作者单位
摘要
1 长春理工大学 物理学院 吉林省固体激光技术与应用重点实验室,长春 130022
2 四川师范大学 物理与电子工程学院,成都 610068
采用多层相屏法和快速傅里叶变换法数值求解热晕方程,研究了复合贝塞尔高斯(cBG)光束大气传输过程中受热晕效应的影响。研究发现:由于热晕效应造成的光强和相位畸变,cBG光束会发生相位奇点移动和轨道角动量谱展宽,并产生模式串扰。当风速较小时,大气介质吸收激光产生的热效应较强,导致光束的模式串扰也较强。对于初始角量子数差值较大的cBG光束,其相对串扰能量较小,受热晕效应影响导致的模式串扰较弱。此外,还研究了旋转cBG光束的热晕效应,该光束的旋转特性使其在传输过程中四周都能得到均匀的扩展。因此,相较于非旋转cBG光束,旋转cBG光束的光强分布比更均匀,模式串扰更小。并且,随着旋转cBG光束的径向波数差值的增大,模式串扰减弱。综上,增大初始角量子数差值以及径向波数差值可以有效降低cBG光束的模式串扰。
复合贝塞尔高斯光束 热晕效应 大气传输 模式串扰 Composite Bessel-Gaussian beams Thermal blooming Atmospheric propagation Mode crosstalk 
光子学报
2024, 53(2): 0201001
Author Affiliations
Abstract
School of Electronic Engineering, Beijing Key Laboratory of Space-Ground Interconnection and Convergence, and State Key Laboratory of Information Photonics and Optical Communications, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China
Underwater optical wireless communication, which is useful for oceanography, environmental monitoring, and underwater surveillance, suffers the limit of the absorption attenuation and Mie–Rayleigh scattering of the lights. Here, Bessel-like beams generated by a fiber microaxicon is utilized for underwater wireless propagation. Underwater, the cone angle for generating Bessel-like beams starts from 46°, which is smaller than that in air for Bessel-like beams. When the cone angle of the fiber microaxicons is about 140°, the depth of focus underwater, which is four times as long as the depth of focus in air, has enlarged about 28 µm, 36.12 µm, and 50.7 µm for 470 nm, 520 nm, and 632 nm visible lights. The transmission distance of the Bessel beams for visible lights has been simulated by using Henyey–Greenstein–Rayleigh phase function methods and spectral absorption by bio-optical model due to Monte Carlo methods. The results show that the propagation distance could reach 4000 m, which overcome the limit of the Mie–Rayleigh scattering and absorption attenuation underwater.
Bessel-like beams depth of focus underwater optical wireless communication 
Chinese Optics Letters
2022, 20(7): 072601
倪丹丹 1谢辰 1,2,*赵振宇 1肖娜 1[ ... ]胡明列 1
作者单位
摘要
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室/光电信息技术科学教育部重点实验室, 天津 300072
2 深圳大学光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室, 广东 深圳 518060
3 深圳大学纳米光子学研究中心, 广东 深圳 518060
设计了一种相位函数,得到类贝塞尔光束中心主瓣尺寸随传播距离演化的解析公式,实现了类贝塞尔光束中心主瓣尺寸随轴向距离z的线性调控。通过实验,将所设计的相位函数加载到空间光调制器上,在直接空间中实现了类贝塞尔光束中心主瓣尺寸的精确调控,研究了不同传播长度下类贝塞尔光束中心主瓣尺寸的演化。实验结果与仿真结果一致,验证了该相位函数的可靠性,且在整个贝塞尔区间内,最高强度处的横向光强分布仍满足贝塞尔函数分布。
衍射 类贝塞尔光束 空间光调制器 中心主瓣尺寸 
光学学报
2018, 38(7): 0714001
作者单位
摘要
北京航空航天大学 电子信息工程学院,北京 100191
根据广义惠更斯-菲涅耳原理,推导出了部分相干贝塞尔高斯光束在非柯尔莫哥诺夫湍流中传输时平均光强和偏振度的解析表达式,研究了部分相干贝塞尔-高斯光束在非柯尔莫哥诺夫湍流模型下的光强分布特征和偏振度变化规律,同时分析了指数项、折射率结构常量、湍流内外尺度以及拓扑荷、光源相干性等对光束传输性质的影响.数值计算表明,随着传输距离的增加,部分相干贝塞尔高斯光束的光强会从空心分布逐渐演变为高斯分布,同时光束会有一定程度的展宽.而且,当指数项值越接近于3.1,折射率结构常量越大,外尺度越大或者内尺度越小时,光强分布的演变越为迅速,展宽现象也越明显;当拓扑荷越小或者相干长度越小时,光强分布的演变越迅速,但是二者对展宽现象的影响并不明显.另外,偏振度在近距离处会经历一段振荡及升降变化过程,当距离足够远时会趋于一个稳定值,且该值等于光源平面上的初始偏振度.偏振度变化的快慢程度受指数项、折射率结构常量、湍流内外尺度、拓扑荷和相干长度等因素的影响.
