Pearcey光束的傳輸特性研究.pdf

1、Pearcey光束是是定義在無(wú)窮大空間的結(jié)構(gòu)不變光束,其復(fù)振幅分布可以用Pearcey函數(shù)來(lái)描述,它在空間傳輸?shù)倪^(guò)程中會(huì)發(fā)生橫向平移,具有自聚焦和自愈合的性質(zhì)。對(duì)Pearcey光束在空間傳輸過(guò)程中的這些性質(zhì)的研究,有助于將其應(yīng)用于顯微成像、光學(xué)陷阱和粒子操縱等領(lǐng)域。本論文首先將引入焦散線(caustic),指出Pearcey光束是尖點(diǎn)(cusp)焦散線附近的衍射光束。通過(guò)計(jì)算Pearcey積分函數(shù),給出Pearcey光束的復(fù)振幅分布,然

2、后對(duì)其作傅里葉變換,結(jié)果表明P earcey光束在頻域是沿著拋物線分布的,拋物線上各點(diǎn)都是δ函數(shù),額外受到一個(gè)與頻域坐標(biāo)成四次方的相位因子的調(diào)制。此外還計(jì)算了Pearcey光束的坡印廷矢量和角動(dòng)量,對(duì)其基本性質(zhì)進(jìn)行了討論。
　　然后推導(dǎo)了Pearcey光束在自由空間傳輸時(shí)復(fù)振幅分布的解析表達(dá)式,Pearcey光束傳輸?shù)饺我饩嚯x處都可以用Pearcey函數(shù)來(lái)描述其復(fù)振幅分布,只是在與傳輸方向垂直的橫截面上會(huì)發(fā)生不同尺度的縮放,并且在

3、橫截面上隨著傳輸距離的增加會(huì)線性平移。通過(guò)數(shù)值計(jì)算,給出了Pearcey光束在傳輸過(guò)程中不同橫截面上的光強(qiáng)分布,其傳輸?shù)教囟ň嚯x處會(huì)發(fā)生自聚焦現(xiàn)象,成為一條能量無(wú)窮大的亮線,傳輸距離繼續(xù)增大,Pearcey光束的橫截面光場(chǎng)分布會(huì)發(fā)生翻轉(zhuǎn)。計(jì)算在不同傳輸距離處的坡印廷矢量,指出是Pearcey光束特定方向的能量流動(dòng)導(dǎo)致了這些現(xiàn)象。此外還推導(dǎo)了Pearcey光束被高斯吸收屏遮擋后在自由空間傳輸?shù)膹?fù)振幅分布解析表達(dá)式,發(fā)現(xiàn)障礙物并不影響Pea

4、rcey光束的橫向平移和自聚焦性質(zhì),而且當(dāng)傳輸距離足夠大時(shí),障礙物的影響會(huì)逐漸消失,即Pearcey光束具有自愈合性質(zhì)。
　　本論文經(jīng)過(guò)數(shù)值計(jì)算,分析了不同大小和位置的障礙物對(duì)Pearcey光束自愈合性質(zhì)的影響。研究發(fā)現(xiàn)障礙物的尺寸越大,障礙物的位置離主瓣越近,Pearcey光束自愈合過(guò)程進(jìn)行的越慢,完成自愈合需要的傳輸距離越遠(yuǎn),障礙物坐標(biāo)處和主瓣上的光強(qiáng)恢復(fù)的越慢。并且在Pearcey光束傳輸?shù)揭欢ň嚯x時(shí),主瓣上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)強(qiáng)度比