部分相干空心光束理论模型与传输性质的研究

论文摘要

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。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 空心光束发展的概述
• 1.2 部分相干激光理论概述
• 1.3 部分相干空心光束理论概述
• 1.4 非傍轴传输理论的概述
• 1.5 本论文研究的主要内容和创新点
• 参考文献
• 第二章 基本的理论与方法
• 2.1 激光传输的基本理论和方法
• 2.1.1 衍射积分法
• 2.1.2 矩阵光学的方法
• 2.1.3 柯林斯公式
• 2.2 部分相干光的基础理论
• 2.2.1 空间-时间域
• 2.2.2 空间-频率域
• 2.2.3 常见的部分相干光束
• 2.3 激光光束质量理论
• 2.3.1 聚焦光斑尺寸
• 2.3.2 远场发散角、β值
• 2.3.3 斯特列尔比
• 2.3.4 光束参数乘积
• 2 因子'>2.3.5 M²因子
• 2.4 常见的部分相干空心光束的数学模型
• 2.4.1 矩形对称的部分相干空心光束
• 2.4.2 圆对称或椭圆对称的部分相干空心光束
• 2.4.3 高阶部分相干空心光束
• 参考文献
• 第三章 部分相干椭圆空心光束新模型
• 3.1 背景介绍
• 3.2 部分相干椭圆空心光束及其传输因子的研究
• 3.3 部分相干椭圆空心光束通过傍轴ABCD 光学系统的传输特性
• 3.4 数值计算
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 第四章 部分相干空心光束的非傍轴传输
• 4.1 背景介绍
• 4.2 理论推导
• 4.3 数值计算
• 4.4 本章结论
• 参考文献
• 第五章 总结与展望
• 附注内容
• 攻读硕士学位期间完成的论文
• 致谢