大气光学 部分相干贝塞尔高斯光束 非柯尔莫哥诺夫湍流 平均光强 偏振度 Atmospheric optics Partially coherent Bessel-Gaussian beams Non-Kolmogorov turbulence Average intensity Degree of polarization 
光子学报
2014, 43(1): 0101001
作者单位
摘要
华南师范大学物理与电信工程学院, 广东 广州 510006
研究了椭圆偏振涡旋光束经过具有初级球差的高数值孔径透镜的聚焦特性。基于德拜矢量积分理论, 获得了椭圆偏振涡旋贝塞尔高斯光束经过具有初级球差的高数值孔径透镜后的复振幅的分布函数, 根据数值模拟的结果, 分析了不同的初级球差系数对右旋椭圆偏振光束和左旋椭圆偏振光束聚焦场光强分布和相位分布的影响。结果表明, 随着初级球差系数的增加, 椭圆偏振涡旋光束的强度会变小, 空心的尺寸会变大; 右旋椭圆偏振光纵向分量的相位分布呈现螺旋结构, 而且右旋椭圆偏振光和左旋椭圆偏振光的位错线半径会逐渐增大; 会聚点逐渐偏离焦平面, 纵向光场发生改变。
物理光学 深聚焦 德拜矢量积分理论 初级球差 椭圆偏振涡旋光束 贝塞尔高斯光束 
光学学报
2010, 30(11): 3317
作者单位
摘要
肇庆学院 物理系,广东 肇庆526061
利用理查德-沃耳夫矢量衍射积分,分析了初级球差对圆偏振涡旋贝塞耳-高斯光束聚焦光场的影响,获得不同球差系数下的光强分布.结果表明,当初级球差系数增加,会聚光点偏离系统焦平面,纵向光场发生改变;焦点光强逐渐减小,焦平面光场发生变化;光轴上光强峰值逐渐减小,峰值两侧的旁瓣变化趋势相反,光强由对称分布变成非对称分布;初级球差对贝塞耳-高斯光束聚焦光场的影响不依赖其偏振态;离焦无法完全补偿初级球差对聚焦光场的影响.
