1 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所, 江苏 南京 210042
2 中国科学院天文光学技术重点实验室, 江苏 南京 210042
3 中国科学院大学, 北京 100049
将光斑矩推广应用到离焦型Shack-Hartmann波前传感器中,提出了一种高精度的波前重建方法。针对离焦型Shack-Hartmann波前传感器,不仅提取了每一个微透镜光斑的质心偏移量,而且提取了每一个光斑的二阶矩,用于计算波前的局部斜率和局部曲率。将传统Shack-Hartmann传感器利用波前局部斜率进行波前重构的算法,推广到同时利用波前的局部斜率和局部曲率进行波前重构,并进行了数值模拟研究。数值模拟结果表明:所提波前重建算法可以进行高精度的波前重建。将peaks函数作为输入波前,采用所提波前重建算法得到的波前残差RMS为0.0327λ,小于常规算法的0.0903λ,表明所提算法可以显著地提高波前重建精度。
传感器 主动或自适应光学 波前传感 二阶矩 Shack-Hartmann传感器
1 四川师范大学物理学院, 四川 成都 610068
2 四川大学物理科学与技术学院, 四川 成都 610064
采用复高斯展开法和维格纳分布函数(WDF)，推导出了截断光束的二阶矩矩阵通过大气湍流的传输公式。研究表明，将硬边光阑的复高斯展开函数引入z=0平面处的WDF中，能够避免截断光束二阶矩的积分发散问题，得到z=0平面处二阶矩的解析结果，并且保证了精度，从而方便地得到截断光束在大气湍流中传输的二阶矩矩阵。实验所得到的结果具有一般性，即无截断光束的二阶矩矩阵通过大气湍流传输和截断光束的二阶矩矩阵在自由空间的传输都可以分别作为特例给出。
激光光学 截断光束 大气湍流 二阶矩矩阵 复高斯展开法 维格纳分布函数
1 江苏大学机械工程学院， 江苏 镇江 212013
2 苏州大学现代光学研究所， 江苏 苏州 215104
从Wigner分布函数定义和菲涅耳衍射积分出发，导出了洛伦兹光束在束腰参考面、自由空间任一参考面以及ABCD系统出射参考面的Wigner分布函数的解析表达式。作为其典型应用，导出了洛伦兹光束二阶矩的解析表达式。数值模拟了束宽、发散角的变化规律并与相应的高斯光束参数的变化规律进行比较。结果表明洛伦兹光束比高斯型光束更适合作为二极管激光光束模型。
光束传输 Wigner分布函数 二阶矩 洛伦兹光束 二极管激光
1 四川大学 电子信息学院， 成都 610064
2 宜宾学院 计算物理重点实验室， 四川 宜宾 644007
3 中国民航飞行学院 物理教研室, 四川 广汉 618307
基于广义惠更斯-菲涅耳原理和Wigner分布函数二阶矩的定义，推导出直角坐标系下大气湍流中部分相干光的M2因子传输公式。以厄米-高斯(H-G)光束为例，给出了H-G光束通过大气湍流传输后M2因子的解析表达式，并采用Tatarskii谱，详细讨论了M2因子的主要影响因素。结果表明，M2因子主要由光束的束腰宽度、波长、光束阶数、大气湍流的折射率起伏结构常数和在湍流中传输距离决定。随着光束阶数、折射率起伏结构常数及传输距离的增大，M2因子明显增大，光束阶数越高，湍流对M2因子变化的影响越小。对于给定的传输距离，存在最佳初始束宽，使M2因子最小。
厄米-高斯光束 大气湍流 Wigner分布函数 二阶矩 M2因子 Hermite-Gaussian beam atmospheric turbulence Wigner distribution function second-order moments M2-factor
应用 Wigner 分布函数的二阶矩定义和拓展 Huygens-Fresnel 原理研究了圆形平 顶高斯光束阵列在湍流 大气传输中的光束性质,得到其传输质量因子 (M2因子) 的解析表达式,进行了相应的数值计算和模拟。结果表明:在湍流 大气中传输时,圆形平顶高斯光束 阵列的传输质量因子随传播距离、湍流大气结构常数的增大和束腰宽度的减小而增大;当光束阵列阶数一定, 阵列个数不断增加时,其传输质量因子先保持不变,然后开始减小,最后不再减小而保持这个定值不变; 当光束阵列的个数一定,阶数不断增加时,其传输质量因子减小,最后不再减小而保持不变。在自由空间中 传输时,圆形平顶高斯光束阵列的传输质量因子保持不变。
