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部分相干光经像差光学系统的传输和光谱特性研究

作　者: 丁超亮
导　师: 彭玉峰；潘留占
学　校: 河南师范大学
专　业: 原子与分子物理
关键词: 部分相干光像差焦移光谱变化光谱开关
分类号: O436
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

激光束的聚焦和光谱特性是现代光学研究的主要内容,对现代光学理论和激光技术的发展具有重要意义。本文从部分相干光的传输理论出发,以模拟实际多模激光的一类典型部分相干光——高斯-谢尔模型(GSM)光束为主要研究对象,对部分相干光束通过有像差光学系统的传输特性和光谱变化进行了深入研究。介绍了研究光束传输变换的基本理论方法,包括矩阵光学方法和衍射积分方法。阐述了描述部分相干光束的数学-物理模型,包括高斯-谢尔模型(GSM)光束、准单色矢量高斯-谢尔模型光束即准单色部分偏振高斯-谢尔模型(PGSM)光束和有扭曲的各向同性高斯-谢尔模型(TGSM)光束。在此基础上,本文进行的主要工作有:根据光学系统的传输矩阵和部分相干光的传输理论,推出了GSM光束通过光阑像散透镜的传输公式。通过数值分析计算表明,被光阑像散透镜聚焦的高斯-谢尔模型光束的轴上光强分布、轴上最大光强和轴上最大光强位置与透镜的像散、光场的相关性、光阑截断参数和菲涅耳数有关。详细分析了这些参数对GSM光束聚焦特性的影响。基于空间-时间域中互强度的传输理论和BCP矩阵处理方法,首次研究了PGSM光束通过光阑球差透镜的传输变换特性,推导出了PGSM光束传输表达式,可以对PGSM光束偏振和光强的传输变化进行分析。数值计算结果表明,系统球差影响PGSM光束的轴上光强分布和偏振度。同时对PGSM光束通过光阑球差透镜分离系统的焦移和焦开关进行了研究,着重分析了球差和相关参数对焦开关的影响。从部分空间相干光的传输理论出发,对被光阑像散透镜聚焦GSM光束轴上的光谱变化和光谱开关作了研究。对实际光学透镜,除了空间相关诱导的光谱变化外,透镜像散也会诱导光谱变化。像散会使光谱开关出现的位置发生变化,随着像散增大到一定程度,光谱开关出现的位置会明显向聚焦几何焦面方向移动。特别是当像散系数C6大到一定程度,光谱开关会消失。采用衍射积分方法,分析了扭曲高斯谢尔-模型光束被光阑衍射诱导的光谱变化和光谱开关。着重强调扭曲因子μ对光谱变化和光谱开关的影响。结果表明,扭曲因子可以改变出现光谱开关的临界位置,并且扭曲因子μ可使光谱的最小值Smin增加、光谱跃迁量Δ减小。无像差GSM光束的光谱可以作为TGSM光束的一种特殊情况μ=0。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
1 引言  7-10
  1.1 研究背景  7-8
  1.2 国内外研究现状  8-9
  1.3 本论文的主要内容和安排  9-10
2 部分相干光传输变换的主要研究方法  10-14
  2.1 矩阵光学法  10-12
  2.2 衍射积分法  12-14
3 描述部分相干光的数学-物理模型  14-19
  3.1 像差的表示  14
  3.2 高斯-谢尔模型（GSM）光束  14-16
  3.3 部分偏振高斯-谢尔模型（PGSM）光束  16-18
  3.4 扭曲高斯谢尔-模型（TGSM）光束  18-19
4 部分相干光束的传输特性  19-39
  4.1 GSM 光束通过光阑像散透镜的聚焦特性  19-24
  4.2 PGSM 光束通过光阑球差透镜的聚焦特性  24-31
  4.3 PGSM 光束通过光阑球差透镜分离系统的焦移和焦开关  31-39
5 部分相干光束的光谱变化  39-56
  5.1 GSM 光束通过光阑像散透镜的光谱移动和光谱开关  39-49
  5.2 被光阑衍射扭曲高斯-谢尔模型（TGSM）光束的光谱移动和光谱开关  49-55
  5.3 本章小结  55-56
6 总结  56-57
参考文献  57-63
致谢  63-64
攻读学位期间的科研成果  64-65

部分相干光经像差光学系统的传输和光谱特性研究

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