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-高斯光束与高斯光束捕获力比较 被引量：13

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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

3

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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厄米-拉盖尔-高斯光束的传输特性 被引量：5

4

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

5

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

6

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

7

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

8

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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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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基于拉盖尔-高斯光束的单光子捕获理论研究 被引量：1

10

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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部分空间和部分光谱相干高斯-谢尔模型脉冲光束在自由空间中的光谱和时间特性 被引量：3

11

作者 丁超亮 吕百达 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第11期1855-1860,共6页

对部分空间和部分光谱相干2维高斯-谢尔模型脉冲光束在自由空间传输的光谱和时间特性做了详细的数值研究。结果表明,部分空间和部分光谱相干高斯-谢尔模型脉冲光束在自由空间传输中发生了光谱移动,光谱移动与场点位置、空间相关长度和... 对部分空间和部分光谱相干2维高斯-谢尔模型脉冲光束在自由空间传输的光谱和时间特性做了详细的数值研究。结果表明,部分空间和部分光谱相干高斯-谢尔模型脉冲光束在自由空间传输中发生了光谱移动,光谱移动与场点位置、空间相关长度和时间相干长度有关。在轴上,光谱出现蓝移,相对光谱移动随传输距离的增加而增大,随空间相关长度和时间相干长度的增加而减小,并逐渐趋于一定值。在轴外,光谱出现蓝移和红移,并与空间相关长度和时间相干长度有关。脉冲时间波形不变,对所得主要结果做了物理解释。 展开更多

关键词 部分空间和部分光谱相干脉冲 高斯-谢尔模型 脉冲光束 自由空间 光谱移动 空间相关长度

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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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截断拉盖尔-高斯光束的M_G^2因子 被引量：2

13

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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部分相干部分偏振矢量双曲余弦-高斯光束通过双焦透镜的传输特性 被引量：1

14

作者 邢燕 刘海岗 吕百达 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第12期1803-1809,共7页

基于电磁束相干和偏振性的统一理论,推导出部分相干部分偏振矢量双曲余弦-高斯光束通过双焦透镜后交叉谱密度的解析式。部分相干部分偏振矢量高斯谢尔模型光束通过双焦透镜的传输和部分相干部分偏振矢量双曲余弦-高斯光束通过常规透镜... 基于电磁束相干和偏振性的统一理论,推导出部分相干部分偏振矢量双曲余弦-高斯光束通过双焦透镜后交叉谱密度的解析式。部分相干部分偏振矢量高斯谢尔模型光束通过双焦透镜的传输和部分相干部分偏振矢量双曲余弦-高斯光束通过常规透镜的传输是2个特例。研究表明:聚焦矢量双曲余弦-高斯光束的光强、偏振度、光谱相干度和焦移与离心参数、相关长度、束腰宽度和透镜焦距等参数有关。 展开更多

关键词 部分相干部分偏振 双曲余弦-高斯光束 双焦透镜 偏振度 光谱相干度

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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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部分相干双曲正弦-高斯光束的传输和聚焦特性 被引量：1

16

作者 李长伟 康小平 何仲 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2015年第2期486-490,共5页

为了研究部分相干双曲正弦-高斯(SHG)光束通过像散透镜的传输和聚焦特性,利用部分相干光的传输公式,推导了光束通过像散透镜后光强分布解析的表达式,并据此得到了光束束腰宽度、远场发散角和M2因子的解析表达式,并对光束强度分布和束腰... 为了研究部分相干双曲正弦-高斯(SHG)光束通过像散透镜的传输和聚焦特性,利用部分相干光的传输公式,推导了光束通过像散透镜后光强分布解析的表达式,并据此得到了光束束腰宽度、远场发散角和M2因子的解析表达式,并对光束强度分布和束腰宽度进行了数值计算和分析。结果表明:部分相干Sh G光束聚焦的光强分布与像散系数C6,空间相干参数β,离心参数a,菲涅耳数Nw和位置(x,y,z)有关。像散导致x和y方向束宽不同。但M2因子与像散无关,并随相干性的增加和离心参数的减小而减小。适当改变像散和空间相干性,在几何焦面和其它位置可实现部分相干Sh G光束的空间整形。 展开更多

关键词 传输和聚焦特性 像散透镜 部分相干双曲正弦-高斯(Sh G)光束

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非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束传输特性 被引量：3

17

作者 李平 邝爱华 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2014年第1期141-144,共4页

为了研究非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束传输特性,运用Wigner分布函数法,从空间域和频率域对非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束传输特性进行了理论分析,得出了该光束1阶情况下在空间、频率域系统的解析传输公式及光强分布表达式,分... 为了研究非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束传输特性,运用Wigner分布函数法,从空间域和频率域对非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束传输特性进行了理论分析,得出了该光束1阶情况下在空间、频率域系统的解析传输公式及光强分布表达式,分析了这些表达式中3个主要参量f,fσ和g对厄米-余弦-高斯光束在自由空间传输的影响。结果表明,在调制参量g不变时,束腰参量f和相干参量fσ对非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束的非傍轴性起了至关重要的作用;非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束在传输过程中随着g的改变,不能保持其光强分布形状,有前移趋势。 展开更多

关键词 激光光学 非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束光束 WIGNER分布函数 传输表达式

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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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部分相干厄米-高斯光束杨氏实验中的光强分布

19

作者 王朴 吕百达 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第10期2289-2294,共6页

将杨氏干涉实验作为双缝衍射现象处理,以部分相干厄米-高斯(H-G)光束为例,研究分析了多模部分相干光的杨氏双缝干涉光强和干涉条纹可见度的空间分布。数值计算说明,多模部分相干光束的空间相干参数、模阶数和缝遮拦比对衍射场中光强的... 将杨氏干涉实验作为双缝衍射现象处理,以部分相干厄米-高斯(H-G)光束为例,研究分析了多模部分相干光的杨氏双缝干涉光强和干涉条纹可见度的空间分布。数值计算说明,多模部分相干光束的空间相干参数、模阶数和缝遮拦比对衍射场中光强的空间分布(干涉花样)都有影响。当多模部分相干光的阶数为奇数时,轴上光强与光束的相干性会出现相消干涉;当多模部分相干光的阶数为偶数时,轴上光强与光束的相干性会出现相长干涉等。 展开更多

关键词 杨氏干涉实验 部分相干厄米-高斯光束 光强分布

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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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