拉盖尔-高斯涡旋光束在Kerr介质中放大特性的数值研究

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作者 汤燕华 马再如 《激光杂志》 北大核心 2025年第1期50-60,共11页

拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian,LG)涡旋光束是当前研究热点之一,随着研究的深入,其在介质中的传输特性也得到了关注。基于非线性波动方程,采用分步傅里叶算法计算LG涡旋光束在Kerr介质中的放大特性。研究了LG涡旋光束的拓扑荷数、束腰... 拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian,LG)涡旋光束是当前研究热点之一,随着研究的深入,其在介质中的传输特性也得到了关注。基于非线性波动方程,采用分步傅里叶算法计算LG涡旋光束在Kerr介质中的放大特性。研究了LG涡旋光束的拓扑荷数、束腰宽度和入射光束峰值光强等参数对其强度、频谱、轨道角动量(OAM)谱和相位分布的影响。数值研究结果表明:LG涡旋光束经Kerr介质放大后,光束由圆形分布逐渐向类椭圆形分布演化,且其中心凹陷部分半径逐渐减小;光强增强,且增强区的光强起伏;在不同的方位角上,峰值光强会向内(如θ=π/4)或向外(如θ=π/2)漂移;频谱强度增强,且宽度展宽;另外,将激化产生新的OAM成分的光束。减小拓扑荷数、入射峰值光强和增大束腰宽度可以降低克尔效应对光束放大的影响,同时可以有效减小B积分的大小。 展开更多

关键词 非线性光学 波动方程 分步傅里叶算法 拉盖尔-高斯涡旋光束 轨道角动量谱 B积分

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复宗量拉盖尔-高斯光束通过矩形光阑的传输 被引量：3

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作者 高曾辉 邹其徽 吕百达 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2006年第2期152-154,共3页

利用拉盖尔-高斯模和厄米-高斯模的变换公式,并使用将二维矩孔光阑窗口函数展开为有限个复高斯函数之和的方法,得到了复宗量拉盖尔-高斯(LG)光束通过含矩形硬边光阑近轴ABCD光学系统的变换的解析传输公式,并对复宗量LG光束通过矩形硬边... 利用拉盖尔-高斯模和厄米-高斯模的变换公式,并使用将二维矩孔光阑窗口函数展开为有限个复高斯函数之和的方法,得到了复宗量拉盖尔-高斯(LG)光束通过含矩形硬边光阑近轴ABCD光学系统的变换的解析传输公式,并对复宗量LG光束通过矩形硬边光阑的衍射和聚焦特性进行了研究。该方法对研究有不同几何对称性光阑光学系统的光束变换是有用的。 展开更多

关键词 激光光学 复宗量拉盖尔-高斯(LG)光束 矩形硬边光阑 复高斯函数

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复宗量拉盖尔-高斯光束及其特性研究(英文) 被引量：5

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作者 吕百达 马虹 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2001年第4期312-316,共5页

用由广义惠更斯 菲涅耳衍射积分推导出的传输方程详细研究了复宗量拉盖尔 高斯光束及其传输特性。采用光束传输因子 (M2 因子 )和桶中功率 (PIB)来表征光束质量 ,对复宗量和实宗量拉盖尔 高斯光束的光束质量进行了比较 ,并对所得结果... 用由广义惠更斯 菲涅耳衍射积分推导出的传输方程详细研究了复宗量拉盖尔 高斯光束及其传输特性。采用光束传输因子 (M2 因子 )和桶中功率 (PIB)来表征光束质量 ,对复宗量和实宗量拉盖尔 高斯光束的光束质量进行了比较 ,并对所得结果作了分析。 展开更多

关键词 传输方程 复宗量拉盖尔-高斯光束 桶中功率

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拉盖尔-高斯光束与高斯光束捕获力比较 被引量：13

4

作者 周业鹏 任洪亮 +1 位作者 王娟 陈羚 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第11期1300-1304,共5页

根据高斯光束和拉盖尔-高斯光束两种光源的截面光强表达式,模拟出各自的光强分布.利用几何光学模型分别计算了高斯光束和拉盖尔-高斯光束在不同捕获目标尺寸和折射率、显微镜物镜的数值孔径以及样品池界面处到捕获目标的距离时的捕获效... 根据高斯光束和拉盖尔-高斯光束两种光源的截面光强表达式,模拟出各自的光强分布.利用几何光学模型分别计算了高斯光束和拉盖尔-高斯光束在不同捕获目标尺寸和折射率、显微镜物镜的数值孔径以及样品池界面处到捕获目标的距离时的捕获效率,对高斯光束和以拉盖尔-高斯光束为代表的空心光束的捕获能力进行了比较.结果表明,拉盖尔-高斯光束相对于高斯光束其捕获能力具有很大的优势,拉盖尔-高斯光束的最大反向捕获效率高于高斯光束的最大反向捕获效率,在光镊稳定平衡点附近的刚度大于高斯光束的刚度.拉盖尔-高斯光束由于其特殊的光强分布,当物镜的数值孔径足够大时球差对其影响较大. 展开更多

