基于艾里光束的自成像效应研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:chunxianniunai
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自成像效应(Talbot效应)在光学领域具有重要的研究及应用价值,而艾里光束因其具有自聚焦,无衍射以及自弯曲等传播特性,而且自由空间中的艾里光束的叠加可以产生自成像效应。因此,对加速艾里光束具有调控作用的方法对其自成像效应同样具有调控作用。本文利用解析求解和数值模拟两种方法,研究了如何对艾里光束自成像效应进行调控。利用初始发射角以及动态线性势对基本艾里光束传播轨迹的调控作用,建立动态线性势下具有初始发射角的艾里光束自成像效应的理论模型。从理论和数值两方面对动态线性势中具有初始发射角和横向位移的基本艾里光束叠加的自成像效应进行研究。结果表明,在自由空间和动态线性势下,自成像距离相等,而且利用线性势和初始发射角均可对自成像效应的加速轨迹进行有效的调控。即,通过调整指数梯度和初始发射角,自成像效应可以沿预定的轨迹进行传输。基于cosh-Airy光束的传输特性,从理论和数值模拟两方面研究了cosh-Airy光束叠加的加速自成像效应。结果表明,当cosh调制函数参数的实部起作用时,可以看作两种具有不同衰减因子但传输轨迹相同的艾里光束自成像效应的叠加而产生的新的自成像效应,此时,可通过调节cosh函数的参数、衰减因子以及横向位移来调节其自成像距离。若cosh函数的虚部有效时,出现准自成像效应,其特性与自成像效应相似,可视为具有两种不同初始发射角的艾里光束自成像效应的叠加。证明了cosh函数的参数不仅可以改变加速自成像效应的成像范围,还可以对其成像轨迹进行控制。此外,还进一步研究了选择较大横向位移时产生的自成像效应。最后,通过理论和数值模拟的方法研究了基于圆形艾里光束的自成像效应。由于圆形艾里光束具有自聚焦的传输特性,这使得其自成像效应仅在聚焦前存在,聚焦前的距离限制了自成像效应的范围。也就是说,圆形艾里光束的聚焦前的距离小于第一次自成像效应出现的距离则不会出现自成像效应。通过增加初始圆形艾里光束的主环半径或者增大径向位移的方法扩大自成像效应的成像范围,并且在自由空间中,圆形艾里光束自成像效应的成像轨迹为抛物线型。此外,引入动态线性势实现消除圆形艾里光束的自聚焦现象的目的,使圆形艾里光束在变为高斯光束之前始终有自成像效应的存在,并且自成像效应的成像轨迹由动态线性势决定。
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