光束的聚焦特性与光束整形的研究

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1、华侨大学硕士研究生毕业论文论文摘要激光的广泛应用使得光束的传输变换、光束质量的控制和对激光束特性的研究在理论和实践方面都有着重要的意义。通常认为激光的基本特性是方向性好、单色性好、相干性高和亮度高。以前人们将激光光束良好的方向性归结于它的高空间相干性，因此，对完全相干光进行了一系列的研究。近年来的研究表明，高相干性并不是光束良好方向性的必要条件，部分相干光源也可以产生与激光一样的远场光强分布。同时，部分相干光在某些实际应用中，比完全相干光更具优越性，例如部分相干光束在大气中传输时所受大气骚动的影响要比完全相干光小得

2、多，另外又因具有光强比较均匀，对散斑低灵敏等优点而被应用于激光核聚变等领域。因此对部分相干光的研究也是非常有意义的。另一方面，随着激光技术的发展，光束整形技术也成为人们研究的热门课题。本论文对完全相干光以及部分相干光的聚焦特性进行了详细的讨论，并对光束整形进行了实验研究，主要工作包括：1.从惠更斯-菲涅耳原理出发，推导了球面波被轴棱锥聚焦的光场表达式，分析了菲涅耳数和球面波的曲率半径对聚焦光场的影响。2.基于等效菲涅耳数的概念，研究了平面波被柱面透镜聚焦的光场分布情况，以及焦移随等效菲涅耳数的变化关系。同时，也从传

3、统的数值计算法出发进行了研究，并对两种方法进行了比较。3.从广义惠更斯-菲涅耳衍射积分方程（Collins公式）出发，推第1页共106页光束的聚焦特性与光束整形的研究导了谢尔模型光束经球差透镜聚焦后的传输公式，并研究了菲涅耳数、空间相干度和透镜球差对聚焦光场及焦移的影响。4.基于等效菲涅耳数的概念，对部分相干光经透镜聚焦的光场进行了研究。研究表明，聚焦光场的焦移可以用解析表达式简单的表示为等效菲涅耳数的函数。另外，我们还将这种方法与基于Collins公式的数值计算法进行了比较。5.研究了聚焦部分相干光被衍射屏衍射的

4、普遍情况，得到了普遍适用的等效菲涅耳数及焦移表达式，并对几种具体情况下的等效菲涅耳数及衍射光场的焦移情况进行了研究。结果表明，对等效菲涅耳数的定义以及由此确定的焦移简单而准确，可以作为一种新的方法来获得衍射光场的焦移。6.从广义惠更斯-菲涅耳衍射积分方程（Collins公式）出发，推导了一类具有特殊相干度形式的部分相干光经透镜聚焦后的光强分布，在理论上获得了局域空心光束，并研究了空间相干度、拦截比和菲涅耳数对部分相干局域空心光束的影响。7.利用环形光阑-透镜系统和轴棱锥-透镜系统两种方法来聚焦部分相干光，在实验上实

5、现了部分相干局域空心光束，用CCD记录了部分相干局域空心光束演变的过程，并研究了两个系统中各参数对部分相干局域空心光束的影响。此外，通过环形光阑-透镜系统，在实验上实现了平顶光束，并找出了影响两处平顶光束之间距离和两处平顶光束尺寸的因素。8.提出了一种结构简单且容易调节的贝塞耳光束实现方法，即第2页共106页华侨大学硕士研究生毕业论文利用毛细管对激光束进行选模，从而得到贝塞耳光束。我们还对影响贝塞耳光束的系统参数进行了研究。关键词：聚焦焦移光束整形第3页共106页光束的聚焦特性与光束整形的研究AbstractBec

6、auseofthelaser’sextensiveapplications,beamtransmission,qualitycontrolofthebeamandresearchonthepropertiesofthebeambecomeinterestingandnecessaryinboththeoryandpractice.Itisgenerallybelievedthatthebasicpropertiesofthelaseraregooddirection,monochromaticity,highcoh

7、erenceandhighbrightness.Atonetime,peopleattributedthelaserbeam’sgooddirectiontoitshighcoherence,andthereforetookseriesofresearchonthefullycoherentbeams.However,inrecentyears,itisshownthatthehighcoherenceisnotarequirementforthegooddirection，thesourcewithpartial

8、lycoherencecanalsoproducethesamefar-fieldintensitydistributionasalaser.Whatismore,inpracticalapplications,thepartiallycoherentbeamsaredemonstratedtohaveadvantagesoverthespatialcomp