关键词 光镊 几何光学模型 拉盖尔-高斯光束 捕获力 稳定性 光阱刚度

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基于拉盖尔-高斯光束的单光子捕获概率研究（英文） 被引量：6

5

作者 张光宇 刘琳婧 张成龙 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期23-28,共6页

单光子源通常采用基于高斯光束的高度衰减激光脉冲,假设激光束具有初始高斯时域脉冲波形和TEM_(01)模拉盖尔-高斯空域分布.基于折射率起伏的Rytov近似和修正von Karman谱模型,研究了大气湍流对星地量子通信单光子捕获概率的影响;建立了... 单光子源通常采用基于高斯光束的高度衰减激光脉冲,假设激光束具有初始高斯时域脉冲波形和TEM_(01)模拉盖尔-高斯空域分布.基于折射率起伏的Rytov近似和修正von Karman谱模型,研究了大气湍流对星地量子通信单光子捕获概率的影响;建立了上行信道和下行信道的单光子捕获概率理论模型;针对低轨卫星-地面站间激光链路,对单光子捕获概率进行了分析.结果表明:上行信道的单光子捕获概率强烈依赖于地面折射率结构常数C_n^2(0),且随着C_n^2(0)的增加而减小;然而,下行信道的单光子捕获概率并不依赖于C_n^2(0),即大气湍流对其没有影响. 展开更多

关键词 单光子捕获概率 拉盖尔-高斯光束 折射率结构常数 星地量子通信 大气湍流

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拉盖尔－高斯光束的聚焦特性 被引量：12

6

作者 王喜庆 吕百达 《激光技术》 EI CAS CSCD 1996年第3期185-190,共6页

使用Ｃｏｌｌｉｎｓ衍射积分公式，推导出无光阑限制情况下，聚焦拉盖尔－高斯光束的相对光强增量和焦移。对有光阑限制的拉盖尔－高斯光束作了详细的数值计算以说明其聚焦特性。

关键词 拉盖尔-高斯光束 聚焦特性 光阑限制

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厄米-拉盖尔-高斯光束的传输特性 被引量：5

7

作者 郑振 刘永欣 吕百达 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2005年第6期641-644,共4页

利用Collins公式,推导出厄米-拉盖尔-高斯(HLG)光束通过近轴ABCD光学系统的解析传输公式,并用来研究通过自由空间和薄透镜的传输特性。结果表明,除模指数m,n之外,对HLG光束新引入的α参数,它影响光强分布和对称性;HLG光束在传输中保持... 利用Collins公式,推导出厄米-拉盖尔-高斯(HLG)光束通过近轴ABCD光学系统的解析传输公式,并用来研究通过自由空间和薄透镜的传输特性。结果表明,除模指数m,n之外,对HLG光束新引入的α参数,它影响光强分布和对称性;HLG光束在传输中保持形状不变;HLG光束的焦移与模指数m,n和α参数无关,这意味着m,n和α不同的HLG光束聚焦在同一位置。并给出了HLG光束的M2因子。 展开更多

关键词 厄米-拉盖尔-高斯光束 传输特性 ABCD系统 α参数 M^2因子

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拉盖尔-高斯光束通过有硬边光阑光学系统的传输 被引量：9

8

作者 卿与三 吕百达 等 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2002年第3期174-176,共3页

采用将硬边光阑展为有限个复高斯函数之和的方法 ,得到了拉盖尔 高斯光束通过有硬边光阑近轴ABCD光学系统中传输的近似解析公式 ,作了数值计算以说明传输公式的应用 。

关键词 拉盖尔-高斯光束 硬边光阑 近似解析传输公式

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受限拉盖尔-高斯光束湍流传输时轴上光强分布 被引量：2

9

作者 屈军 袁扬胜 +2 位作者 孟凯 石建平 崔执凤 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2010年第1期141-144,共4页

