1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 中国计量大学 光学与电子科技学院, 浙江 杭州 310018
光梯度力在光镊技术中起着非常重要的作用。数值模拟了螺旋相位调制双曲余弦高斯光束在焦平面上光梯度力的变化。研究结果表明:双曲余弦高斯光束的偏心参数、螺旋相位的拓扑数可以显著地调节光梯度力分布,并且会出现一些新奇的光梯度力分布,如构成圆环形光陷阱、矩形光陷阱、阵列光陷阱等;另外,对于不同数值孔径、不同拓扑数,光梯度力随双曲余弦高斯光束的偏心参数的演化规律也显著不同。
双曲余弦高斯光束 光陷阱 矢量衍射理论 光梯度力 cosh-Gaussian beam optical vortex vector diffraction theory optical gradient force
1 西南技术物理研究所, 成都 610064
2 南京理工大学 电子工程与光电技术学院, 南京 210094
为了研究部分相干双曲余弦高斯光束通过大气湍流中传输后的聚焦特性, 采用了ABCD矩阵光学的方法进行分析研究, 取得了光强分布、束腰半径以及桶中功率的解析式, 并用于描述部分相干双曲余弦高斯光束通过大气湍流的聚焦特性。结果表明, 在不同湍流强度下, 部分相干双曲余弦高斯光束和双曲余弦高斯光束在经过大气湍流后有不同的聚焦特性; 使用桶中功率和束腰半径作为评价参量, 大气湍流对完全相干双曲余弦高斯的影响更严重; 大气湍流对聚焦部分相干双曲余弦高斯光束的影响要大于准直光束。该结果对部分相干光束聚焦特性的研究有一定的理论指导意义, 对合成光束傍轴聚焦系统的设计有工程指导意义。
大气光学 大气湍流 部分相干 双曲余弦高斯光束 atmospheric optics atmospheric turbulence partially coherent cosh-Gaussian beam
1 内江师范学院 工程技术学院, 四川 内江 641112
2 四川师范大学 物理与电子工程学院, 成都 610066
为了研究双曲余弦高斯光束在左手平板材料中的传输特性, 运用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式, 推导出双曲余弦高斯光束在左手平板材料中的一般传输解析表达式。利用此表达式数字模拟了左手平板材料工作频率的变化对光束传输特性的影响。结果表明: 双曲余弦高斯光束的中心光强、横向光强和光斑尺寸都可以用左手平板材料的工作频率来调控。随传输距离的增加, 中心光强逐渐加强; 在同一传输面上工作频率越大, 中心光强越强。横向光强随工作频率的增大而增加, 并且出现空心分布, 光斑尺寸在加速扩展。
物理光学 双曲余弦高斯光束 左手平板材料 广义衍射积分法 传输 physical optics Cosh-Gaussian beam the left-handed material slab generalized Huygens-Fresnel diffraction integral propagation
为了研究双曲余弦高斯光束在非Kolmogorov湍流中的扩展, 采用广义惠更斯-菲涅耳原理, 推导出部分相干双曲余弦高斯光束在非Kolmogorov湍流中的湍流距离zt的解析表达式。对湍流参量(广义指数α、内尺度l0、外尺度L0)和光束参量(相干参量β、离心参量δ)对湍流距离的影响进行了理论分析。结果表明, zt随α的增大而先减小后增大, 且在α=3.11处存在zt极小值; zt随l0和δ的增大而增大, 随L0(仅当3.6<α<4时)和β的增大而减小。这一结果对双曲余弦高斯光束在实际湍流中传输的相关应用是有帮助的。
大气光学 湍流距离 广义惠更斯-菲涅耳原理 部分相干双曲余弦高斯光束 非Kolmogorov湍流 广义指数 atmospheric optics turbulence distance extended Huygens-Fresnel principle partially coherent cosh-Gaussian beams non-Kolmogorov turbulence generalized exponent parameter
1 内江师范学院工程技术学院, 四川 内江 641112
2 四川师范大学物理与电子工程学院, 四川 成都 610066
