洛倫茲光束在非近軸和近軸情況下的相關(guān)傳輸特性研究.pdf

1、光束質(zhì)量和光束傳輸特性的研究是激光光學(xué)的一個(gè)重要領(lǐng)域，它能為光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、光束的傳輸變換和光束質(zhì)量的控制提供理論依據(jù)。隨著激光技術(shù)的發(fā)展，雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器的產(chǎn)生，給出了一類橫向模式為洛倫茲函數(shù)表征的標(biāo)量光束—洛倫茲光束。目前主要研究的是洛倫茲光束在空間域中傍軸情況下通過自由空間和一階軸對(duì)稱ABCD光學(xué)系統(tǒng)的傳輸變化特性，針對(duì)洛倫茲光束在非傍軸情況下的傳輸變化特性，在近場(chǎng)衍射中的傳輸變化特性，以及它通過梯度折射率光纖時(shí)在頻率域中傳輸

2、變化特性的研究還未見報(bào)道。因此本文主要是對(duì)洛倫茲光束在這三方面的基礎(chǔ)理論進(jìn)行研究，研究內(nèi)容如下：
　　 1.研究了洛倫茲光束在非傍軸情況下通過自由空間的傳輸變化規(guī)律。利用平面波的角譜理論，得到了非傍軸洛倫茲光束通過自由空間的場(chǎng)分布表達(dá)式?；诠鈴?qiáng)的二階矩理論，得出了非傍軸洛倫茲光束的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角、近場(chǎng)發(fā)散角、束腰寬度以及光束傳輸因子的解析表達(dá)式，討論了它們的變換規(guī)律。研究結(jié)果表明：與相同束腰的非傍軸高斯光束相比，在相同條件下，非傍

3、軸洛倫茲光束的發(fā)散角要小于非傍軸高斯光束，其光束傳輸因子則大于非傍軸高斯光束，非傍軸洛倫茲光束的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角、近場(chǎng)發(fā)散角、束腰寬度以及光束傳輸因子與非傍軸高斯光束的對(duì)應(yīng)參數(shù)相比具有相似的變化規(guī)律。在束腰寬度與波長比取值符合二極管激光器物理機(jī)制的情況下，非傍軸洛倫茲光束更符合二極管激光束的實(shí)際情況。
　　 2.研究了洛倫茲光束在近場(chǎng)衍射過程中的傳輸特性?；诠馐鼒?chǎng)標(biāo)量衍射理論，利用傅立葉光學(xué)變換法，得出了洛倫茲光束分別作為平面光波

4、和球面光波發(fā)生近場(chǎng)衍射后在觀察面上的衍射場(chǎng)分布，分析了這兩種不同的描述洛倫茲光束衍射場(chǎng)方法的關(guān)系以及洛倫茲光束發(fā)生近場(chǎng)衍射后的特性。利用廣義瑞利-索莫菲衍射積分，得到了洛倫茲光束作為球面光波分別在平面觀察面和半球觀察面上的衍射場(chǎng)分布。研究結(jié)果表明：將洛倫茲光束看作疊加的平面光波并應(yīng)用傳輸函數(shù)得到的光束衍射場(chǎng)分布，與將洛倫茲光束看作疊加的球面光波并應(yīng)用脈沖響應(yīng)函數(shù)所得到的光束衍射場(chǎng)分布是相等的；洛倫茲光束發(fā)生近場(chǎng)衍射后在觀察面上的光強(qiáng)分布

5、是隨著遠(yuǎn)軸方向逐漸減小的。
　　 3.研究了洛倫茲光束通過一階軸對(duì)稱光學(xué)系統(tǒng)和梯度折射率光纖時(shí)在頻率域中的傳輸變化規(guī)律。利用廣義惠更斯-菲涅爾衍射積分的頻域形式，導(dǎo)出了洛倫茲光束通過一階軸對(duì)稱光學(xué)系統(tǒng)和梯度折射率光纖時(shí)傳輸變換的解析公式。利用Wigner分布函數(shù)二階矩的頻域形式以及其傳輸定律，得出了洛倫茲光束的束寬、發(fā)散角和曲率半徑的解析表達(dá)式，討論了這些參數(shù)通過梯度折射率光纖傳輸時(shí)的變換規(guī)律。研究結(jié)果表明：洛倫茲光束首次通過一