新型激光光束光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、本文對(duì)產(chǎn)生無衍射貝塞爾（Bessel）光束和局域空心光束（Bottle beam）的各種光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)、仿真與實(shí)驗(yàn)，對(duì)其光束傳輸特性進(jìn)行詳細(xì)的分析。主要研究工作包括：
　　 ⑴利用幾何光學(xué)光線追跡法和衍射理論對(duì)軸棱錐產(chǎn)生無衍射Bessel光束進(jìn)行描述，利用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行建模仿真，利用比涅原理對(duì)Bessel光束的重建特性進(jìn)行了分析。
　　 ⑵利用兩個(gè)帶球差的球面透鏡進(jìn)行膠合，通過對(duì)其像差的控制與優(yōu)化，設(shè)計(jì)出一個(gè)類似軸

2、棱錐(Axicon)的雙透鏡系統(tǒng)即透鏡軸棱錐(Lens axicon)，它可以產(chǎn)生具有Bessel光主要特性的光束。與軸棱錐相比，它具有加工容易，制造成本低，孔徑大等優(yōu)點(diǎn)。利用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件模擬了平行光經(jīng)過Lens axicon產(chǎn)生Bessel光的演變過程，并從實(shí)驗(yàn)上對(duì)光沿光軸傳播時(shí)在不同z處的Bessel光的光斑進(jìn)行了拍攝，理論分析與實(shí)驗(yàn)吻合。
　　 ⑶從新的角度出發(fā)，利用幾何光學(xué)的光線追跡法形象的描述了軸棱錐透鏡系統(tǒng)產(chǎn)生bot

3、tle beam過程。分析了bottle beam傳輸過程中的光強(qiáng)分布；同時(shí)利用光線追跡法分析了透鏡焦距對(duì)bottle beam尺寸大小的影響，結(jié)果指出，bottle beam的尺寸隨著透鏡焦距的增大而增大。實(shí)驗(yàn)中利用軸棱錐透鏡系統(tǒng)產(chǎn)生bottle beam，并對(duì)不同位置的光斑進(jìn)行了拍攝，分析了bottle beam的演變過程及其橫向光強(qiáng)分布。實(shí)驗(yàn)與理論模擬的結(jié)果相吻合。因而容易選擇不同尺寸的bottle beam對(duì)不同微粒進(jìn)行囚禁。<

4、br>　　 ⑷分別使用兩種不同底角的軸棱錐(Axicon)產(chǎn)生無衍射Bessel光束。理論分析了單束Bessel光及兩束Bessel光相干疊加后光場(chǎng)的光強(qiáng)分布，分析了產(chǎn)生的Bottle beam在一個(gè)完整周期內(nèi)的特性。數(shù)值模擬了光沿縱向傳播時(shí)光場(chǎng)的橫向光強(qiáng)分布，并給出了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。對(duì)單束Bessel光及兩束Bessel光干涉后的中心光斑的大小進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)量結(jié)果與理論計(jì)算相吻合。
　　 ⑸提出一種產(chǎn)生Bottle beam的新

5、方法，它是在傳統(tǒng)的軸棱錐底面上放置一個(gè)環(huán)形障礙物。平面波入射到帶有環(huán)形障礙物的軸棱錐底面時(shí)，將在軸棱錐產(chǎn)生的最大無衍射距離內(nèi)形成Bottle beam，而在Bottle beam的前后仍然保持無衍射Bessel光。通過變化障礙物大小及軸棱錐底角實(shí)現(xiàn)Bottle beam尺寸的控制。利用衍射理論描述了平面波經(jīng)帶有環(huán)形障礙物的軸棱錐產(chǎn)生Bottle beam的原理，分析和模擬了傳輸過程中不同位置的截面光強(qiáng)分布及整個(gè)過程的三維光強(qiáng)分布，并給出

6、相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
　　 ⑹提出一種新的詮釋方法，利用幾何光學(xué)的光學(xué)追跡法對(duì)梯度軸棱錐系統(tǒng)產(chǎn)生周期性Bottle beam的演變過程進(jìn)行了詳細(xì)的描述。利用光學(xué)仿真軟件的光照度分析功能對(duì)傳播中不同傳播距離的截面光強(qiáng)分布進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，通過改變兩個(gè)軸棱錐底角大小，可以對(duì)產(chǎn)生周期性Bottle beam區(qū)域長度進(jìn)行控制，且Bottle beam的尺寸也將由這兩個(gè)軸棱錐底角大小直接決定。這種梯度軸棱錐系統(tǒng)可以很容易地產(chǎn)生尺寸非常小的