绍了空心光束的产生方法。总结和分析了激光光束质量的各种评价标准,常用的激光传输的研究方法,并比较了它们的优缺点。 第二,基于A.E.Siegman的M2因子理论和R.Martinez-Herro等人的广义M2因子理论,研究了非截断和截断空心高斯光束在直角坐标系和柱坐标系下的光束传输广义M2因子。研究结果表明,非截断空心高斯光束在直角坐标系和柱坐标系下的广义光束传输M2因子只由空心光束的阶数n来确定,M2因子随着空心光束的阶数增大而增大。当n=0时,M2=1,对应的是理想高斯光束的M2因子。截断空心光束在直角坐标系和柱坐标系下的光束的传输M2因子不仅与其阶数n有关,而且与其空心光束截断参数β有关。研究结果表明,空心高斯光束的M2因子随着截断参数β的增大而减少,当β较大时,M2因子最后趋于平稳。 第三,利用Collins公式,对空心高斯光束通过近轴ABCD光学系统的传输特性作了研究,得到相应的解析传输公式。通过数值计算,详细讨论了空心光束的聚焦特性。在此基础上,利用无光阑限制的解析传输公式研究了空心光束通过透镜序列系统的传输特性。


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