1 西安邮电大学电子工程学院，陕西 西安 710121
2 中国电子科技集团公司第三十九研究所，陕西 西安 710065
3 西安电子科技大学物理学院，陕西 西安 710071
基于广义洛伦兹-米理论，研究两个聚焦的高斯光束沿着任意方向入射单轴各向异性涂层球的散射特性。基于球矢量波函数的正交特性，推导得到双高斯光束的球矢量波函数展开表达式。通过引入傅里叶变换，求解得到各向异性涂层区域内的电磁场展开式，将涂层球各区域的电磁场用球矢量波函数展开，再结合边界条件，得到沿任意方向传播的双高斯光束入射到涂层球的散射系数和雷达散射截面。数值模拟了雷达散射截面随散射角变化的分布，将单轴各向异性涂层球退化为单轴各向异性球时的散射结果与文献进行对比，结果十分吻合。分析双光束的入射角、粒子内半径、涂层厚度与内半径的比值、电和磁各向异性对散射强度及其散射角分布的影响。该理论和数值分析能够为激光对涂层颗粒的探测、散射以及光学操作提供有益帮助。
散射 球矢量波函数 双光束 单轴各向异性涂层球 光学学报
2023, 43(23): 2329001
1 铜陵学院 数学与计算机学院, 铜陵 244000
2 安徽大学 电子信息工程学院, 合肥 230039
为了研究厄米-高斯波束在各向异性媒质中的散射特性, 采用了将各向异性圆柱的散射场和内部场用圆柱矢量波函数展开, 应用电磁场边界条件和投影法, 提出了一种分析单轴各向异性圆柱对厄米-高斯波束散射特性研究的精确半解析方法; 获得了厄米-高斯波束通过单轴各向异性圆柱的内场以及近场的归一化强度分布图; 对两种不同的厄米高斯波束入射情形做出了分析和对比。结果表明, 两种波束在通过圆柱后都有入射波和反射波叠加而成的驻波现象, 而TEM10(x′)模式厄米-高斯波束入射后近场强度增强, 且有明显的折射现象。该研究结果对厄米-高斯波束的应用具有一定的参考价值。
散射 厄米-高斯波束 圆柱矢量波函数 边界条件 投影法 scattering Hermite-Gaussian beam cylindrical vector wave functions boundary conditions projection method
1 北京理工大学机械与车辆学院, 北京 100081
2 北京遥感设备研究所, 北京 100854
以矢量波像差理论中的三级像差理论为基础,提出了一种两反系统装配失调量解算方法。该方法仅采用轴上视场波前像差系数建立失调量解算模型,然后基于球差系数解算间隔误差,并基于彗差和像散系数解算偏心和倾斜误差,大幅提高了解算精度和效率。以某一两反光学系统为例,利用光学设计软件Zemax进行模拟装调,系统轴上视场失调像差系数均减小到10
-7数量级,失调误差均校正到10
-5数量级,达到了良好的装调效果。最后,利用该失调量解算模型指导两反光学系统的装调,失调量解算精度及装调精度达到了使用要求。Zemax模拟装调结果和实际装调效果均证明了所提方法的正确性。
光学设计 两反系统 矢量波像差 计算机辅助装调
西安电子科技大学物理与光电工程学院, 陕西 西安 710071
基于电磁场的矢量波函数展开方法和不同坐标系中矢量波函数转化关系,得到了圆对称矢量贝塞尔涡旋波束的圆柱矢量波函数展开系数;结合电磁场边界条件,获得了圆对称矢量贝塞尔涡旋波束以任意方向照射均匀单轴各向异性介质层的反射场、透射场和内部场的展开系数;数值计算了沿波束传播方向横截面上的入射、反射和透射电场强度分布以及xOz平面内传播路径方向的总电场强度分布。结果表明,圆对称贝塞尔涡旋波束入射单轴各向异性介质的反射场基本保持同心圆环结构,但强度分布不再呈圆对称;透射场出现两束交错折射光,总电场强度轮廓显著扭曲。
物理光学 贝塞尔涡旋波束 矢量波函数展开 反射和透射 单轴各向异性介质
