部分相干紧聚焦光束的快速计算及其应用
发布时间：2021-08-17 21:27
当光束经过透镜时,会发生聚焦现象,生活中,将透镜放在太阳底下,光束就会聚焦到一个点上,我们将这个点称之为焦点。透镜到焦点之间的距离我们称之为焦距。一般的普通透镜聚焦,焦距都是在几厘米到几十厘米之间的。当焦距只有几个毫米时,我们把这种聚焦称之为紧聚焦。研究人员越来越关注紧聚焦光斑,焦点的性质很大程度上取决于入射光。因此,许多研究人员对不同类型入射光束的聚焦特性进行了研究。本文采用快速计算的方法,研究了部分相干光束经过紧聚焦系统之后的传输特性。首先在光源平面,我们利用随机相位屏展开的方法,将部分相干光源展开成多个完全相干子光源的非相干叠加,然后将得到的完全相干子光源经过紧聚焦系统传输,利用理查德-沃夫衍射积分公式,我们可以将完全相干光经过紧聚焦系统的复杂传输公式化简为一个简单的二维傅里叶变换的形式,从而得到在焦平面附近完全相干光的随机电场分布,然后进行非相干叠加,以此来研究部分相干光束在焦平面的统计特性。在第一章,主要对部分相干光和紧聚焦理论的研究动态以及部分相干紧聚焦研究发展的一个简单回顾。在第二章,讲述了部分相干光和紧聚焦理论的基础知识。对于部分相干光,我们是用交叉谱密度函数或者交叉谱...
【文章来源】：苏州大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１紧聚焦模型??当相干模矢量通过数值孔径时，由于透镜的折射，径向偏振单位矢量发生变??
?０．５?１．０??Ａｘ?［ｍｍ］?Ａｒ?［ｍｍ］?Ａｒ?［ｍｍ］??ｉ?！：０?０?彳?Ｉ：：ｋ／Ｗ??－ｉ?Ｂ?ｊ）?３?－〇－５ｔ—????????－１．０?－０．５?０．０?０．５?１．０?－１．０?－０．５?０．０?０．５?１．０?－１．０?－０．５?０．０?０．５?１．０??Ａｒ?［ｍｍ］?Ａｒ?［ｍｍ］?Ａｘ?［ｍｍ］??’〇■■■■?ｍｍ?ｉ１０?ａ??ｉ！：；ＢＩ?Ｋ１ｌｉ：ＬＡｃ??Ａｘ?［ｍｍ］?Ａｘ?［ｍｍ］?Ａ＊?［ｍｍ］??图２．２?ＧＳＭ光束（顶行）、Ｍ＝１０的ＭＧＳＭ光束（第二行）、／＝５的ＬＧＳＭ光束（第三??行）和ｎ＾ｌ，?ｎｖ＝０的ＨＧＳＭ光束（第四行）的标量相干度ｇ（Ａｒ）的解析（左）和数值（中）??结果。初始空间相千宽度Ｓ＝０．２?ｍｍ。第三列表示一维解析结果（灰色实线）和一维数值模拟??结果（黑色虚线）的。数值模拟的结果是由复随机屏叠加得到的。??度和光束宽度分别取５＝０．２?ｍｍ和ｃ〇（）＝ｌ?ｍｍ。数值模拟中使用的其他参数如图２．４??的题注所示。从图２．４可以看出，在焦平面上具有较低空间相干性的紧聚焦部分??相干光束的谱密度，包括横向和纵向的谱密度，与入射光束的标量相干度ｇ丨Ａｒ丨的??密切相关。当相干度为高斯函数时，焦平面上的光谱密度具有高斯分布。而对于??具有ＭＧＳＭ、ＬＧＳＭ和ＨＧＳＭ相干度的入射部分相干光束，焦平面的谱密度将??分别显示出平顶分布、暗空心分布和两个花瓣状分布，这与这些光束在自由空间??的远场或薄透镜的焦平面中产生的光束相似［＾６］。图２．４所示的数值结果表明，??部分相干矢量光束的空间相干性可视为在焦平面上操纵（或塑造
