光学系统中光阑对激光传输特性影响研究

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当今时代,激光光束的传输变换成为科学领域的热门课题,对于激光束解析问题可视为激光光学的重中之重。若将入射平面上激光束的复振幅分布作为已知量,确定激光光束通过光学系统、或是含光阑和类似光学元件的光学系统后的某一出射面上的复振幅分布的方法就是激光光学研究的主要问题。一些光学系统对光束的偏振特性有要求,还有一些特殊的光学系统,例如多孔径光学系统,光纤系统还会对光学系统中光阑的分布有更多的要求。但就目前为止,关于偏振光束经多种形状光阑(尤其是阵列分布的光阑)后的传输特性的研究还少有报道,光束的偏振状态会直接影响到光学系统的成像质量(例如具有超大数值孔径的光学系统),且不同性质的激光光束经过不同形状的光阑后的传输特性也会有所不同,故研究不同种激光光束经多种形状光阑后的传输特性变得很有意义,其研究结果对实际光学系统设计以及激光束控制有一定的借鉴和指导作用。本文首先以偏振的平顶-谢尔模型为研究对象,基于电磁波的相干偏振统一理论和复高斯函数展开法,结合Collins公式,根据Stokes矢量理论推导出了该光束经光阑衍射后的交叉谱密度、光强、偏振度的表达式,研究了其通过阵列光阑以及方孔光阑后的光强和偏振度的变化,接下来以非偏振的圆平顶-高斯光束为例,推导出了该光束经光阑衍射后的交叉谱密度、光强、偏振度的表达式研究了其经过不同形式光阑的光强分布。最后,研究了偏振光束的偏振态分布,并利用准直镜头实例对该部分进行应用。论文的研究成果如下:(1)偏振的平顶-谢尔模型光束经两种光阑衍射后,光强在近场区受波长,圆孔的尺寸,光阑的截断参数影响较大,并且伴有强烈的震荡现象,在波长一定的情况下,圆孔的尺寸对光束近场向远场衍射的过渡距离产生影响。随着距离的增大,光束本身的能量减弱,波长,圆孔的大小,以及光阑的截断参数对光强的影响变弱。(2)偏振的平顶-谢尔模型光束光束经阵列圆孔光阑衍射后,偏振度受x方向衍射角、光阑截断参数的影响明显,受空间相干长度的影响不大;而光束经方孔光阑衍射后,偏振度受空间相干长度、X方向衍射角的影响明显,受光阑截断参数的影响不大,可见偏振度的分布与光阑的形状有关。(3)非偏振的圆平顶-高斯光束经不同形状的光阑衍射后,光强分布在传输距离z/z0<2时受光阑的形状影响较大,在传输距离z/z。>2以后,这种影响程度逐渐消失,最终光强的变化曲线将趋于平稳。
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