论文部分内容阅读
光束聚焦中的焦开关特性研究是现代光学中新兴的重要研究内容,对现代光学和激光技术的发展具有重要意义。本论文首先介绍焦开关的相关研究背景及进展,阐述了焦开关研究的相关基础理论和分析方法,描述了本论文所用光束模型。本论文进行的主要工作有:1.从广义惠更斯-菲涅尔衍射积分方程出发,推导出余弦高斯光束通过无光阑像散透镜光学系统的传输公式;详细分析了该系统中聚焦光束的光强分布及焦移;首次发现了激光光束通过像散光学系统后的多次焦开关,研究了像散参数、光束参数、菲涅尔数等物理参数对焦开关产生的影响;发现了:光束通过有像散透镜的光学系统后,在一定参数条件下,随着系统几何参数的改变,不仅在系统几何参数等于1.0,即入射面在透镜前焦点位置时发生通常所说的焦开关,而且在系统几何参数不等于1.0的其它值也可以产生焦开关,且焦开关可以在几何焦点左侧和右侧多次产生。研究了相对焦移随各系统参数变化的规律,给出影响多次焦开关产生的像散参数取值范围。详细分析了多次焦开关的产生过程,并从传输公式出发对多次焦开关的产生作了物理诠释。2.从部分相干光的传输理论出发,采用Collins公式导出了部分相干修正贝塞尔-高斯光束通过光阑像散透镜光学系统的轴上光强分布函数;分别讨论了菲涅尔数,截断参数,像散参数,谱相干度相关参数对光束聚焦特性的影响。研究发现不仅完全相干光存在多次焦开关,部分相干光通过有一定像散的光阑透镜聚焦也存在多次焦开关;同时在一定像散参数范围下改变与谱相干度相关的参数的大小能得到实际焦点位置的跃变。详细分析了多次焦开关的产生过程,通过研究各参数对焦开关的影响,得出产生多次焦开关的条件,即在一定截断参数范围内轴上光强存在多个极大值点,通过改变像散参数会得到多个光强极大值点之间的相互竞争,出现多次焦开关。3.应用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式,研究了厄米-余弦-高斯光束通过像散光学系统的聚焦特性及焦开关。大量的数值计算表明厄米-余弦-高斯光束在一定参数条件下也能产生多次焦开关。详细讨论了像散参数及菲涅尔数影响下的相对焦移变化规律,提出通过增大菲涅尔数可以在较小的像散条件下获得多次焦开关。通过研究不同模数的厄米-余弦-高斯光束通过像散透镜光学系统的聚焦光强分布和焦开关,讨论了模数对厄米-余弦-高斯光束通过像散透镜后的轴上光强分布以及空间光强分布的影响;确定了像散在产生轴上光强分布的多次焦开关过程中的重要作用。