物理光学 球差 圆偏振涡旋贝塞耳-高斯光束 高数值孔径 理查德-沃耳夫矢量衍射积分 Physical optics Spherical aberration Circularly polarized vortex Bessel- Gaussian beams High numerical-aperture Richards-Wolf vectorial integral 
光子学报
2009, 38(10): 2660
作者单位
摘要
1 华侨大学信息科学与工程学院, 福建 泉州 362021
2 西南交通大学理学院物理系, 四川 成都 610031
研究了部分相干圆偏振贝塞耳-高斯光束经高数值孔径透镜的聚焦特性。基于德拜矢量积分理论, 分别推导出了部分相干圆偏振涡旋光束经过高数值孔径透镜聚焦以后的光强和偏振度表达式。根据数值模拟的结果, 比较了左旋和右旋圆偏振涡旋光束的不同深聚焦特性以及相关参量对涡旋光束深聚焦特性的影响。研究表明,入射光束的相关参数和聚焦透镜的数值孔径大小都会影响光束的聚焦特性。此外, 还得出一个重要结论, 部分相干圆偏振涡旋光束经高数值孔径透镜聚焦以后, 光束本身带有的自旋角动量会转化成轨道角动量, 这一研究成果对于利用涡旋光束进行微粒操控等方面应用具有十分重要的意义。
物理光学 德拜矢量积分理论 高数值孔径 贝塞耳-高斯光束 偏振度 
光学学报
2009, 29(6): 1664
作者单位
摘要
华侨大学 信息科学与工程学院,福建 泉州 362021
从较直观的概念出发,设计基于轴棱锥带平面耦合输出镜的贝塞尔-高斯谐振腔。应用Fox-Li数值迭代法对谐振腔横向光场模式进行较严格的分析,同时采用数值积分的方法,由输出镜面上光场采样点的数值直接模拟腔外输出光场分布情况。数值模拟结果与理论结果比较表明,该谐振腔的主模式与零阶贝塞尔-高斯光特征相似。针对实际中腔长可能并不严格地与最初设计腔长一致,讨论了腔长变化对谐振腔主模式分布的影响,发现当腔长变化较小时,谐振腔的横向模式特征基本保持不变。利用Nd∶YAG激光器设计贝塞尔-高斯谐振腔进行实验,光束分析仪记录的输出光强横向分布与理论预期基本一致。
贝塞尔-高斯光 激光谐振腔 光模式 贝塞尔光 Bessel-Gauss beams Laser resonator Light mode Bessel beams 
强激光与粒子束
2008, 20(1): 0026
作者单位
摘要
1 西南交通大学理学院物理系, 四川 成都 610031
2 华侨大学电子科学与技术系, 福建 泉州 362021
利用里查德-沃耳夫(Richards-Wolf)矢量衍射积分模型,推导了圆柱偏振贝塞耳-高斯(CPBG)光束经高数值孔径透镜聚焦的光场表达式,并用数值计算分析了各相关参数的取值变化对焦面及焦点附近光强分布的影响。研究表明,焦面光强大小及光强剖面形状与贝塞耳函数项相关参数β,偏振旋转角φ0,光束束腰宽度w0和数值孔径角α的取值相关。通过控制各相关参数的取值,在聚焦场中获得了有广泛实际应用的具有涡旋性质的局域空心光束和平顶光束。
非线性光学 高数值孔径 贝塞耳-高斯光束 里查德-沃耳夫矢量衍射积分 圆柱偏振 涡旋 
中国激光
2008, 35(3): 401
作者单位
摘要
1 西南交通大学 应用物理系,成都 610031
2 西南交通大学 峨眉校区,峨眉山 614202
为了对部分相干修正贝塞尔-高斯光束通过有硬边光阑近轴4BCD光学系统的传输进行研究,采用将硬边光阑窗口函数展开为有限个复高斯函数之和的方法,得到了近似的解析传输公式。以部分相干修正贝塞尔-高斯光束在有光阑情况下自由空间的传输为例作了数值计算,对所得解析公式的计算误差和适用范围进行了讨论。结果表明,用该方法可快速、解析地研究部分相干修正贝塞尔-高斯光束通过圆孔光阑自由空间的传输特性,分析菲涅耳数、截断参数对其光束经光阑后光强分布的影响。
激光光学 部分相干修正贝塞尔-高斯光束 复高斯函数展开法 硬边光阑 近似解析传输公式 laser optics partially coherent modified Bessel-Gaussian beams complex-Gaussian function expansion hardedge aperture approximate analytical propagation equation 
激光技术
2007, 31(6): 0649

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