厦门工学院电子与电气工程学院，福建 厦门 361021
推导出了平顶高斯光束经有限个小尺寸振幅调制型缺陷调制聚焦后，激光间接驱动聚变靶腔内及腔壁的光场分布解析式，详细研究了缺陷尺寸和调制幅度等因素对光强分布的影响，并进一步研究了入射角度对调制光束在腔壁上投影衍射光场的影响。结果表明：缺陷尺寸越大，缺陷调制幅度越大，光束受到的扰动越明显，调制光场恢复为平顶高斯分布所需的传输距离越远；当光束的入射角小于10°时，光束到达腔壁前经过的路径较长，调制后的平顶高斯光束在腔壁上投影的光斑往x轴方向扩散，缺陷引起的光强扰动变化明显减弱，光斑强度整体下降。
激光光学 平顶高斯光束 振幅调制 光强分布 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1914001
运城学院物理与电子工程系, 山西 运城 044000
采用数值方法, 对平顶高斯光束在自由空间、单透镜系统和复杂光学系统中的传输特性进行了研究。结果表明: 平顶高斯光束在自由空间中传输时, 首先会产生凹陷, 形成两侧峰结构, 随后两侧峰会逐渐融合为单峰的类高斯结构, 并在相当长的距离内保持类高斯分布传输; 在单透镜系统中, 由于透镜的聚焦作用, 平顶高斯光束会在焦点处表现出强聚焦效应, 而随着传输距离的继续加大, 光束会再次恢复平顶分布; 在光阑和透镜组成的复杂光学系统中, 由于光阑的限制, 平顶分布遭到破坏, 在透镜焦点之后无法再恢复平顶分布, 说明在平顶光束光路中应当尽量避免光阑元件的干扰。
波动光学 平顶光束 平顶高斯光束 透镜系统 复杂光学系统 wave optics flat-top beams flattened Gaussian beams lens system complex optical system
厦门工学院电子与电气工程学院, 福建 厦门 361021
根据ABCD传输矩阵和Collins衍射积分公式,通过光束坐标与腔体坐标间的转换关系,推导高斯平顶光束经过透镜后,激光间接驱动聚变装置腔内不同角度横截面的光场分布解析表达式,着重分析了光束入射角对焦点处及腔内光强分布的影响。仿真结果表明:增大入射光束的入射角,焦点处的光斑光强在X轴方向受到影响,光斑沿着X方向产生一定扩散,Y轴方向上的光强分布几乎没有变化;随着光轴传输距离的增大,靶腔内横截面上的光斑直径变大,均匀性变差,而且光斑位置右偏。均匀性较好的光斑与入射角度的选取及光束传输的距离有较密切的联系。
激光光学 平顶高斯光束 间接驱动聚变 光强分布 激光与光电子学进展
2020, 57(15): 151403
1 云南大学 物理与天文学院, 云南 昆明 650091
2 云南省粒子天体物理重点实验室, 云南 昆明 650091
艾里光束是一种新型无衍射光束，解决了激光在传播过程中的衍射效应。基于艾里变换技术，介绍一种可以通过椭圆平顶高斯光束产生的新型艾里光束，即可调谐艾里光束。通过理论计算，可以看出调节椭圆平顶高斯光束的束宽比可获得单尾艾里光束，同时，可调谐艾里光束的尾长可以通过调节入射椭圆平顶高斯光束的阶数来控制。通过研究，当束宽比p=1时，艾里光束的加速方向沿x轴45°方向; p=1/2时，加速方向沿x轴31°方向，p=1/3时，加速方向为沿x正方向，可见调节束宽比p的大小可以改变艾里光束的加速方向。
艾里光束 艾里变换 平顶高斯光束 传播特性 Airy beam Airy transform flat-topped Gaussian beam propagation properties
华侨大学信息科学与工程学院福建省光传输与变换重点实验室, 福建 厦门 361021
基于广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式，推导出在激光间接驱动聚变装置腔柱内和腔柱内靶面上相干叠加的多束激光束投影焦斑光强度的解析表达式。着重分析了轴向距离、离焦量、入射角和聚焦F 数等因素对投射在腔内部横截面上的光斑光强分布的影响，以及离焦量、入射角、F 数和腔径大小对辐照在靶壁上的焦斑光强分布的影响。仿真结果表明，增大离焦量和聚焦F 数，辐照在腔柱内靶面上和垂直于腔轴切面上各投影光斑的光强变化变得平缓，且腔靶内表面上的光强分布均匀性变差，且增大聚焦F 数或增大离焦量，会使投影焦斑尺寸呈现减小的趋势。在腔壁上要获得均匀性比较好的光斑，跟腔径值和注入角度的选取有比较密切的联系。
激光光学 均匀辐照 平顶高斯光束 间接驱动聚变 相干叠加 F数 激光与光电子学进展
