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激光光束在梯度折射率介质中的传输特性研究

宋宏远  
【摘要】:随着梯度折射率光学理论和光学设计理论的不断发展,梯度折射率介质在激光光盘系统、光通信、激光照排装置、光传感技术、网络检测以及光纤熔接等应用中具有广阔的应用前景。因此,系统地研究激光光束在梯度介质中的传输变换具有重要的理论和实用价值。 本文主要研究激光光束在梯度折射率介质中的传输特性。 首先,对光束变换及梯度折射率光学的发展史作了简要的回顾,并介绍了它们在国内外的研究现状。在理论部分介绍了本文涉及的光束变换的研究方法、径向梯度折射率介质及光束的数学-物理模型。 其次,研究了余弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性。利用广义惠更斯-菲涅尔衍射积分法,推导出余弦高斯光束在梯度折射率介质中传输的解析表达式,进一步数值计算与分析,讨论了介质梯度折射率系数和调制参数对传输特性的影响。结果表明,余弦高斯光束在梯度折射率介质中传输时轴上光强分布呈现周期性变化,变化周期与梯度折射率系数成反比;横向光强分布受梯度折射率系数和调制参数影响较大;余弦高斯光束传输时具有不稳定性,通过调节适当参数可在空间某位置实现余弦高斯光束的整形,如可得到近平顶分布的光束。 最后,研究了平顶高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性。利用广义惠更斯-菲涅尔衍射积分法,推导出平顶高斯光束在梯度折射率介质中传输的解析表达式。研究表明,平顶高斯光束在梯度折射率介质中传输时轴上光强分布呈现周期性变化,其周期决定于介质梯度折射率系数,而与平顶高斯光束的阶数无关;轴上峰值处的横向光强分布受梯度折射率系数和光束阶数的影响较大,横向光强的最大值随着梯度折射率系数的增大而增大。


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