非傍轴标量和矢量光束的光束质量研究

论文摘要

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w0／λ和z／λ有关，其中w0，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，w0／λ≥0.8，则最大相对误差

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 研究背景、国内外研究现状及进展
• 1.2 本论文研究目的和意义
• 1.3 本论文各章内容安排
• 参考文献
• 2 基本理论
• 2.1 傍轴光束光束质量的评价方法
• 2.1.1 无截断傍轴光束
• 2.1.2 截断傍轴光束
• 2.1.3 傍轴光束的远场光束质量
• 2.2 非傍轴标量光束光束质量的评价方法
• 2.2.1 角谱表示法
• 2.2.2 非傍轴标量光束的矿因子
• 2.3 光传输的非傍轴矢量矩理论
• 2.4 赫兹矢量法
• 2.5 瑞利—索末菲（Rayleigh-Sommerfeld）衍射积分法
• 参考文献
• 3 非傍轴光束的光强表述
• 3.1 非傍轴高斯光束通过小孔光阑衍射的轴上光强
• 3.1.1 轴上光强的精确公式
• 3.1.2 数值计算结果与分析
• 3.2 非傍轴矢量高斯光束的光强表示
• 3.2.1 理论分析
• 3.2.2 数值计算结果与分析
• 3.3 非傍轴矢量余弦—高斯光束的光强表示
• 3.3.1 理论分析
• 3.3.2 数值计算结果与分析
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 2因子'>4 非傍轴标量光束的光束参数和M²因子
• 2因子和相关问题'>4.1 非傍轴厄米-高斯光束的M²因子和相关问题
• 4.1.1 理论模型
• 4.1.2 数值计算和分析
• 4.2 非傍轴旋转对称拉盖尔—高斯光束的远场发散角
• 4.2.1 远场发散角的解析公式
• 4.2.2 数值计算和分析
• 2因子'>4.3 非傍轴截断平顶高斯光束的M²因子
• 4.3.1 理论模型
• 4.3.2 数值计算和分析
• 2因子两种定义的比较研究'>4.4 非傍轴平顶高斯光束M²因子两种定义的比较研究
• 4.4.1 理论模型
• 4.4.2 数值计算和分析
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 5 非傍轴矢量光束参数的二阶矩表示
• 5.1 非傍轴矢量拉盖尔—高斯光束的二阶矩表示
• 5.1.1 理论分析
• 5.1.2 数值计算和分析
• 5.2 非傍轴矢量TM平顶高斯光束的二阶矩表示
• 5.2.1 理论分析
• 5.2.2 数值计算和分析
• 5.3 本章小结
• 参考文献
• 6 非傍轴光束的远场光束质量评价
• 6.1 非傍轴光束远场质量的评价方法
• 6.2 非傍轴矢量平顶高斯光束的传输特性和远场光束质量
• 6.2.1 非傍轴矢量平顶高斯光束的传输
• 6.2.2 非傍轴矢量平顶高斯光束的桶中功率（PIB）
• 6.3 非傍轴矢量圆偏振厄米-拉盖尔-高斯光束的远场特性和光束质量
• 6.3.1 非傍轴矢量圆偏振厄米-拉盖尔-高斯光束的传输
• 6.3.2 非傍轴矢量圆偏振厄米-拉盖尔-高斯光束的桶中功率（PIB）
• 6.4 非傍轴矢量线偏振厄米-拉盖尔-高斯光束的远场特性和光束质量
• 6.4.1 非傍轴矢量线偏振厄米-拉盖尔-高斯光束的传输
• 6.4.2 非傍轴矢量线偏振厄米-拉盖尔-高斯光束的桶中功率和β参数
• 6.5 非傍轴截断余弦—高斯光束的传输特性和远场光束质量
• 6.5.1 非傍轴截断余弦—高斯光束的传输
• 6.5.2 非傍轴截断余弦—高斯光束的桶中功率
• 6.5 本章小结
• 参考文献
• 7 总结
• 7.1 主要结论
• 7.2 主要创新点
• 作者在读期间科研情况简介
• 致谢