2015, 52(9): 091407
为研究平顶高斯光束通过高斯光阑透镜系统的传输特性, 基于光学矩阵的方法和Collins公式导出了平顶高斯光束通过该复杂光学系统后的场分布的解析表达式和近轴光强分布值, 进而分析了平顶高斯光束通过高斯光阑透镜系统后的传输特性。研究结果表明, 平顶高斯光束通过高斯光阑透镜系统后, 实际焦点位置和几何焦点位置并不重合, 即发生焦移现象。焦移量的大小与高斯光阑宽度及光阑与透镜间的距离等因素有关, 即在一定条件下, 光阑宽度增大, 相对焦移量变小, 光阑与透镜之间的距离与焦距的比越小, 相对焦移量就越小。
平顶高斯光束 光阑透镜系统 焦移 flattened Gaussian beams aperture-lens system focal shift
1 山东科技大学测绘科学与工程学院, 山东 青岛 266590
2 武汉大学电子信息学院, 湖北 武汉 430060
星载激光测高仪通过提取激光回波参数计算卫星与地表的距离，结合轨道和姿态信息生成激光脚点的三维坐标。普通高斯光束的空间能量分布随光斑半径增加迅速衰减，不利于探测复杂和分层的地表目标，而平顶高斯光束可以克服这一缺点。根据平顶高斯光束和激光测高回波的相关理论推导得出平顶高斯激光模式下回波波形主要参数的解析式，并使用波形模拟器、波形处理算法，以及地球科学激光测高系统(GLAS)真实回波对所得理论模型进行了验证，结果显示不同阶数激光脉冲的对比偏差都小于3%，且随着目标斜率或阶数的增加，回波宽度和距离误差也随之增加，4阶平顶高斯光束目标斜率0.05时对应的距离误差超过10 cm。
遥感 激光测高 平顶高斯光束 波形宽度 测距误差
四川大学 激光物理与化学研究所， 成都 610064
以平顶高斯光束为例，对光束傍轴度3种定义，即傍轴估计量、傍轴度和傍轴度修正式做了解析研究和计算分析。结果表明，当束腰宽度与波长之比很小时，三者存在显著差异，傍轴估计量会导致非物理结果。而对实际应用中感兴趣的束腰宽度与波长之比取中间值情况，傍轴度和傍轴度修正式得出类似的结果。因此，傍轴度和傍轴度修正值都可以用来描述光束的傍轴性。
傍轴估计量 傍轴度 傍轴度修正值 平顶高斯光束 paraxiality estimator degree of paraxiality revised degree of paraxiality flatted Gaussian beam 强激光与粒子束
2011, 23(12): 3255
四川师范大学 物理与电子工程学院， 成都 610066
利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法，推导出平顶高斯光束在梯度折射率介质中传输时的解析表达式，对平顶高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性进行了分析，讨论了介质梯度折射率系数和光束阶数对传输特性的影响。研究表明，平顶高斯光束在梯度折射率介质中传输时轴上光强分布呈现周期性变化，其周期决定于介质梯度折射率系数,而与光束的阶数无关；轴上峰值处的横向光强分布受梯度折射率系数和光束阶数的影响较大，横向光强的最大值随着梯度折射率系数的增大而增大。
平顶高斯光束 广义衍射积分法 梯度折射率介质 传输特性 近轴光学系统 flattened Gaussian beams generalized diffraction integral gradient-index media propagation properties paraxial optical system 强激光与粒子束
2011, 23(10): 2630
为了研究平顶高斯光束通过扩束系统的传输特性，从柯林斯衍射积分公式出发，推导出场强分布的解析式。以伽利略式和开普勒式这两种常见的扩束系统为例，对平顶高斯光束扩束后在接收面的光强分布进行数值计算及分析。结果表明，平顶高斯光束通过同等倍数但不同形式的扩束系统的传输特性不同，且对于不同焦距的扩束系统，其传输特性也有比较明显的差别；平顶高斯光束通过开普勒式扩束系统，不仅在成像面距离获得平顶光束，还可在一定轴向范围之内保持平顶分布，并且轴向范围和所选扩束系统的放大倍数有关，随着放大倍数的增大，轴向范围也增大。
物理光学 平顶高斯光束 光束传输 扩束系统 光强分布 physical optics flattened Gaussian beam beam propagation beam expander intensity distribution
