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零级贝塞尔光束的“无衍射”特性及其应用研究

作　者: 薛冬梅
导　师: 国承山
学　校: 山东师范大学
专　业: 光学
关键词: 贝塞尔光束衍射光学局域空心光束干涉自成像
分类号: O436.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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引　用: 1次
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内容摘要

Durnin J.提出自由空间波动方程具有零级贝塞尔函数形式的解,这种零级贝塞尔函数形式解对应的光束,称为零级贝塞尔光束。根据零级贝塞尔函数的性质,光场将分布于一个有中央主极大的同心圆环系列中,并在传播过程中保持这种分布不变。实验证明零级贝塞尔光束的中心光斑在传播过程中的确具有“无衍射”的性质,故也称为无衍射光束。无衍射光束这种光斑图案不随传播距离的变化而变化的特殊传播性质,使它在激光加工、激光准直、光学微操纵、原子光学等领域有很好的应用前景.由于无衍射光在纵向各位置处的光斑图案都是相同的,所以使得它在横向能精确定位的同时,纵向却无法定位。为此,我们通过对几束零级贝塞尔光束的相干叠加,产生一种局域空心光束,这种光束在横向还是一种同心环光斑,仍可用于精密对准,而在不同纵向位置,这些同心环的分布是周期性变化的,分析、计算这些光环结构参量,将有可能提供一种三维空间位置对准的方法。本论文以零级贝塞尔光束为主要研究对象,重点开展了以下几个方面的研究:1.通过严格的理论推导得出平面波照明环缝时可以在透镜后产生零级贝塞尔光束的结论,并导出了此零级贝塞尔光束的最大传播距离。为接下来的研究奠定了理论基础。2.对双贝塞尔光束的传播特性进行了分析。当两个零级贝塞尔光束在一定条件下相干叠加时会在光轴上形成一系列高质量的局域空心光束。进一步分析了这种阵列局域空心光束的大小、阵列周期及局域空心光束的质量与双贝塞尔光束和光路参量的定量关系;推导了双贝塞尔光束叠加时在中心暗斑位置达到完全干涉相消的条件及产生最佳局域空心光束内外环缝半径的比值。该研究为进一步设计制备基于双贝塞尔光束干涉实现阵列局域空心光束的新型衍射光学元件提供了理论依据和设计参量。3.利用衍射的角谱分析方法再次对零级贝塞尔光束的无衍射传播特性进行了验证,并对由多个零级贝塞尔光束相干叠加形成的三维衍射光场的分布特征进行了理论分析。分析表明,当相干叠加的各贝塞尔光束的有关参量满足一定条件时,其衍射光场具有衍射自成像特性,即光场分布随衍射距离发生周期性重复。模拟结果验证了理论分析结果的正确性。通过计算机模拟还进一步发现,相干叠加的多贝塞尔光束也会在光轴上形成一系列更高质量的局域空心光束。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-10
第一章综述  10-14
  1.1 光的衍射现象  10-11
   1.2 无衍射光束  11-13
  1.3 本文研究和论述的主要内容及研究成果  13-14
第二章贝塞尔光束及其实现方法  14-20
  2.1 环缝法  15-16
  2.2 锥形透镜法  16
  2.3 全息法  16-17
  2.4 谐振腔法  17
  2.5 球面相差法  17-18
  2.6 几种产生无衍射J_0光束方法的比较  18-20
第三章零级贝塞尔光束的空间衍射特性  20-30
  3.1 零级贝塞尔光束的数学描述  20-25
  3.2 影响零级贝塞尔光束相关参数的分析  25-27
  3.3 无衍射光束的最大传播距离  27-28
  3.4 本章小结  28-30
第四章双贝塞尔光束干涉产生的局域空心光束  30-43
  4.1 双贝塞尔光束的空间衍射特性  30-33
  4.2 双环缝干涉的最大传播距离  33-34
  4.3 轴向衍射光场的变化规律研究  34-36
  4.4 干涉相消产生阵列局域空心光束的条件分析  36-37
  4.5 局域空心光束的空间结构分析  37-40
  4.6 本章小结  40-43
第五章多贝塞尔光束相干叠加的衍射特性  43-53
  5.1 角谱法原理介绍  43-46
  5.2 多贝塞尔光束的衍射传播特性  46-48
  5.3 对多贝塞尔光束相干叠加的计算机模拟  48-50
  5.4 本章小结  50-53
第六章结论  53-56
  6.1 本论文的主要研究成果  53-54
  6.2 拟进一步开展的工作  54-56
参考文献  56-61
攻读硕士学位期间发表的文章目录  61-63
致谢  63

零级贝塞尔光束的“无衍射”特性及其应用研究

内容摘要

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