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激光光束束宽、光束质量和焦移的研究

作　者: 朱莉华
导　师: 聂义友
学　校: 江西师范大学
专　业: 光学
关键词: 束宽二阶矩熵束宽环围功率渐近分析截断光束 M~2因子焦移
分类号: TN241
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 312次
引　用: 1次
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内容摘要

光束质量是衡量激光光束优劣的一项重要指标。历史上光束质量有多种定义，曾针对不同的应用目的提出过不同的评价方法。而光束传输（M²）因子在无光阑限制的近轴光学系统中由光束自身的分布特性唯一确定，与光学系统参数无关，且同时反映光束的近场和远场特性，在数学上又具有严密性，所以在某些情况下，它是评价激光光束质量的一个重要参数。在激光光束质量问题中，光束束宽的定义至关重要。研究了光束束宽的几种常用定义。以高斯光束、厄米高斯光束、超高斯光束、平顶高斯光束和双曲余弦高斯光束为例，计算比较了它们的束腰宽度。结果表明不同定义的束腰宽度是不同的。基于环围功率、二阶矩和熵束宽三种定义法，研究了双曲余弦高斯光束（ChG）通过自由空间的传输和通过透镜的聚焦特性。说明了在自由空间中，二阶矩束宽满足ABCD定律，熵束宽近似满足ABCD定律，而环围功率束宽一般不满足ABCD定律。双曲余弦高斯光束按二阶矩束宽和熵束宽法所得焦移几乎相同，而环围功率法所得焦移则与之不同。使用熵束宽、环围功率和渐近分析法研究比较了截断高斯光束的M²因子和高斯光束通过光阑-透镜分离光学系统的焦移。结果表明，随截断参数δ的增大，三种方法计算的M²因子差异变小。当δ≥2.1时其M²因子都趋于1，且三种方法计算的相对焦移亦相等。使用熵束宽、渐近分析和环围功率法对截断平顶高斯光束的束腰宽度w、远场发散角θ₀和M²因子作了比较研究。结果表明：按不同束宽定义得到的截断平顶高斯光束的w、θ₀和M²因子不同，且与截断参数α／w₀（α—光阑半宽度，w₀—平顶高斯光束初始束腰宽度）有关。随α／w₀的增加，三种方法计算得到的w、θ₀和M²都分别趋于某常数。

全文目录

摘.要  2-3
Abstract  3-7
第1章国内外研究现状  7-20
  1.1 激光传输的研究方法  7-9
  1.2 激光光束质量评价参数  9-11
  1.3 实际激光光束质量的评价  11-14
    1.3.1 实际应用对激光光束质量的要求  11-12
    1.3.2 桶中功率  12-13
    1.3.3 瞄准稳定性  13-14
  1.4 激光光束质量描述方法  14-16
  1.5 聚焦光束的焦移和研究方法  16-19
    1.5.1 聚焦光束的焦移  16-18
    1.5.2 研究焦移的方法  18-19
  1.6 论文研究意义和内容安排  19-20
第2章无截断光束束宽和焦移的研究  20-28
  2.1 束宽的不同定义和典型例  20-22
    2.1.1 束宽的不同定义  20-21
    2.1.2 束宽的典型例  21-22
  2.2 自由空间中的传输  22-25
    2.2.1 双曲余弦高斯光束(ChG)在自由空间中的传输变换  22-23
    2.2.2 ABCD定律  23-25
  2.3 ChG光束焦移的研究  25-27
  2.4 本章小节  27-28
第3章截断光束束宽、光束质量和 M~2因子的研究  28-44
  3.1 截断光束束宽、远场发散角和M~2因子的不同定义  28-30
    3.1.1 熵束宽法  28-29
    3.1.2 渐近分析法  29
    3.1.3 环围功率法  29-30
  3.2 截断高斯光束的M~2因子和焦移  30-35
    3.2.1 截断高斯光束的M~2因子  30-31
    3.2.2 截断高斯光束的焦移  31-35
  3.3 截断平顶高斯光束M~2因子的研究  35-42
    3.3.1 描述平顶分布光束的数学-物理模型  35-36
    3.3.2 平顶高斯光束的特性  36-39
    3.3.3 截断平顶高斯光束的M~2因子  39-42
  3.4 本章小节  42-44
第4章总结  44-45
参考文献  45-52
作者在读期间科研成果简介  52-53
致谢  53-54
声明  54

激光光束束宽、光束质量和焦移的研究

内容摘要

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