大气光学 传输质量因子 拓展Huygens-Fresnel原理 Wigner分布函数的二阶矩 圆形平顶高斯光束阵列 atmospheric optics propagation factor expanded Huygens-Fresnel principle second-order moments of the Wigner distribution fu flattened radial laser beam array
为了评价光学组合半导体激光器的输出光束性能，采用两种方法从理论上分析了光学组合半导体激光器的输出光束的光束传播因子。第1种方法与传统堆栈式半导体激光器的光束质量评价方法类似，通过几何光学得到光束束宽；第2种方法采用管芯光强分布的类高斯模型计算输出光束的二阶矩进而得到光束束宽，最后均得到输出光束的光束传播因子与激光条单元数及激光条包含管芯数的关系。进行了3个激光条组成的光学组合半导体激光器的实验，获得输出功率120W，功率密度209W／cm2，光束平均间距1．1mm，整体光束传播因子M2=197。对比了两种方法及实验结果。结果表明，这两种方法可以用来估算光学组合半导体激光器的输出光束质量。
激光光学 光学组合半导体激光器 光束质量 光束传播因子 二阶矩 laser optics combined optical diode lasers beam quality beam propagation ratio second order moments
提出了一种可广泛适用于截断光束和非截断光束的广义M2因子测量的实验方法和相应的数据处理方法。在利用广义强度二阶矩计算光束束宽时,以积分角谱范围能够包含光束总能量的75%以上作为积分范围的选取标准,并遵循现有的国际标准化组织(ISO)规定的测量步骤和方法对截断高斯光束的广义M2因子进行了测量,并将不同截断参量时的实验结果与理论计算结果进行了比较,证明了该方法的正确性。研究结果表明,根据该方法测量截断光束M2因子时,只须将非截断光束M2因子测量的数据处理部分进行适当修正,而无需增加其他硬件开销,该方法简便易行且测量步骤仍可遵循国际标准化组织规定。
激光技术 广义M2因子 广义强度二阶矩 硬边光阑
1 四川大学激光物理与化学研究所, 成都 610064
2 宜宾学院物理系, 宜宾 644007
采用广义截断二阶矩法, 推导出了用不完善伽玛函数表示的有硬边光阑衍射时厄米-高斯光束广义M2G因子的解析公式,它由厄米-高斯光束的阶数n和截断参数α所确定,对此进行了数值计算和分析,并对所得解析结 果的特殊情况作了深人的讨论。
厄米-髙斯光束 硬边光阑 广义因子M2因子(M2G因子) 广义截断二阶矩
1 华南师范大学量子电子学研究所,广州,510631
2 华南师范大学传输光学实验室,广州,5100631
结合光束传输的薛定谔形式理论,基于量子机制的信息熵被用来描述非线性光传输.理论推导和数值模拟结果表明:信息熵及其对光传输方向的变化率可以表征光脉冲的压缩或展宽或光束的聚焦与发散.用信息熵表征非线性光传输优于用脉(束)宽、二阶矩表征.
非线性光传输 信息熵 束宽 脉宽 二阶矩
1 Dept. of Electronics, Peking University, Key Laboratory for Quantum Information and Measurement, MOE, Beijing 100871, China
2 Optical Engineering Department, Beijing Institute of Technology,Beijing 100081, China
Chinese Journal of Lasers B
2001, 10(4): 241