第二章部分相干紧聚焦光束的快速算法?部分相干光束经过紧聚焦系统的快速计算及其应用??０．８?－?一??０．６－?－??Ｍ??０．４－?－??０．２－?－??０．￣?＼?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?｜?■?Ｈ?ｔ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?｜?Ｉ?ｉｉ＿＿ｋｌｈ｜?ｉ?ｉ?ｉｉｌｉｉｌ??１０°?１０１?１０２?１０３?１０４??Ｎ??图２．３?／＝５和８＝０．２?ｍｍ的ＬＧＳＭ光束，的数值模拟结果和解析结果的相似性与随机??屏数Ｎ之间的关系。形状区域和实线分别表示１０个独立模式的相似性标准差和平均值。??和纵向光谱密度的自由度。因此，通过控制入射光束的空间相干分布，可以对聚??焦处的光学力（例如，光学梯度力）进行反向操纵。??为了研宄入射光束的初始空间相干宽度５对焦平面中紧聚焦部分相干场光谱??密度的影响，我Ｃ１在图２．５中研宄了总光谱密度５卜，０卜横向光谱密度??和纵向光谱密度＆卜０）在不同５的紧聚焦部分相千径向偏振ＬＧＳＭ??光束。从图２．５可以看出，谱密度随初始空间相干宽度的增加而变化。这是因为??随着初始空间相干宽度的增加，相干度分布的影响减小，而初始偏振结构的作用??增大。因此，从图２．５可知，随着５的增加，纵向光谱密度从暗空心光束（由??相干度分布引起）逐渐变为亚波长光束光斑（由入射光束的径向偏振分布引起）。??对于横向谱密度和总谱密度，在空间相干性很低的情况下，随着初始空间相干性??宽度的增加，暗空区逐渐消失，而当初始相干性宽度较大时，暗空区再次出现。??此外，我们从图２．５中发现，随着初始空间相干性的增加，纵向场所携带的能量??与总能量之比增加，这与文献［
【参考文献】：
期刊论文
[1]Optically induced rotation of Rayleigh particles by arbitrary photonic spin[J]. GUANGHAO RUI,YING LI,SICHAO ZHOU,YUSONG WANG,BING GU,YIPING CUI,QIWEN ZHAN. Photonics Research. 2019(01)
[2]利用腔内位相调制改善固体激光器的光束质量[J]. 王立刚,蔡阳健,江晓清,林强. 中国激光. 2001(11)
[3]激光转镜扫描光束的优化和光斑特性分析[J]. 王云山. 光电子·激光. 1997(04)
[4]高功率激光器的光束质量及其对激光加工的影响[J]. 丘军林. 激光技术. 1994(02)
本文编号：3348530
【文章来源】：苏州大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１紧聚焦模型??当相干模矢量通过数值孔径时，由于透镜的折射，径向偏振单位矢量发生变??