为了研究梯度折射率介质中双曲余弦高斯光束的束腰及其位置，推导出了双曲余弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输场，并运用空间二阶矩的定义解出了光斑尺寸、束腰宽度及位置的表达式，讨论了梯度折射率介质对双曲余弦高斯光束的光斑尺寸、束腰宽度及位置的影响。研究结果表明：梯度折射率介质中光斑尺寸随传输距离的增加出现了周期性变化，周期由折射率系数决定；随偏心参数的增大，束腰宽度先逐渐减小再逐渐增大后趋于稳定；并且发现偏心参数决定光斑尺寸振荡幅度。
物理光学 双曲余弦高斯光束 梯度折射率介质 广义衍射积分法 光斑尺寸 激光与光电子学进展
2015, 52(2): 022601
基于横截面上精确表述的光强和瑞利-索末菲衍射积分公式, 通过数值计算分析双曲余弦-高斯光束经微小孔衍射的轴上光强特性, 详细讨论了偏心参数α、微小孔的孔径a和束腰宽度与波长之比w0/λ对双曲余弦-高斯光束轴上光强的影响。结果表明: 双曲余弦-高斯光束的轴上光强分布依赖于偏心参数α、孔径a、w0/λ参数和传输距离。
双曲余弦-高斯光束 轴上光强 微小孔 衍射 cosh-Gaussian beam axial light intensity small aperture diffraction
1 琼州学院 理工学院, 海南 三亚 572022
2 四川大学 电子信息学院, 成都 610064
基于瑞利-索末菲衍射积分公式，推导出截断非傍轴双曲余弦-高斯光束在自由空间传输的解析表示式，分析了一些特例，并引入非傍轴范畴的桶中功率概念，用以描述非傍轴光束的远场光束质量。结果表明: 截断非傍轴双曲余弦-高斯光束的光强和桶中功率不仅与束腰宽度与波长之比、偏心参数及截断参数有关，而且桶中功率还与桶的尺寸有关。在一定的范围内，较大的束腰宽度与波长之比, 截断参数和较小的偏心参数使光束有更好的聚焦特性，表现出更好的光束质量。
截断非傍轴双曲余弦-高斯光束 截断参数 偏心参数 桶中功率 truncated nonparaxial cosh-Gaussian beams truncation parameter decentered parameter power in the bucket
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
研究了截断部分相干双曲余弦高斯光束在非Kolmogorov湍流中的传输。基于广义惠更斯菲涅耳原理，推导了截断部分相干双曲余弦高斯光束在非Kolmogorov湍流中传输的光强分布和桶中功率的解析表达式。通过数值模拟，研究了截断光束参数和非Kolmogorov湍流参数对传输性能的影响。研究结果可以为实际的工程应用如远程遥感和自由空间通信等提供一定的参考。
大气光学 双曲余弦高斯光束 湍流 截断
1 中国民航飞行学院物理教研室, 四川 广汉 618307
2 华中科技大学多谱信息处理技术国防科技重点实验室, 湖北 武汉 430074
基于广义惠更斯菲涅耳原理和维格纳分布函数的二阶矩方法, 推导出部分相干双曲余弦高斯(ChG)光束在湍流大气中的束宽、远场发散角和M2因子的解析表达式。研究结果表明, 部分相干ChG光束在湍流大气中传输时, 均方根角宽度、M2因子和相对M2因子随着传输距离的增大而增大, 且与束腰宽度、波长、离心参数、相干参数及湍流强度等有关; 均方根角宽度随着光束离心参数的增大存在极小值。当传输距离较远时, 随着离心参数的增大, M2因子存在极小值; 离心参数较大的光束受湍流的影响较小。
大气光学 二阶矩 M2因子 部分相干双曲余弦高斯光束
基于广义惠更斯－菲涅耳原理，并采用光束的非相干合成方法，推导出了M×N双曲余弦高斯列阵光束在湍流中的三维光强传输方程.采用桶中功率、β参量和Strehl比作为光束质量的评价参量，研究了湍流大气对双曲余弦高斯列阵光束远场光束质量的影响.研究表明:在湍流大气中，双曲余弦高斯列阵光束的传输将经历三个阶段的变化，并且湍流使得光束传输经历三阶段的进程加快;湍流导致双曲余弦高斯列阵光束扩展、最大峰值光强下降,但是，β参量随光束数目M(N)、相邻子光束间距xd(yd)和光束参量δ的增加而减少，即光束扩展受湍流的影响减小;并且，存在最佳xd(yd)和δ值使得Strehl比取得极大值.因此，适当选取M(N)、xd(yd)和δ可以降低湍流对双曲余弦高斯列阵光束远场光束质量的影响.
M×N列阵双曲余弦高斯光束 湍流 传输 远场光束质量 M×N cosh-Gaussian (ChG)beams Turbulence Propagation Beam quality in the far field
