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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拉盖尔-高斯涡旋光束的传输特性研究 被引量：3

2

作者 侯乐鑫 耿滔 董祥美 《上海理工大学学报》 CAS 北大核心 2015年第4期374-379,共6页

从菲涅耳衍射理论出发,以自由空间为例,利用柯林斯公式推导出了任意阶拉盖尔-高斯涡旋光束的传播形式,证明了高阶拉盖尔-高斯涡旋光束在自由空间的传播能够保持其自身表达形式的不变性。此研究方法可以拓展到满足傍轴条件的任意光学系... 从菲涅耳衍射理论出发,以自由空间为例,利用柯林斯公式推导出了任意阶拉盖尔-高斯涡旋光束的传播形式,证明了高阶拉盖尔-高斯涡旋光束在自由空间的传播能够保持其自身表达形式的不变性。此研究方法可以拓展到满足傍轴条件的任意光学系统。对不同阶数的拉盖尔-高斯涡旋光束经过传输后的相位和强度分布分别进行了数值模拟,在传输的过程中,光束的等相位线发生了弯曲并且光束发生了扩散,依据传播表达式对其相位和强度的变化规律进行了分析。 展开更多

关键词 拉盖尔-高斯涡旋光束 传输 柯林斯公式 光学变换矩阵

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厄米-拉盖尔-高斯光束的传输特性 被引量：5

3

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

4

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

5

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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复宗量拉盖尔-高斯光束通过矩形光阑的传输 被引量：3

6

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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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

7

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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拉盖尔-高斯光束光镊捕获性质 被引量：3

8

作者 王娟 任洪亮 周业鹏 《华侨大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2014年第6期636-641,共6页

利用 T 矩阵法研究光镊中微粒大小与入射光束波长相近时，光镊捕获效率与入射光束的阶数、微粒的折射率和尺寸大小的关系．对拉盖尔-高斯光束光镊和高斯光束光镊的轴向和横向捕获效率进行比较．计算结果表明：不同阶数的拉盖尔-高斯光... 利用 T 矩阵法研究光镊中微粒大小与入射光束波长相近时，光镊捕获效率与入射光束的阶数、微粒的折射率和尺寸大小的关系．对拉盖尔-高斯光束光镊和高斯光束光镊的轴向和横向捕获效率进行比较．计算结果表明：不同阶数的拉盖尔-高斯光束对微粒捕获效率的影响不同，阶数不超过4的拉盖尔-高斯光束的捕获效率高；微粒半径增加时，拉盖尔-高斯光束的轴向捕获效率逐渐增大，且捕获域也增加，高斯光束的最大捕获效率基本保持不变但捕获域逐渐增大；微粒折射率增加时，拉盖尔-高斯光束和高斯光束的轴向和横向捕获效率均先增加后递减，捕获效率出现了一个峰值，微粒折射率约在1．39～1．69是稳定捕获的最佳数值． 展开更多

关键词 光镊 电磁散射 T矩阵 拉盖尔-高斯光束 捕获力 捕获效率 Q因子

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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

9

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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非傍轴旋转对称拉盖尔-高斯光束的远场发散角 被引量：2

10

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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截断拉盖尔-高斯光束的M_G^2因子 被引量：2

11

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

12

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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含有径向节点的拉盖尔-高斯光束产生涡旋高次谐波的特征

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作者 汪倍羽 韩嘉鑫 金成 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第2期423-432,共10页

利用红外超快涡旋激光脉冲与气体介质相互作用可以产生携带轨道角动量的极紫外高次谐波。采用含有径向节点的拉盖尔-高斯(LG)光束作为驱动光,利用定量重散射模型计算单原子响应,通过求解谐波场在介质中传播的三维麦克斯韦方程以及在傍... 利用红外超快涡旋激光脉冲与气体介质相互作用可以产生携带轨道角动量的极紫外高次谐波。采用含有径向节点的拉盖尔-高斯(LG)光束作为驱动光,利用定量重散射模型计算单原子响应,通过求解谐波场在介质中传播的三维麦克斯韦方程以及在傍轴近似下的惠更斯积分,分别获得近场和远场高次谐波的强度和相位分布。结果表明:随着驱动光的径向节点数增加,高次谐波的强度分布呈现多环结构,相位分布上出现节点结构,强度分布的空间范围在近场减小,而在远场增大。相位匹配分析显示,短轨道和长轨道高次谐波的空间相干长度分布图对驱动激光的模式非常敏感,与高次谐波场在气体介质内的演化图像定性一致,解释了有径向节点的LG光束作用下产生的涡旋高次谐波的特征。 展开更多

关键词 高次谐波 拉盖尔-高斯光束 径向节点 相位匹配 长短轨道

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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

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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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拉盖尔-高斯光束在non-Kolmogorov湍流中传输的数值模拟 被引量：3

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作者 王帅会 陈家奇 顾国超 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期20-24,共5页

针对大气湍流对拉盖尔-高斯光束的螺旋谱的影响,本文提出利用多相位屏法模拟拉盖尔-高斯光束在大气湍流中的传输。采用傅里叶变换法模拟符合non-Kolmogorov谱的大气随机相位屏,通过改变拓扑荷、光束波长、指数参数、折射率结构常数、湍... 针对大气湍流对拉盖尔-高斯光束的螺旋谱的影响,本文提出利用多相位屏法模拟拉盖尔-高斯光束在大气湍流中的传输。采用傅里叶变换法模拟符合non-Kolmogorov谱的大气随机相位屏,通过改变拓扑荷、光束波长、指数参数、折射率结构常数、湍流内尺度、外尺度等参数,对大气湍流的影响进行数值模拟。仿真结果表明,大气湍流会导致拉盖尔-高斯光束的螺旋谱的弥散。而且,螺旋谱弥散与拓扑荷、波长、指数参数、折射率结构常数、内尺度、外尺度密切相关。 展开更多