为了研究受限拉盖尔-高斯光束湍流传输时轴上光强分布,采用扩展惠更斯-菲涅耳原理方法进行了理论分析,得到了受发射圆孔限制的拉盖尔-高斯光束在大气湍流中传输时轴上光强的表达式。并运用MAPLE模拟,取得了不同湍流强度、波长和发射圆... 为了研究受限拉盖尔-高斯光束湍流传输时轴上光强分布,采用扩展惠更斯-菲涅耳原理方法进行了理论分析,得到了受发射圆孔限制的拉盖尔-高斯光束在大气湍流中传输时轴上光强的表达式。并运用MAPLE模拟,取得了不同湍流强度、波长和发射圆孔孔径下轴上光强的分布理论数据。结果表明,拉盖尔-高斯光束在不同阶数、湍流强度、波长和发射圆孔孔径下,真空和湍流较弱时,轴上光强在近场发生明显振荡,达到最大值后,强度明显开始降低,湍流较强时,传输很近距离强度就迅速衰减,并与其在真空中的传输特性进行了比较。这一结果对研究拉盖尔一高斯光束是有帮助的。 展开更多

关键词 大气与海洋光学 光强 扩展惠更斯-菲涅耳原理 拉盖尔-高斯光束

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拉盖尔-高斯光束通过光阑-透镜分离系统的聚焦特性和焦移 被引量：6

10

作者 彭润伍 吕百达 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第4期541-545,共5页

使用 Collins公式推导了拉盖尔 -高斯光束通过光阑 -透镜分离系统的光强分布。利用数值计算详细分析和说明了其聚焦特性。分析得出光阑 -透镜分离程度的大小影响相对焦移的大小和光强的分布 ,并引起焦移可能相反或消失。而且发现满足一... 使用 Collins公式推导了拉盖尔 -高斯光束通过光阑 -透镜分离系统的光强分布。利用数值计算详细分析和说明了其聚焦特性。分析得出光阑 -透镜分离程度的大小影响相对焦移的大小和光强的分布 ,并引起焦移可能相反或消失。而且发现满足一定条件时在一段较大的轴向距离上光强几乎等于光强极大值 ,从而可获得一个较大的光强极大范围。 展开更多

关键词 拉盖尔-高斯光束 光阑-透镜分离系统 相对焦移 光强极大值

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基于拉盖尔-高斯光束的单光子捕获理论研究 被引量：1

11

作者 于思源 刘剑峰 +2 位作者 张光宇 马晶 谭立英 《应用光学》 CAS CSCD 2008年第2期303-306,312,共5页

基于TEM10模拉盖尔-高斯光束,推导自由空间量子密钥分配中单光子捕获概率表达式。针对低轨卫星-地面站间激光链路进行单光子捕获分析。结果表明:采用可高度衰减激光脉冲的TEM10模拉盖尔-高斯光束作为单光子源,单光子捕获采用前驱波参考... 基于TEM10模拉盖尔-高斯光束,推导自由空间量子密钥分配中单光子捕获概率表达式。针对低轨卫星-地面站间激光链路进行单光子捕获分析。结果表明:采用可高度衰减激光脉冲的TEM10模拉盖尔-高斯光束作为单光子源,单光子捕获采用前驱波参考脉冲设置时间窗口的方法,可使卫星上接收机以最大概率捕获光子。与基模高斯光束相比,采用TEM10模拉盖尔-高斯光束的优点是,不会由于卫星运动而增加单光子捕获概率的损耗。 展开更多

关键词 量子密钥分配 单光子捕获 拉盖尔-高斯光束 单光子捕获概率 卫星

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非傍轴旋转对称拉盖尔-高斯光束的远场发散角 被引量：2

12

作者 康小平 吕百达 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2006年第2期181-182,185,共3页

基于功率密度的二阶矩方法,推导出了非傍轴旋转对称拉盖尔-高斯(LG)光束远场发散角的解析公式,并表示为伽玛函数的幂级数求和形式。计算结果表明,当初始束腰宽度和波长之比w0/λ趋于0时,对任意非傍轴旋转对称LG光束,远场发散角趋于渐近... 基于功率密度的二阶矩方法,推导出了非傍轴旋转对称拉盖尔-高斯(LG)光束远场发散角的解析公式,并表示为伽玛函数的幂级数求和形式。计算结果表明,当初始束腰宽度和波长之比w0/λ趋于0时,对任意非傍轴旋转对称LG光束,远场发散角趋于渐近值63.435°,与阶数无关。对于p=0的特例,则退化为非傍轴高斯光束的结果。 展开更多

关键词 激光光学 非傍轴拉盖尔-高斯光束 功率密度 发散角

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拉盖尔—高斯光束通过含矩形光阑光学系统的变换 被引量：1

