焦散光束的光学特性研究

发布时间：2020-04-28 07:12

【摘要】：该文章主要介绍和探讨了焦散光束(像散贝塞尔光束)的产生和相应的光学传输特性。在文内分别采用激光和准单色LED两种不同光源产生部分相干焦散光束的实验方案,并讨论了相干长度对焦散光束光学特性的影响,以及焦散光束经不同传输距离后的光斑变化趋势。此外,还对焦散光束的自重建特性进行了系统的研究。论文主要内容如下:1.论文提出利用激光作为光源产生部分相干焦散光束的实验方案。基于交叉谱密度函数研究焦散光束,并利用菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式,推导出焦散光束的光强截面最终表达式。通过MathCAD软件进行数值模拟,理论分析了光束入射到不同倾斜角度轴棱锥引起的像散对焦散光束的影响,搭建实验光路对模拟结果进行相对应的验证。而且还分析了焦散光束在不同相干长度下的变化趋势,结果显示:焦散光束的光强分布会随着相干长度的减小而逐渐变得越来越不清晰,焦散光束的中心光点阵列也会逐渐消失。2.论文采用准单色红光LED作为光源,通过小孔光阑和长距离传输的方式将准单色LED光变为部分相干光,再倾斜入射轴棱锥产生LED焦散光束。应用交叉谱密度函数及多光谱叠加原理计算出轴棱锥后LED焦散光束的光强分布。理论分析和实验结果验证了像散等参量对焦散光束的影响。通过研究不同传输距离对LED焦散光束的影响发现,随着传输距离的增大,焦散光束星状外轮廓尺寸变大,中心光斑逐渐向外环对称分裂,同时中心光强相应减弱,光点阵列衬比度逐渐降低,最终将演化成近似空心光束。该研究结果丰富了焦散光束的内涵,拓宽了其研究领域。3.论文系统地研究了焦散光束的自重建特性。基于菲涅耳衍射积分理论和巴比涅原理,推导出焦散光束经圆形障碍物后的光强分布一般表达式。数值模拟了焦散光束经圆形障碍物遮挡后光场的自重建过程,并设计相关实验进行验证,实验结果与理论模拟基本吻合。结果表明:零阶焦散光束经轴上和离轴障碍物后均会发生光束重建现象。随着传输距离的增加,焦散光束的外轮廓尺寸变大、中心光点阵列数增多,逐渐重建出不同于障碍物前的完整光束。并且观察到光束在重建过程中横向和纵向的重建速度并不一致,存在一定的速度差。实验中还利用螺旋相位板产生高阶焦散光束,验证了高阶焦散光束经障碍物遮挡后同样具有自重建特性。研究结果拓宽了焦散光束的研究范围,为焦散光束的研究提供了一定的理论基础和参考价值。
【图文】：

个波面（如图 2.3 所示）。利用惠更斯原这个假设的理论基础不是基于光的波动射现象。1818 年，菲涅耳基于光的干涉的思想补充了惠更斯原理，即形成了惠明光波衍射问题。

焦散光束的光强截面分布，，如图 3.2（a）-（d）所示。从图中可以观察到，由于像散的存在，导致从光斑的中心开始慢慢向外环对称分裂，最终分布为光点阵列并且光斑的中心也慢慢向外延申扩展，导致光斑外轮廓最终成为星状式；我们还观察到，当轴棱锥的倾斜角越大时（像散影响越明显）光斑的内部光点数量越多光斑外部轮廓越大。
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN24;TN383.1

【参考文献】

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本文编号：2643204