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部分相干光的相干度调节及其频谱变化

发布时间:2020-07-14 17:25
【摘要】:部分相干光束是介于完全相干光束和完全非相干光束的,我们生活中所有的光束都属于部分相干光束类,而两种极端的光束是很难存在的。研究表明完全相干光传输过程中会出现散斑,焦点偏移,边缘效应等不好的效果。相对而言光束降低相干性变成部分相干光束,会减少上述的不良效果,同时传输中的光强分布会更趋于均匀状况,在这种状况下,光束传输过程中的形状保持更好,传输效率会更高。本文基于光束相干与传输基本理论知识,讨论了不同结构的两种经典部分相干光构造和传输特性。第一种是高斯谢尔模型光束,第二种是高斯型关联为厄米型的特殊空间关联的部分相干光束。研究的主要内容如下:首先,我们对经典高斯谢尔模型光束进行构造,通过经典的4f光学系统,借助Collins公式在理论上和实验上同步研究高斯谢尔模型,实验过程中需要在4f系统的频谱面上加有小孔阵列的振幅滤波片。研究结果表明可以通过调节频谱面上小孔参数对光源平面(出射光束)进行一定的整形,同时初始平面上的束腰半径和相干长度与出射光束参数也有着密切的关联。其次,我们基于高斯型关联函数为厄米型的部分相干光束,从标量和矢量这两个角度对这种部分相干光进行构造,并在传输过程中进行对比分析,研究它们在通过薄透镜后的自由空间传输过程中的频谱变化,我们发现这两种光束在传输过程中会产生红移和蓝移的现象,有着明显的不同,高斯型厄米关联谢尔模型光束厄米项的阶数对频谱移动有着明显的影响。为今后的实验中进行高斯型厄米关联谢尔模型光束通过薄透镜传输的相对频谱移动提供了重要的理论基础和指导方向。
【学位授予单位】:苏州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:O43
【图文】:

示意图,基尔霍夫衍射积分,示意图,激光束传输


2.2 部分相干光束传输基本理论激光束传输基本理论是探究激光束传输过程转化理论,在不考虑光与物质之间作用的许多复杂的细节情况下,研究激光束特性基于经典的麦克斯韦方程组理论。光束传输可以利用几何理论知识光学,矩阵光学知识,波动方程知识,衍射积分理论知识,积分变换法,算子光学法等等[16]多种方法进行处理。在本节中,我们主要介绍一下本篇论文研究工作中主要利用的经典方法。2.2.1 经典的衍射积分公式光束在传输过程遇到障碍物,光束传播就会偏移原来的方向绕过障碍物继续向前传播,这也就是光的衍射现象。常见的衍射现象分为两种,第一种是菲涅尔衍射现象,另一种是夫琅禾费衍射现象。前者研究的是有限间距情况下光束衍射现象,更倾向于我们研究的主体传输规律,所以本节侧重于讨论菲涅尔衍射情况。

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分相干光的理论 部分相干光的相干度调节及发现得到数据结果比较复杂以及不够精确,在之后的探索中利用简易来描述光束传输(即矩阵光学)。矩阵光学[17-18]是光束传输研究方式线性代数中的矩阵乘积研究光束传输过程。矩阵光学利用的这种矩阵束的传输过程,具有更简洁,更形象,更易于计算[19]的优点,从而在程得到重视和应用。下面简要介绍一下利用矩阵光学的研究方法处理:设有一束激光束傍轴通过可以通过一个可以用线性关系描述的光学系线性光学系统,输出函数相对于输入函数也是线性关系)

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图 3-1 加有振幅滤波片 4f 光学系统光路图,L1 和 L2 是相同焦距薄透镜,AF 是振幅滤波片.图 3-1 显示了在频谱面加有振幅滤波片的 4f 光学系统光路图。现在我们给出一束高斯谢尔模型光束通过图 3-1 的 4f 光学系统,我们知道部分相干光束在空间-时间域可以利用互相干函数定义,并且高斯谢尔模型的初始平面的互相干函数[3-5]可以定义为如下: 22 22 11 21 1 22 2, exp exp4 2s sJw r rr rr r (3-1)其中的 r , i i i x y表示初始平面的横向位置矢量,sw 和s 分别代表横向光束宽度大小和横向相干宽度。3.2.2 高斯谢尔模型光束通过具有振幅滤波器的 4f 光学系统的传输高斯谢尔模型光束通过一个具有振幅滤波片的 4f 光学系统,可以分解成两个部

【参考文献】

相关期刊论文 前4条

1 陈亚红;王飞;蔡阳健;;部分相干激光束空间关联结构调控研究进展[J];物理学进展;2015年02期

2 王立刚,蔡阳健,江晓清,林强;利用腔内位相调制改善固体激光器的光束质量[J];中国激光;2001年11期

3 王云山;激光转镜扫描光束的优化和光斑特性分析[J];光电子·激光;1997年04期

4 丘军林;高功率激光器的光束质量及其对激光加工的影响[J];激光技术;1994年02期



本文编号:2755265

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