两种特殊光束的分析与新元件的设计

发布时间：2018-01-19 20:12

  本文关键词： 无衍射光束 局域空心光束 傅里叶方法 光学设计 轴棱锥　出处：《华侨大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：学位论文设计了两种产生特殊光束的新型元件:产生近似无衍射光束的线性径向梯度折射率透镜,产生局域空心光束的双环透镜。详细介绍了两种新型元件的光学原理及优势,模拟仿真了相关参量对所产生光束质量的影响。除此之外,学位论文首次在特殊光束领域内使用傅里叶方法进行分析与研究,设计实验进行验证,研究结果证明了这种方法的可行性,拓展了对特殊光束的理论分析方法。本论文的主要内容为以下几个方面:1、设计了一种产生长距离、高质量近似无衍射光束的新型光学元件-线性径向梯度折射率透镜(LRGIL)。从应用光学角度和衍射积分理论分析了LRGIL产生近似无衍射光束的原理,用软件进行模拟,得出LRGIL具有传统轴棱锥功效的结论。用Math CAD模拟LRGIL产生长距离近似无衍射光束,得出变化LRGIL的厚度和折射率曲线参数容易改变产生光束无衍射距离的结论,并得到了无衍射距离大于3米的近似无衍射光束。除此之外,LRGIL还有诸多优点,如不易损坏,更加灵活等,在实验和生产中拥有极大的开发潜力。2、设计并展示了产生尺寸可调局域空心光束的新型元件-双环透镜。双环透镜由光罩与平凸透镜组成,结构简单,易于生产。透镜可调制平行光产生参数固定的局域空心光束,通过更换光罩可在较大范围内实现局域空心光束的尺寸调谐。从应用光学角度分析了新型元件的成像原理,推出了产生局域空心光束的参数公式。依据衍射积分理论推导出了透镜后方的光场分布公式并用MATLAB进行数值模拟,使用He-Ne激光做为光源,实验拍摄了局域空心光束的截面光强分布,实验结果与仿真模拟基本吻合。3、使用离散傅里叶方法分析了双环透镜系统产生无衍射光束的过程。在双环透镜系统中用傅里叶方法描述观察面的光强分布,对衍射面进行数据抽样,推出观察面光强分布的离散化傅里叶公式,使用MATLAB进行数值模拟,得到不同位置下的无衍射光束强度分布。设计实验进行验证,理论分析、数值模拟和实验结果相吻合。4、使用离散傅里叶方法研究了非相干光源产生局域空心光束的过程。用菲涅尔衍射的傅里叶方法描述单色平面波产生局域空心光束的光强分布,引入色散公式使得多波长光源同样适用,讨论抽样要求并对变量进行离散化,最后导出了非相干光源产生局域空心光束的离散化傅里叶公式。代入相关参数并用MATLAB进行数值模拟,得到了在不同轴上距离下光束的强度分布;设计用绿光LED产生局域空心光束的实验,数值模拟与实验结果基本吻合,证明了采用傅里叶方法可以较精确地分析非相干光源产生局域空心光束,为该光束的描述提供了一种全新、可靠的方法。本学术论文对拓展无衍射光束的应用具有指导意义,对简化局域空心光束光学系统、实现局域空心光束对粒子的微操控有实际意义,对扩展特殊光束在信息光学中的使用具有重要的参考价值。
[Abstract]:A new type of element - linear radial gradient index lens ( LRGIL ) has been designed and demonstrated by using Fourier method in the field of special light beam . To simplify the local hollow beam optical system , it is of practical significance to realize the micro - manipulation of the local hollow beam to the particle , and has important reference value to the application of the extended special light beam in the information optics .

【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH74

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本文编号：1445394