1 河南科技大学物理工程学院, 河南 洛阳 471023
2 河南科技大学化工与制药学院, 河南 洛阳 471023
3 新加坡南洋理工大学数学物理学院, 新加坡 637371
4 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
利用矢量波分析法对分数阶高阶贝塞尔涡旋光束(FBV)的电矢量特性进行了研究。在紧聚焦和非紧聚焦条件下，研究了拓扑荷(TCs)增量为0.1阶、拓扑荷从2.1增到3的过程中，Ex、Ey、Ez三个电场分量强度图的变化情况。进而对比分析了TCs值为整数阶和半整数阶FBV光束在由紧聚焦向非紧聚焦过渡过程中Ex分量强度的变化情况。数值模拟结果表明，紧聚焦和非紧聚焦情况下，三个分量的电场强度分布差异较大，其亮环圆对称性均遭到破坏；非紧聚焦情况下，Ex分量的圆对称性增强，而Ey、Ez分量与紧聚焦条件下的光强分布基本相同；在由紧聚焦向非紧聚焦过渡过程中，Ex分量整数阶TCs光束亮环圆对称性逐渐增强，而半整数阶TCs光束亮环结构基本不变，仅存在缩放关系。
激光光学 奇异光学 贝塞尔涡旋光束 矢量波 紧聚焦光束
中国科学院西安光学精密机械研究所空间光学研究室， 陕西 西安 710119
利用条纹泽尼克多项式来表征自由曲面的光学元件，并将多项式中表示初级球差、彗差、像散项转换为矢量形式。利用矢量波像差理论,研究了自由曲面光学元件校正光学系统初级像差的特性。通过分析可知，自由曲面在光学系统中不同位置时所校正的像差特性不同。当自由曲面位于光学系统的孔径光阑（入瞳或出瞳）上可以校正光学系统全视场内为常数的初级像差；当自由曲面远离孔径光阑时，由于轴外视场成像光束口径的缩放与偏移，自由曲面可以校正非对称初级像差，且不同初级像差与视场依据关系不同。
光学设计 矢量波像差 自由曲面 光学系统 像差
安徽师范大学 物理与电子信息学院, 芜湖 241000
为了求解柱坐标系下非傍轴矢量波动方程, 得到光束的电场解析表达式, 基于轴对称情况下沿角向偏振的电场, 将非傍轴近似情况下的矢量波动方程进行了抛物线坐标的转化, 利用分离变量法进行了相应求解, 并给出了相应的数值计算。结果表明, 非傍轴近似情况下, 矢量波动方程的解能描述一种光束的电场, 该场的解析表达式与合流超几何函数以及梅杰函数的解有关;光束的光强分布与第1类零阶贝塞尔模式光束类似;光束在近光轴处的光强表现为无限大并且沿边缘方向急剧衰减;在焦平面上沿着径向方向光强急剧减小。所得结果对于探究非傍轴近似情况下矢量光束的传输特性有一定的意义。
激光光学 非傍轴矢量波动方程 坐标变换 合流超几何函数 梅杰函数 laser optics nonparaxial vector wave equation coordinate transformation confluent hypergeometric function Meijer function
研究了在均匀分层介质中构成标准矢量波函数的必要条件。研究结果表明在均匀分层介质中构成标准矢量波函数一般需遵循Morse Feshbach判据外,领示矢量只能选取与折射率变化方向一致的那根坐标轴单位矢量。但在某些特定的条件下,对领示矢量的选取条件可以放宽为只需遵循Morse Feshbach判据即可。
物理光学 标准矢量波函数 Morse Feshbach判据 罗伯逊关系式
研究了在渐变折射率介质中构成标准矢量波函数的必要条件.研究结果表明在渐变折射率介质中构成标准矢量波函数除了仍需遵循Morse-Feshbach判据外,领示矢量仅能选取与折射率变化方向一致的那根坐标轴的单位矢量.
Morse-Feshbach判据 领示矢量 标准矢量波函数 Robertson关系式
