光场的矢量性、非傍轴性和部分相干性研究

论文摘要

矢量性、非傍轴性和部分相干性是光频电磁场的一般特性。矢量非傍轴光场理论发展了新的研究方法，丰富和拓展了傍轴激光光学的研究内容，是激光光学的重要组成部分。众所周知，传统激光光学理论，由于采用了傍轴近似或缓变振幅近似，存在明显的不自洽性和“佯谬”；再者，在实际工作中，强聚焦光束和半导体激光器输出激光，其光斑尺寸很小(与波长可相比拟)或远场发散角很大，傍轴标量理论不再有效，引发了精确求解光频电磁波传输的大量理论研究，发展了许多求解矢量光频电磁场非傍轴传输的研究方法，如微扰级数法，角谱表示法，算子法，虚点源法等等。本文在国内外研究工作的基础上，开展了创新性的研究工作，所取得的主要成果包括： 使用矢量瑞利—索末菲衍射积分公式研究了非傍轴椭圆高斯、厄米—高斯、拉盖尔—高斯光束以及厄米—拉盖尔—高斯光束在自由空间中的传输光场，求得了这些模式光束的非傍轴传输光场解析表达式，并给出了相应的远场解析结果。这些结果在傍轴近似条件下，能回归到傍轴理论所得结果。使用所得的解析结果研究了各种模式的非傍轴光束在自由空间的光场特性。研究表明，非傍轴光束传输光场为矢量场，除了要考虑光场的横向分量外，还要考虑光场的纵向分量。光束参数f越大，光束的非傍轴性、矢量性越强。非傍轴光束的偏振性与傍轴光束也有很大不同，完全非偏振或部分偏振非傍轴高斯光束的远场偏振度在某平面内是非均匀的，其偏振特性在传输过程中也要发生改变。不同理

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究目的及内容
• 1.4 论文各章内容安排
• 第二章 基础理论
• 2.1 傍轴理论的不自洽性
• 2.2 几种典型的研究方法
• 2.2.1 微扰级数法
• 2.2.2 算子法
• 2.2.3 角谱分析法
• 2.2.4 虚源点法
• 2.2.5 矢量瑞利-索莫菲衍射积分公式法
• 2.2.6 维格纳分布函数法
• 2.3 小结
• 第三章 自由空间中矢量非傍轴光束
• 3.1 微扰级数解的有效性
• 3.1.1 波动方程的级数解和积分解
• 3.1.2 级数解和积分解的比较分析
• 3.2 矢量非傍轴椭圆高斯光束
• 3.3 矢量非傍轴高阶模高斯光束
• 3.3.1 矢量非傍轴厄米、拉盖尔-高斯光束
• 3.3.2 矢量非傍轴厄米-拉盖尔-高斯光束
• 3.4 矢量非傍轴高斯光束的偏振特性
• 3.5 小结
• 第四章 光阑、微透镜对光场的非傍轴性、矢量性的影响
• 4.1 平面波通过微小孔的非傍轴矢量场
• 4.1.1 矩形微小孔
• 4.1.2 圆微小孔
• 4.2 非傍轴高斯光束通过微小孔的衍射矢量场
• 4.2.1 圆微小孔光阑衍射光场标量分析
• 4.2.2 圆微小孔光阑的衍射矢量场
• 4.2.3 矩形微小孔光阑的衍射矢量场
• 4.3 强会聚球面波
• 4.4 球面微透镜的修正衍射积分公式及光场分析
• 4.5 小结
• 第五章 非傍轴部分相干光
• 5.1 非傍轴部分相干光的标量分析
• 5.2 矢量非傍轴部分相干光
• 5.2.1 矢量非傍轴部分相干光交叉谱密度矩阵传输公式
• 5.2.2 矢量非傍轴部分相干 GSM光束
• 5.2.3 矢量非傍轴部分相干 GSM光束远场情况
• 5.3 小结
• 第六章 维格纳分布函数在非傍轴矢量场研究中的应用
• 6.1 矢量非傍轴光场维格纳分布函数矩阵的传输公式
• 6.2 维格纳分布函数应用例
• 6.2.1 矢量非傍轴部分相干 GSM光束
• 6.2.2 非傍轴复参量厄米、拉盖尔高斯光束
• 6.3 小结
• 第七章 应用-二极管激光器输出光束模拟
• 7.1 二极管激光器输出光束的一般模型
• 7.2 二极管激光器输出光束的非等相源模型
• 第八章 全文总结
• 8.1 主要结论
• 8.2 主要创新点
• 攻读博士学位期间科研成果简介
• 致谢