13

作者 葛卫国 马善钧 +1 位作者 刘永欣 吕百达 《激光杂志》 CAS CSCD 北大核心 2006年第2期36-37,共2页

基于厄米-高斯模与拉盖尔-高斯模的变换关系和递推算法,推导出拉盖尔-高斯(LG)光束通过含矩形光阑近轴ABCD光学系统传输的递推公式。作为应用例,对LG光束通过光阑透镜分离系统的变换作了数值计算和分析。本文有关结果提供了一个研究有... 基于厄米-高斯模与拉盖尔-高斯模的变换关系和递推算法,推导出拉盖尔-高斯(LG)光束通过含矩形光阑近轴ABCD光学系统传输的递推公式。作为应用例,对LG光束通过光阑透镜分离系统的变换作了数值计算和分析。本文有关结果提供了一个研究有不同几何对称性光束间变换的有效方法。 展开更多

关键词 激光光学 拉盖尔-高斯(LG)光束 矩形光阑 递推算法

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截断拉盖尔-高斯光束的M_G^2因子 被引量：2

14

作者 罗时荣 吕百达 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2004年第2期199-201,共3页

用广义截断二阶矩方法对截断圆对称拉盖尔 高斯光束的广义光束传输因子 (MG2 因子 )作了研究 ,得到了MG2 因子的解析公式 ,并用数值计算例作了说明。研究表明 ,截断圆对称拉盖尔 高斯光束MG2 因子与截断参数和光束的阶数有关。随着截断... 用广义截断二阶矩方法对截断圆对称拉盖尔 高斯光束的广义光束传输因子 (MG2 因子 )作了研究 ,得到了MG2 因子的解析公式 ,并用数值计算例作了说明。研究表明 ,截断圆对称拉盖尔 高斯光束MG2 因子与截断参数和光束的阶数有关。随着截断参数的增加 ,MG2 因子逐渐趋近于无截断圆对称拉盖尔 展开更多

关键词 广义M^2因子(MG^2因子) 拉盖尔-高斯光束 圆对称 截断参数 广义截断二阶矩

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拉盖尔-高斯光束的近场矢量结构特征 被引量：5

15

作者 周国泉 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期1187-1191,共5页

直接以麦克斯韦方程组的解表征拉盖尔-高斯光束。基于麦克斯韦方程组解的矢量角谱表述和电磁光束的矢量结构理论,利用一些数学技巧导出了拉盖尔-高斯光束的TE项和TM项在近场的解析表达式。利用所导出的公式,在近场描绘了拉盖尔-高斯光束... 直接以麦克斯韦方程组的解表征拉盖尔-高斯光束。基于麦克斯韦方程组解的矢量角谱表述和电磁光束的矢量结构理论,利用一些数学技巧导出了拉盖尔-高斯光束的TE项和TM项在近场的解析表达式。利用所导出的公式,在近场描绘了拉盖尔-高斯光束的TE项、TM项及整个光束的光强分布。并对角度依赖分别为余弦和正弦关系的拉盖尔-高斯光束的矢量结构进行了比较,结果显示两者整个光束的光斑完全相似,唯一的区别是子瓣的空间方位不同且两者的内部矢量结构完全不相同。 展开更多

关键词 拉盖尔-高斯光束 矢量结构 强度分布 近场

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对称化光学系统对像散复宗量厄米-高斯光束的变换 被引量：1

16

作者 吴平 吕百达 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第5期697-701,共5页

使用二阶矩和广义惠更斯 菲涅尔衍射积分方法研究了用于实宗量厄米 高斯光束对称化的光学系统对复宗量厄米 高斯光束的变换。研究结果表明 :复宗量厄米 高斯光束经过该光学系统后 ,只能在出射面上实现在二阶矩定义下的对称化 ,但光斑不... 使用二阶矩和广义惠更斯 菲涅尔衍射积分方法研究了用于实宗量厄米 高斯光束对称化的光学系统对复宗量厄米 高斯光束的变换。研究结果表明 :复宗量厄米 高斯光束经过该光学系统后 ,只能在出射面上实现在二阶矩定义下的对称化 ,但光斑不具有旋转对称性。因此 。 展开更多

