洛倫茲光束在非近軸和近軸情況下的相關傳輸特性研究.pdf

1、光束質量和光束傳輸特性的研究是激光光學的一個重要領域，它能為光學系統(tǒng)的設計、光束的傳輸變換和光束質量的控制提供理論依據(jù)。隨著激光技術的發(fā)展，雙異質結半導體激光器的產生，給出了一類橫向模式為洛倫茲函數(shù)表征的標量光束—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稱ABCD光學系統(tǒng)的傳輸變化特性，針對洛倫茲光束在非傍軸情況下的傳輸變化特性，在近場衍射中的傳輸變化特性，以及它通過梯度折射率光纖時在頻率域中傳輸

2、變化特性的研究還未見報道。因此本文主要是對洛倫茲光束在這三方面的基礎理論進行研究，研究內容如下：
　　 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分布表達式?；诠鈴姷亩A矩理論，得出了非傍軸洛倫茲光束的遠場發(fā)散角、近場發(fā)散角、束腰寬度以及光束傳輸因子的解析表達式，討論了它們的變換規(guī)律。研究結果表明：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場發(fā)散角、近場發(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應參數(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制的情況下，非傍軸洛倫茲光束更符合二極管激光束的實際情況。
　　 2.研究了洛倫茲光束在近場衍射過程中的傳輸特性?；诠馐鼒鰳肆垦苌淅碚?，利用傅立葉光學變換法，得出了洛倫茲光束分別作為平面光波

4、和球面光波發(fā)生近場衍射后在觀察面上的衍射場分布，分析了這兩種不同的描述洛倫茲光束衍射場方法的關系以及洛倫茲光束發(fā)生近場衍射后的特性。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分布。研究結果表明：將洛倫茲光束看作疊加的平面光波并應用傳輸函數(shù)得到的光束衍射場分布，與將洛倫茲光束看作疊加的球面光波并應用脈沖響應函數(shù)所得到的光束衍射場分布是相等的；洛倫茲光束發(fā)生近場衍射后在觀察面上的光強分布

5、是隨著遠軸方向逐漸減小的。
　　 3.研究了洛倫茲光束通過一階軸對稱光學系統(tǒng)和梯度折射率光纖時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，導出了洛倫茲光束通過一階軸對稱光學系統(tǒng)和梯度折射率光纖時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式，討論了這些參數(shù)通過梯度折射率光纖傳輸時的變換規(guī)律。研究結果表明：洛倫茲光束首次通過一