部分相干光束聚焦特性的研究

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1、陈媛：部分相干光束聚焦特性的研究原创性声明和版权声明原创性声明本人声明兹呈交的学位论文是本人在导师指导下完成的研究成果。论文写作中不包含其他人已经发表或撰写过的研究内容，如参考他人或集体的科研成果，均在论文中以明确的方式说明。本人依法享有和承担由此论文所产生的权利和责任。学位论文作者签名：日期：学位论文版权使用授权声明本人同意授权华侨大学有权保留并向国家机关或机构送交学位论文和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅。论文作者签名：指导教师签名：签名日期：签名日期：1陈媛：部分相干光束聚焦特性的研究论文摘要自从激

2、光产生以来，人们对完全相干光束的传输及聚焦特性已经进行了广泛的研究。近年来，许多研究者开始对部分相干光束的聚焦特性产生了浓厚兴趣。因为部分相干光不仅为理论研究提供了可用来描述多横模的高功率激光光束的理论模型，而且在某些实际应用中，部分相干光比完全相干光更具优越性。例如，部分相干光在大气中传输时发散程度要比完全相干光小得多；并且部分相干光束具有光强比较均匀，对散斑低灵敏等优点。基于部分相干光的诸多优点，科研人员在对部分相干光长期研究的基础上发展了以部分相干光为载体的部分涡旋光束。这种光束不仅具备普通部分相

3、干光束的优越性能，而且还具有其自身的特点。我们知道，涡旋光束可以用来囚禁微观粒子，对微观粒子进行旋转，用于光束的灵敏探测以及在非线性介质中形成光波导。许多研究已经表明，涡旋光束的轨道角动量本征态可以构建高维Hibert空间，将之应用于数据存储中，可以实现比传统方法更高的数据存储密度。因此，对部分相干光及部分相干涡旋光束的聚焦和传输特性的研究显得尤为重要。这篇学位论文主要由以下三部分内容组成：部分相干光束的聚焦与传输特性部分相干涡旋光束的聚焦与传输特性部分相干涡旋光束聚焦的极限情况——部分相干涡旋光束经大

4、数值孔径聚焦系统聚焦我们所做的主要工作包括：1．基于部分相干光的传输方程,研究了光强为高斯分布、空间相干度函数为零阶贝塞尔函数的部分相干光束的聚焦特性。详细讨论了入射的部分相干光束的光强分布、部分相干光束的空间相干度对几何焦2陈媛：部分相干光束聚焦特性的研究点附近光强分布的影响。并且，在几何焦点附近获得了平顶光束或局域空心光束。2．从菲涅耳衍射积分公式出发推导了多色高斯光束被球差透镜衍射后光强分布的解析式，并进行了数值模拟和物理分析。另外还将其与单色高斯光束被球差透镜衍射后的光强分布情况进行比较。并且，

5、详细分析了多色高斯光束的光谱半宽对衍射场轴上光强、横向光强分布的影响。3．从部分相干光的交叉谱密度函数传输公式出发推导了高斯谢尔模型（GSM）光束被球差透镜衍射后轴上光强分布的表达式，详细分析了透镜的球差系数、GSM光束的束腰和空间相干度对衍射场轴上光强分布的影响。4．从广义惠更斯-菲涅耳衍射积分方程（Collins公式）出发，推导了部分相干涡旋光束在自由空间中传输的表达式。深入讨论了部分相干光束的空间相干度，以及拓扑电荷数对光场中光强分布的影响。5．基于经典Debye理论,推导了整数阶及分数阶角向偏振

6、涡旋光束经大数值孔径系统聚焦后的光强分布表达式。着重讨论了拓扑电荷数，数值孔径,以及透过率对聚焦场光强分布的影响。6．基于经典Debye理论，推导了部分相干涡旋光束经大数值孔径系统聚焦后的光强分布解析式。详细分析了入射光场的相干度以及拓扑电荷数对聚焦光场光强分布以及相干度分布的影响。关键词：部分相干光高斯谢尔模型部分相干涡旋光束聚焦大数值孔径3陈媛：部分相干光束聚焦特性的研究AbstractSincetheinventionoflaser,thepropertyoftransmissionandfocu

7、singofspatiallycompletelycoherentbeamhasextensivelybeenstudied.Recently,manyinvestigatorsturntostudythecharacteristicsoffocusingofthepartiallycoherentbeams,becausehighpowerlaserbeamwiththemulti-transversemodecantheoreticallybedescribedbypartiallycoherent

8、beams.Moreover,thepartiallycoherentbeamsaresuperiortospatiallycompletelycoherentbeamsinpracticalapplications.Forexample,partiallycoherentbeamsarenotsensitivetospeckleandtheyarelessinfluencedbyturbulencethanthespatiallycomp