空心光束的傳輸特性及奇點(diǎn)效應(yīng)研究.pdf

1、空心光束的理論模型、傳輸與變換等問題一直是激光光學(xué)研究的重要課題。眾所周知，空心光束的初始光場(chǎng)分布具有位相奇點(diǎn)，因此引起了人們的廣泛關(guān)注，但人們對(duì)空心光束在一些復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)(如光柵透鏡系統(tǒng)、非準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)等)中的衍射、傳輸與變換及其傳輸過程中的奇點(diǎn)光學(xué)效應(yīng)等問題尚未進(jìn)行深入的研究。本論文首先介紹了空心光束的基本概念、理論和研究方法，然后研究了空心光束在復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)中的衍射性質(zhì)，并且分析了衍射場(chǎng)中位相奇點(diǎn)的空間分布、演化及其相互作用。本論

2、文的主要內(nèi)容是：
　　 第一、二章首先介紹了空心光束及奇點(diǎn)光學(xué)的基本概念、特性及其表達(dá)式，總結(jié)了空心光束的實(shí)現(xiàn)方法及其應(yīng)用，然后歸納了研究光束傳輸問題的基本理論與研究方法，分析了各種研究方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍，最后比較分析了衍射積分理論中的惠更斯-菲涅爾原理、基爾霍夫衍射積分公式、柯林斯公式、瑞利-索末菲衍射積分公式和角譜理論。
　　 第三、四、五章是對(duì)空心光束的傳輸特性及奇點(diǎn)效應(yīng)的研究。
　　 在第三章中，研究

3、了典型的非勻幅空心光束——空心高斯光束的二維正弦相位光柵的衍射，利用Collins公式推導(dǎo)出了空心高斯光束通過光柵透鏡系統(tǒng)后的衍射場(chǎng)的電場(chǎng)方程、光強(qiáng)分布函數(shù)及位相分布函數(shù)，并利用數(shù)值模擬計(jì)算的方法討論了各參數(shù)對(duì)衍射場(chǎng)中光強(qiáng)的空間分布的影響，分析了系統(tǒng)各參數(shù)的變化對(duì)空心光束衍射光場(chǎng)的相位奇點(diǎn)的位置、光渦旋個(gè)數(shù)的影響。
　　 在第四、五章中，論文利用非準(zhǔn)直透鏡系統(tǒng)的變換矩陣與非準(zhǔn)直系統(tǒng)Collins衍射積分公式，研究了兩種空心光束—

4、—空心高斯光束和橢圓空心光束在硬邊圓孔光闌和非準(zhǔn)直透鏡組成的復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)中的傳輸性質(zhì)及其奇點(diǎn)光學(xué)效應(yīng)。論文得到了這兩種空心光束通過該復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)衍射的電場(chǎng)方程、光束特征及面型分布規(guī)律，分析了這兩種光束通過該復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)的傳輸特性。研究結(jié)果表明：空心高斯光束的階數(shù)、束腰和非準(zhǔn)直4f透鏡系統(tǒng)的錯(cuò)位位移對(duì)衍射場(chǎng)光強(qiáng)分布有很大影響。橢圓高斯光束的離心系數(shù)也對(duì)衍射場(chǎng)光強(qiáng)及相位分布有一定影響。
　　 第六章是全文的總結(jié)，對(duì)論文的研究結(jié)果進(jìn)行