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激光束通过光学系统传输特性研究

论文摘要

本文在分析国内外的研究现状和已有的研究成果的基础上,开展了研究工作,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厄米-高斯(HG)、拉盖尔-高斯(LG)光束以及厄米-拉盖尔-高斯(HLG)光束在自由空间的矢量传输光场,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。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。与微扰级数法等相比,矢量瑞利-索末菲衍射积分公式法有明显优势,瑞利-索末菲衍射积分公式法不仅可得到相对简单的解析结果,便于进一步分析传输光场特性,而且克服了微扰级数解的发散性;用复高斯展开法研究厄米-拉盖尔-高斯光束(HLG)通过矩形硬边光阑ABCD光学系统的传输,推出了任意阶厄米-拉盖尔-高斯光束通过矩形硬边光阑ABCD光学系统的解析传输公式。作为特殊情况,也给出了HLG光束在轴上以及无光阑存在时的光场传输公式。利用柯林斯衍射积分公式,推出了空心高斯光束通过受圆孔硬边光阑限制的傍轴ABCD光学系统的传输公式,所得公式可用来描述空心高斯光束通过任意傍轴ABCD光学系统的传输。研究了光阑、透镜以及光阑透镜系统对空心高斯光束传输特性的影响,并用数字例做了详细说明。结果表明,光阑和透镜均会使光束的光场分布向源平面前移,光阑会破坏空心高斯光束的空心性,而单纯的透镜只改变光场分布,不会破坏光束的空心性。

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 论文的章节内容安排
  • 第二章 基础理论
  • 2.1 傍轴理论的不自洽性
  • 2.2 几种典型研究方法
  • 2.2.1 微扰级数法
  • 2.2.2 维格纳分布函数法
  • 2.2.3 角谱分析法
  • 2.2.4 算子法
  • 2.2.5 虚源点法(Virtual source point technique)
  • 2.2.6 矢量瑞利-索莫菲衍射积分公式法
  • 2.3 小结
  • 第三章 矢量非傍轴高阶模高斯光束在自由空间中的传输特性
  • 3.1 矢量非傍轴厄米、拉盖尔-高斯光束
  • 3.1.1 非傍轴近似条件下的矢量瑞利-索末菲衍射积分公式
  • 3.1.2 矢量非傍轴厄米-高斯光束
  • 3.1.3 矢量非傍轴拉盖尔-高斯光束
  • 3.1.4 数值模拟
  • 3.2 矢量非傍轴厄米-拉盖尔-高斯光束
  • 3.2.1 数学模型
  • 3.2.2 数值模拟
  • 3.3 小结
  • 第四章 厄米-拉盖尔-高斯光束通过矩形硬边光阑的传输特性
  • 4.1 理论分析
  • 4.2 数值计算和数值分析
  • 4.3 小结
  • 第五章 空心高斯光束通过受圆孔硬边光阑限制的傍轴ABCD光学系统的传输
  • 5.1 数学模型
  • 5.2 数值模拟
  • 5.3 小结
  • 第六章 全文总结
  • 6.1 主要结论
  • 6.2 主要创新点
  • 6.3 存在的不足
  • 参考文献
  • 致谢
  • 研究成果
  • 相关论文文献

    本文来源: https://www.lw50.cn/article/2529b1ee4dfb23fe852847ae.html