非傍轴标量和矢量光束的光束质量研究

【摘要】：在激光光学中，激光光束质量是一个经典的又是新的问题。因为这不仅涉及光束质量的评价参数和评价方法，还涉及对激光束的描述和激光束的传输变换规律的认识等问题。特别是，近年来，随着二极管激光器、微腔激光器和光子晶体等的出现，对束宽与波长可相比拟和／或有大发散角的非傍轴光束的研究变得日益重要。如何描述非傍轴光束和评价非傍轴光束质量已引起广泛的关注。本论文利用功率密度的二阶矩方法、光传输的非傍轴矢量矩理论和推广的桶中功率(PIB)或等价地，β参数，对非傍轴矢量、标量光束，截断、无截断光束的光束质量进行了深入研究。主要工作包括： 1．基于瑞利衍射积分，不使用通常的近似R＞＞λ(λ为波长)，推导出非傍轴高斯光束通过小孔光阑衍射的轴上光强的精确解析表达式。然后，对传统的光强定义和光强的精确表述进行了比较研究。结果表明，两种定义之间的差异与f参数，截断参数δ和传输距离z有关。 2．基于瑞利—索末菲衍射积分，未使用任何近似，对非傍轴矢量光束的两种光强表示式，即传统光强公式和时间平均坡印廷矢量的z分量进行了研究。对非傍轴矢量高斯光束详细数值计算结果的比较表明，两种表示式之间的差异，即两者的相对误差η与w_0／λ和z／λ有关，其中w_0，λ和z分别为束腰宽度，波长和传输距离。对非傍轴矢量高斯光束，若z／λ=10，w_0／λ≥0.8，则最大相对误差