部分相干光傳輸?shù)睦碚摵蛯?shí)驗(yàn)研究.pdf

1、自從激光產(chǎn)生以來(lái)，人們對(duì)完全相干光束的傳輸及聚焦特性已經(jīng)進(jìn)行了廣泛的研究。近年來(lái)，許多研究者開(kāi)始對(duì)部分相干光束聚焦特性的研究產(chǎn)生了濃厚興趣。這是因?yàn)樵谀承?shí)際應(yīng)用中，部分相干光比完全相干光更具優(yōu)越性。例如，部分相干光在大氣中傳輸時(shí)所受大氣騷動(dòng)的影響要比完全相干光小得多；并且部分相干光束具有光強(qiáng)比較均勻，對(duì)散斑低靈敏等優(yōu)點(diǎn)而被應(yīng)用于激光核聚變等領(lǐng)域。此外，多橫模的高功率激光光束可用部分相干光束來(lái)描述。因此，對(duì)部分相干光束的聚焦的研究變得十

2、分重要。另一方面，隨著激光技術(shù)的發(fā)展，光束整形技術(shù)也隨之成為人們研究的熱門(mén)課題。迄今為止，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了將激光光束整形成平頂光束或局域空心光束等。光束整形之所以熱門(mén)，是因?yàn)檫@些特殊形式的光束可應(yīng)用于激光光學(xué)及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。例如，平頂光束可應(yīng)用于激光核聚變、激光熱處理等領(lǐng)域。然而，研究者對(duì)部分相干光的光束整形的研究還很少。 本論文研究的是部分相干光聚焦后的光強(qiáng)分布情況。值得一提的是，我們?cè)敿?xì)討論了焦移、焦開(kāi)關(guān)現(xiàn)象，以及部分相干平頂光

3、束、部分相干面包圈光束、部分相干局域空心光束的產(chǎn)生過(guò)程。主要工作包括： 1. 從惠更斯－菲涅耳原理出發(fā)，推導(dǎo)了部分相干光束通過(guò)環(huán)形透鏡系統(tǒng)的傳輸公式，分析了空間相干度、菲涅耳數(shù)、攔截系數(shù)對(duì)系統(tǒng)中光束的聚焦光強(qiáng)和焦移的影響。 2. 從惠更斯－菲涅耳原理出發(fā)，推導(dǎo)了部分相干光束通過(guò)雙焦聚焦透鏡系統(tǒng)的傳輸公式，研究了部分相干光束聚焦的焦開(kāi)關(guān)現(xiàn)象。通過(guò)圖例詳細(xì)分析了焦開(kāi)關(guān)的產(chǎn)生過(guò)程，得出形成這一現(xiàn)象的條件，分析了空間相干度、菲涅

4、耳數(shù)等物理參數(shù)對(duì)焦移變化量的大小產(chǎn)生的影響。 3. 從廣義惠更斯-菲涅耳衍射積分方程（Collins公式）出發(fā)，推導(dǎo)了部分相干高斯－謝爾模型光束通過(guò)透鏡系統(tǒng)聚焦后的傳輸公式，研究了光束聚焦后在焦平面處的光強(qiáng)分布。結(jié)果表明，通過(guò)適當(dāng)選取了一類(lèi)空間相干度形式，在理論上可得到了部分相干平頂光束和面包圈光束。分析了空間相干度對(duì)其聚焦光斑大小的影響，指出了可以通過(guò)改變空間相干度來(lái)改變平頂光束或面包圈光束的大小。 4. 利用這類(lèi)空間相干度

5、形式的部分相干光束通過(guò)透鏡系統(tǒng)聚焦的傳輸公式，研究了光束聚焦在焦平面附近處的三維光強(qiáng)分布。詳細(xì)分析了空間相干度橢球光籠的橫向和軸向尺寸大小的影響，指出了通過(guò)控制空間相干度可以控制橢球光籠的大小。 5. 采用簡(jiǎn)單的軸棱錐－透鏡系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了大小可改變的局域空心光束，在旁軸近似下，理論上可以采用光線追跡的方法進(jìn)行模擬。實(shí)驗(yàn)上,用CCD拍攝了不同位置的橫向截面的合成光強(qiáng)，并詳細(xì)分析了光闌半徑、軸棱錐的錐角以及軸棱錐到聚焦透鏡的距離對(duì)