关键词 对称化光学系统 像散复宗量厄米-高斯光束 二阶矩 激光

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角向偏振高阶拉盖尔高斯光束强聚焦产生双光链 被引量：1

17

作者 田博 蒲继雄 《激光杂志》 北大核心 2015年第9期10-12,共3页

本文根据德拜矢量积分理论,研究了角向偏振高阶拉盖尔高斯光束经过衍射光学元件(diffractive optical elements,DOE)和高数值孔径透镜组成的光学系统后的强聚焦特性。根据数值模拟的结果,入射光束通过DOE强聚焦以后,在焦平面附近产生会... 本文根据德拜矢量积分理论,研究了角向偏振高阶拉盖尔高斯光束经过衍射光学元件(diffractive optical elements,DOE)和高数值孔径透镜组成的光学系统后的强聚焦特性。根据数值模拟的结果,入射光束通过DOE强聚焦以后,在焦平面附近产生会得到具有广泛应用双光链结构(光轴方向成对的三维多点光俘获结构),通过调整相关参数,可以得到每个峰值光斑的半值全宽是均是相同的。这些结果有望应用于粒子操控等方面。 展开更多

关键词 衍射光学元件 高阶拉盖尔高斯光束 高数值孔径 双光链

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电磁拉盖尔-高斯光束通过湍流时偏振度研究

18

作者 丁绪星 潘承先 蔡伟 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期551-556,共6页

基于相干性和偏振性统一理论,经理论推导,得出部分相干电磁拉盖尔-高斯光束在湍流中传输时偏振度的解析表达式。经数值计算,结果表明:在湍流中,当源偏振度(P0)、结构常数C2n、相干长度和光束阶数不同时,经过足够长传输距离,部分相干电... 基于相干性和偏振性统一理论,经理论推导,得出部分相干电磁拉盖尔-高斯光束在湍流中传输时偏振度的解析表达式。经数值计算,结果表明:在湍流中,当源偏振度(P0)、结构常数C2n、相干长度和光束阶数不同时,经过足够长传输距离,部分相干电磁拉盖尔-高斯光束的偏振度逐渐趋向于P0,而在自由空间中,该光束的偏振度达到其各自不同的极限值;当δx=δy时,不论在自由空间中还是在湍流中,光束的偏振度都不改变。此结论对部分相干光的大气传输在激光雷达成像以及远距离相干测量和光通信等领域有实用意义。 展开更多

关键词 大气光学 相干性和偏振性统一理论 部分相干电磁拉盖尔-高斯光束 偏振度

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拉盖尔-高斯光束通过多光阑B=0成像系统传输的计算模拟

19

作者 刘雅静 季小玲 《激光杂志》 CAS CSCD 北大核心 2005年第1期55-57,共3页

用复高斯函数展开法及B =0成像矩阵分解的技巧 ,推导出了拉盖尔 -高斯光束通过多光阑B =0光学成像系统和多级空间滤波器解析的近似传输公式。高斯光束的传输可作为我们理论模型的特例给出。数值计算例表明使用我们的解析公式和直接对Col... 用复高斯函数展开法及B =0成像矩阵分解的技巧 ,推导出了拉盖尔 -高斯光束通过多光阑B =0光学成像系统和多级空间滤波器解析的近似传输公式。高斯光束的传输可作为我们理论模型的特例给出。数值计算例表明使用我们的解析公式和直接对Collins公式作数值积分的结果基本一致 ,但我们的结果具有快速计算的主要优点 ,因此大为节约了机时。 展开更多

关键词 复高斯函数展开 矩阵分解 多光阑B=0成像系统 拉盖尔高斯光束

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利用计算全息产生的拉盖尔-高斯光束旋转微粒 被引量：5

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作者 施丽 李静 陶陶 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2012年第11期1226-1229,共4页

分析了采用计算全息再现拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian,LG)光束光场的原理。将计算全息法生成的全息图载入空间光调制器(spatial light modulator,SLM),在全息光镊平台上生成了LG光束。对吸收性氧化铜(CuO)微粒进行了系列旋转操纵实验... 分析了采用计算全息再现拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian,LG)光束光场的原理。将计算全息法生成的全息图载入空间光调制器(spatial light modulator,SLM),在全息光镊平台上生成了LG光束。对吸收性氧化铜(CuO)微粒进行了系列旋转操纵实验。实验发现单个微粒既可以被光学漩涡捕获在暗中空区域绕固定轴旋转,又可以被囚禁在光强最大值处绕轨道旋转;还实现了多个微粒的绕轨道旋转。通过实验观察和测量,得出了微粒旋转的周期与激光功率和角向指数的变化关系。所得结果对光致旋转微粒的精确操控具有一定的指导作用。 展开更多

关键词 计算全息 光致旋转 拉盖尔-高斯光束 空间光调制器

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