光束的非傍轴传播及横截面上光强的研究

摘要

本研究课题根据文献[4]中级数展开法的基本思想，得到了衍射场的各级非傍轴修正解。该方法与微扰级数法不同，它避免了级数解本身在数学上的发散性问题；在满足一定条件下，作进一步近似，并由各级非傍轴修正解过渡到衍射场的各级级数解；对平面波圆孔衍射的各级非傍轴修正解和级数解，进行了详细的数值计算和有效性分析。数值计算表明，级数解的适用范围与光束的束腰宽度、传输距离以及所使用的级数解的阶次有关[8]；对受硬边光阑限制的光束，当传播距离z较大时，由于高频分量的贡献，高阶级数解对精确解的收敛性不好，甚至失效，级数解的有效范围将受到很大限制。因此，级数展开法一般适用于处理自由空间非傍轴光束的传播问题。 对于傍轴标量光场，传统的光强被解释为场强复振幅绝对值的平方[9]。对于非傍轴的标量光场，通过构造守恒流-J=Re[1/jkΦ*(-r)▽Φ(-r)][13]，用Jz=-J·-ez=Re[1/jkΦ*(-r)()/()zΦ(-r)]描述垂直于光束传输方向的横截面上光场的能量分布。对于矢量光场，横截面上的光强被定义为单位面积、单位时间内所流过的能量平均值，即=<-S·-ez>，其中-S为波印廷矢量，这与光强的实际测量值是一致的[13]。本课题在矢量衍射理论角谱表示的基础上，以平面波圆孔衍射为例，研究了横截面上三种光强的区别与联系，对上述三种光强进行了详细的数值计算和比较研究；指出在微小孔的非傍轴衍射或近场衍射的能量传输中，必须考虑光场的矢量特性。这个结果可用于矢量光束的强度二阶矩和M2质量因子的研究。

目录

文摘

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前言

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致谢

第一章传统标量场衍射理论

第二章横截面上光强的精确定义

第三章标量衍射理论的非傍轴修正

第四章标量及矢量衍射理论的级数解

第五章横截面上三种光强的比较研究

结束语

参考文献

硕士期间已发表及已录用论文