关键词 non-Kolmogorov湍流 相位屏 拉盖尔-高斯波束 拓扑荷

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拉盖尔-高斯光束调控冷原子自旋织构的数值分析 被引量：1

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作者 沈星 孔令冉 +3 位作者 李睿宗 张东方 高天佑 江开军 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期25-30,共6页

超冷原子旋量玻色-爱因斯坦凝聚体中存在诸多具有不同拓扑属性的自旋织构,可以为凝聚态物理、粒子物理等领域中拓扑结构的研究提供理想的量子模拟平台。拉盖尔-高斯光束具有特定的空间结构且携带确定的轨道角动量,可用于研究冷原子中的... 超冷原子旋量玻色-爱因斯坦凝聚体中存在诸多具有不同拓扑属性的自旋织构,可以为凝聚态物理、粒子物理等领域中拓扑结构的研究提供理想的量子模拟平台。拉盖尔-高斯光束具有特定的空间结构且携带确定的轨道角动量,可用于研究冷原子中的自旋织构。通过数值模拟讨论拉盖尔-高斯光束驱动F=1三能级原子系统的双光子拉曼过程,在光斑尺寸与原子团大小可比拟的情况下,分别从初态处于铁磁相和极化相的凝聚体中得到斯格明子结构,并据此提出一种精确获取光斑尺寸的方法,用于标定拉曼耦合强度,为后续实验提供参考。 展开更多

关键词 量子光学 拉盖尔-高斯光束 拉曼过程 自旋织构 斯格明子

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拉盖尔-高斯光束作用下熔石英温度及应力研究 被引量：1

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作者 赵麒 白忠臣 +3 位作者 周骅 陆安江 张正平 刘桥 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第1期121-126,共6页

为了研究拉盖尔-高斯光束与熔石英相互作用,采用仿真计算的方法对TEM00,TEM01和TEM103种模式拉盖尔-高斯光束辐照下的熔石英的温度和热应力进行研究,取得了仿真数据。结果表明,激光光强的空间分布影响材料的温度分布和应力分布;温度的... 为了研究拉盖尔-高斯光束与熔石英相互作用,采用仿真计算的方法对TEM00,TEM01和TEM103种模式拉盖尔-高斯光束辐照下的熔石英的温度和热应力进行研究,取得了仿真数据。结果表明,激光光强的空间分布影响材料的温度分布和应力分布;温度的积累效应明显,经过连续激光脉冲作用后材料温度持续升高,焦点区域超过1900℃;温度梯度导致热应力产生,局部热应力接近50MPa。该仿真结果为熔石英的加工提供了有益的参考。 展开更多

关键词 激光技术 温度 仿真 熔石英 拉盖尔-高斯光束 热应力

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空间光调制器产生拉盖尔-高斯光束方法研究 被引量：8

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作者 汪慧超 胡阿健 陈培锋 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2017年第3期447-450,共4页

为了解决产生拉盖尔-高斯模式光束较难的问题,采用二进制振幅全息图方法,基于空间光调制器,产生了拉盖尔-高斯光束,进行了理论分析和实验验证。推导了高斯光束到拉盖尔-高斯光束傅里叶变换的传递函数,通过对拉盖尔-高斯模拟图的修正,得... 为了解决产生拉盖尔-高斯模式光束较难的问题,采用二进制振幅全息图方法,基于空间光调制器,产生了拉盖尔-高斯光束,进行了理论分析和实验验证。推导了高斯光束到拉盖尔-高斯光束傅里叶变换的传递函数,通过对拉盖尔-高斯模拟图的修正,得出了可以用于空间光调制器的二进制全息图;搭建了基于4f系统的实验平台,取得了不同阶数的拉盖尔-高斯模式输出,并在实验中对产生的拉盖尔-高斯光束进行了检测。结果表明,此套装置搭建及操作简便,且可实现动态可控的光束输出,对于产生高阶涡旋光束以及因斯-高斯模式都有重要意义。 展开更多

关键词 信息光学 拉盖尔-高斯模式 二进制全息图法 空间光调制器

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拉盖尔-高斯光束入射石英基底石墨烯涂层的透射光强分布特性研究

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作者 张艺伟 王明军 王姣 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期571-578,共8页

石墨烯材料在光学领域的特性吸引了众多学者进行研究。本文基于角谱衍射理论建立了拉盖尔-高斯光束入射石英基底石墨烯涂层的双层结构模型,研究了拉盖尔-高斯光束通过该模型的透射光强分布特性,分析了改变石英基底的方向自相关长度、拉... 石墨烯材料在光学领域的特性吸引了众多学者进行研究。本文基于角谱衍射理论建立了拉盖尔-高斯光束入射石英基底石墨烯涂层的双层结构模型,研究了拉盖尔-高斯光束通过该模型的透射光强分布特性,分析了改变石英基底的方向自相关长度、拉盖尔-高斯光束的拓扑荷数和石墨烯涂层的厚度对拉盖尔-高斯光束入射该模型的光强分布影响,且搭建了实验来进行验证,将其结果进行对比。结果表明:随着石墨烯涂层厚度增加,拉盖尔-高斯光束透过的光强随之减弱,当石墨烯涂层的厚度大于20 nm时,光强强度明显减弱。当石英基底的方向自相关长度增大时,光束受粗糙面影响变大,光强分布中暗斑变多。本文研究结果可以为石墨烯材料光学特性的研究提供支撑。 展开更多

关键词 拉盖尔-高斯光束 角谱衍射理论 石墨烯涂层 粗糙面 光强分布

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