激光光束通過像散光學(xué)系統(tǒng)的聚焦特性研究.pdf

1、光束聚焦中的焦開關(guān)特性研究是現(xiàn)代光學(xué)中新興的重要研究內(nèi)容，對現(xiàn)代光學(xué)和激光技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。本論文首先介紹焦開關(guān)的相關(guān)研究背景及進(jìn)展，闡述了焦開關(guān)研究的相關(guān)基礎(chǔ)理論和分析方法，描述了本論文所用光束模型。本論文進(jìn)行的主要工作有： 1.從廣義惠更斯-菲涅爾衍射積分方程出發(fā)，推導(dǎo)出余弦高斯光束通過無光闌像散透鏡光學(xué)系統(tǒng)的傳輸公式；詳細(xì)分析了該系統(tǒng)中聚焦光束的光強(qiáng)分布及焦移；首次發(fā)現(xiàn)了激光光束通過像散光學(xué)系統(tǒng)后的多次焦開關(guān)，研究了

2、像散參數(shù)、光束參數(shù)、菲涅爾數(shù)等物理參數(shù)對焦開關(guān)產(chǎn)生的影響；發(fā)現(xiàn)了：光束通過有像散透鏡的光學(xué)系統(tǒng)后，在一定參數(shù)條件下，隨著系統(tǒng)幾何參數(shù)的改變，不僅在系統(tǒng)幾何參數(shù)等于1.0，即入射面在透鏡前焦點(diǎn)位置時發(fā)生通常所說的焦開關(guān)，而且在系統(tǒng)幾何參數(shù)不等于1.0的其它值也可以產(chǎn)生焦開關(guān)，且焦開關(guān)可以在幾何焦點(diǎn)左側(cè)和右側(cè)多次產(chǎn)生。研究了相對焦移隨各系統(tǒng)參數(shù)變化的規(guī)律，給出影響多次焦開關(guān)產(chǎn)生的像散參數(shù)取值范圍。詳細(xì)分析了多次焦開關(guān)的產(chǎn)生過程，并從傳輸公式

3、出發(fā)對多次焦開關(guān)的產(chǎn)生作了物理詮釋。 2.從部分相干光的傳輸理論出發(fā)，采用Collins公式導(dǎo)出了部分相干修正貝塞爾-高斯光束通過光闌像散透鏡光學(xué)系統(tǒng)的軸上光強(qiáng)分布函數(shù)；分別討論了菲涅爾數(shù)，截斷參數(shù)，像散參數(shù)，譜相干度相關(guān)參數(shù)對光束聚焦特性的影響。研究發(fā)現(xiàn)不僅完全相干光存在多次焦開關(guān)，部分相干光通過有一定像散的光闌透鏡聚焦也存在多次焦開關(guān)；同時在一定像散參數(shù)范圍下改變與譜相干度相關(guān)的參數(shù)的大小能得到實際焦點(diǎn)位置的躍變。詳細(xì)分析了

4、多次焦開關(guān)的產(chǎn)生過程，通過研究各參數(shù)對焦開關(guān)的影響，得出產(chǎn)生多次焦開關(guān)的條件，即在一定截斷參數(shù)范圍內(nèi)軸上光強(qiáng)存在多個極大值點(diǎn)，通過改變像散參數(shù)會得到多個光強(qiáng)極大值點(diǎn)之間的相互競爭，出現(xiàn)多次焦開關(guān)。 3.應(yīng)用廣義惠更斯-菲涅耳衍射積分公式，研究了厄米-余弦-高斯光束通過像散光學(xué)系統(tǒng)的聚焦特性及焦開關(guān)。大量的數(shù)值計算表明厄-余弦-高斯光束在一定參數(shù)條件下也能產(chǎn)生多次焦開關(guān)。詳細(xì)討論了像散參數(shù)及菲涅爾數(shù)影響下的相對焦移變化規(guī)律，提出通