?０．５?１．０??Ａｘ?［ｍｍ］?Ａｒ?［ｍｍ］?Ａｒ?［ｍｍ］??ｉ?！：０?０?彳?Ｉ：：ｋ／Ｗ??－ｉ?Ｂ?ｊ）?３?－〇－５ｔ—????????－１．０?－０．５?０．０?０．５?１．０?－１．０?－０．５?０．０?０．５?１．０?－１．０?－０．５?０．０?０．５?１．０??Ａｒ?［ｍｍ］?Ａｒ?［ｍｍ］?Ａｘ?［ｍｍ］??’〇■■■■?ｍｍ?ｉ１０?ａ??ｉ！：；ＢＩ?Ｋ１ｌｉ：ＬＡｃ??Ａｘ?［ｍｍ］?Ａｘ?［ｍｍ］?Ａ＊?［ｍｍ］??图２．２?ＧＳＭ光束（顶行）、Ｍ＝１０的ＭＧＳＭ光束（第二行）、／＝５的ＬＧＳＭ光束（第三??行）和ｎ＾ｌ，?ｎｖ＝０的ＨＧＳＭ光束（第四行）的标量相干度ｇ（Ａｒ）的解析（左）和数值（中）??结果。初始空间相千宽度Ｓ＝０．２?ｍｍ。第三列表示一维解析结果（灰色实线）和一维数值模拟??结果（黑色虚线）的。数值模拟的结果是由复随机屏叠加得到的。??度和光束宽度分别取５＝０．２?ｍｍ和ｃ〇（）＝ｌ?ｍｍ。数值模拟中使用的其他参数如图２．４??的题注所示。从图２．４可以看出，在焦平面上具有较低空间相干性的紧聚焦部分??相干光束的谱密度，包括横向和纵向的谱密度，与入射光束的标量相干度ｇ丨Ａｒ丨的??密切相关。当相干度为高斯函数时，焦平面上的光谱密度具有高斯分布。而对于??具有ＭＧＳＭ、ＬＧＳＭ和ＨＧＳＭ相干度的入射部分相干光束，焦平面的谱密度将??分别显示出平顶分布、暗空心分布和两个花瓣状分布，这与这些光束在自由空间??的远场或薄透镜的焦平面中产生的光束相似［＾６］。图２．４所示的数值结果表明，??部分相干矢量光束的空间相干性可视为在焦平面上操纵（或塑造
第二章部分相干紧聚焦光束的快速算法?部分相干光束经过紧聚焦系统的快速计算及其应用??０．８?－?一??０．６－?－??Ｍ??０．４－?－??０．２－?－??０．￣?＼?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?｜?■?Ｈ?ｔ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?｜?Ｉ?ｉｉ＿＿ｋｌｈ｜?ｉ?ｉ?ｉｉｌｉｉｌ??１０°?１０１?１０２?１０３?１０４??Ｎ??图２．３?／＝５和８＝０．２?ｍｍ的ＬＧＳＭ光束，的数值模拟结果和解析结果的相似性与随机??屏数Ｎ之间的关系。形状区域和实线分别表示１０个独立模式的相似性标准差和平均值。??和纵向光谱密度的自由度。因此，通过控制入射光束的空间相干分布，可以对聚??焦处的光学力（例如，光学梯度力）进行反向操纵。??为了研宄入射光束的初始空间相干宽度５对焦平面中紧聚焦部分相干场光谱??密度的影响，我Ｃ１在图２．５中研宄了总光谱密度５卜，０卜横向光谱密度??和纵向光谱密度＆卜０）在不同５的紧聚焦部分相千径向偏振ＬＧＳＭ??光束。从图２．５可以看出，谱密度随初始空间相干宽度的增加而变化。这是因为??随着初始空间相干宽度的增加，相干度分布的影响减小，而初始偏振结构的作用??增大。因此，从图２．５可知，随着５的增加，纵向光谱密度从暗空心光束（由??相干度分布引起）逐渐变为亚波长光束光斑（由入射光束的径向偏振分布引起）。??对于横向谱密度和总谱密度，在空间相干性很低的情况下，随着初始空间相干性??宽度的增加，暗空区逐渐消失，而当初始相干性宽度较大时，暗空区再次出现。??此外，我们从图２．５中发现，随着初始空间相干性的增加，纵向场所携带的能量??与总能量之比增加，这与文献［
【参考文献】：
期刊论文
[1]Optically induced rotation of Rayleigh particles by arbitrary photonic spin[J]. GUANGHAO RUI,YING LI,SICHAO ZHOU,YUSONG WANG,BING GU,YIPING CUI,QIWEN ZHAN. Photonics Research. 2019(01)
[2]利用腔内位相调制改善固体激光器的光束质量[J]. 王立刚,蔡阳健,江晓清,林强. 中国激光. 2001(11)
[3]激光转镜扫描光束的优化和光斑特性分析[J]. 王云山. 光电子·激光. 1997(04)
[4]高功率激光器的光束质量及其对激光加工的影响[J]. 丘军林. 激光技术. 1994(02)
本文编号：3348530
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wulilw/3348530.html
最近更新
教材专著
