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《拉蓋爾高斯光束經(jīng)透鏡傳輸光場計算》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、沈陽理工激光原理課設(shè)成績評定表學(xué)生姓名吳憲班級學(xué)號1109020117專業(yè)光信息科學(xué)與技術(shù)課程設(shè)計題目拉蓋爾高斯光束經(jīng)透鏡傳輸光場計算評語組長簽字：成績?nèi)掌?013年12月27日13沈陽理工激光原理課設(shè)學(xué)院理學(xué)院專業(yè)光信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)生姓名吳憲班級學(xué)號1109020117課程設(shè)計題目拉蓋爾高斯光束經(jīng)透鏡傳輸光場計算實踐教學(xué)要求與任務(wù):要求：1）角向節(jié)線0，徑向節(jié)線2的拉蓋爾高斯光束（共焦參數(shù)=12000倍波長）通過薄透鏡；2）薄透鏡（前置圓形光闌）焦距=1500倍波長，光腰在透鏡處；3）光闌半徑=120
2、倍波長。任務(wù)：1）計算該拉蓋爾高斯光束經(jīng)過薄透鏡后時的軸上光強變化，分析焦點變化；2）計算該拉蓋爾高斯光束經(jīng)過薄透鏡前時的徑向光強變化，計算截斷參數(shù)；3）計算該拉蓋爾高斯光束經(jīng)過薄透鏡后的徑向–軸向光強變化；4）撰寫設(shè)計論文。工作計劃與進度安排:1.第一周教師講解題目內(nèi)容、任務(wù)和論文要求，學(xué)生查閱資料，星期四提出設(shè)計方案；2.第一周星期四到第二周星期三（包括星期六星期日）完成設(shè)計；3.第二周星期四上交論文；4.星期四教師審查論文，合格者星期五論文答辯。指導(dǎo)教師：2013年月日專業(yè)負責(zé)人：2013年月日學(xué)
3、院教學(xué)副院長：2013年月日13沈陽理工激光原理課設(shè)目錄摘要4設(shè)計原理5一．普通球面波的傳播規(guī)律5二．高斯光束的基本性質(zhì)及特征參數(shù)6三．柯林斯（Collins）公式6四．基模高級光束的特征參數(shù)…………………………………………………………6計算結(jié)果7一.計算該拉蓋爾高斯光束經(jīng)過薄透鏡前時的軸上光強變化，分析焦點變化7二.計算該拉蓋爾高斯光束經(jīng)過薄透鏡前時的徑向光強變化，計算截斷參數(shù)8三．計算該拉蓋爾高斯光束經(jīng)過薄透鏡后的徑向–軸向光強變化...........1213沈陽理工激光原理課設(shè)摘要使用Colli
4、ns（柯林斯）公式推導(dǎo)了拉蓋爾高階高斯光束通過光闌透鏡分離系統(tǒng)的光強分布。利用mathcad軟件計算高斯光束經(jīng)透鏡后的光強變化并給出函數(shù)圖形說明，分析焦點移動情況。高斯光束在其傳輸軸線附近可看作是一種非勻速球面波，其曲率中心隨著傳輸過程而不斷改變，但其振幅和強度在橫截面內(nèi)始終保持高斯分布特性，且其等相應(yīng)面始終保持為球面。關(guān)鍵詞：拉蓋爾高斯光束；柯林斯積分公式；基模高斯光束在自由空間的傳輸規(guī)律。13沈陽理工激光原理課設(shè)設(shè)計原理一．普通球面波的傳播規(guī)律考察沿z軸傳播的普通球面波，其曲率中心為O（如圖所示）。
5、該球面波的波前曲率半徑R（z）隨傳播而變化R1=R（z1）=z1R2=R（z2）=z2R2=R1+(z2-z1）=R1+L（1）式（1）表示了普通球面波在自由空間的傳播規(guī)律。當(dāng)旁軸球面波通過焦距為F的薄透鏡時，其波前曲率半徑滿足（2）這里，以R1入射在透鏡表面上的球面波面的曲率半徑，以R2表示經(jīng)過透鏡出射的球面波面的曲率半徑。式(2)描述了旁軸球面波通過薄透鏡的變化規(guī)律。旁軸光線通過光學(xué)系統(tǒng)的變換矩陣當(dāng)光線在自由空間中行進距離為L，起變化矩陣為而焦距為F的薄透鏡對旁軸光線的變化矩陣為13沈陽理工激光原理
6、課設(shè)以此，球面波的傳播規(guī)律可以統(tǒng)寫為通過上述討論可以看出，具有固體曲率中心的普通旁軸球面波可以由其曲率半徑R來描述，它的傳播規(guī)律按上式由旁軸光線矩陣T確定。二．高斯光束的基本性質(zhì)及特征參數(shù)沿z軸方向傳播的基模高斯光束的表示其中，c為常數(shù)，r2=x2+y2，k=2p/l，w0為基模高斯光束的腰斑半徑，f稱為高斯光束的共焦參數(shù)振幅因子?光斑半徑w(z)基模高斯光束在橫截面內(nèi)的場振幅分布按高斯函數(shù)所描述的規(guī)律從中心向外平滑地降落。由振幅降落到中心值的1/e處的點所定義的光斑半徑為w(z)遠場發(fā)散角q0（定義在
7、基模高斯光束強度的1/e2點的遠場發(fā)散角）far-fieldbeamangle相位因子?等相位面的曲率半徑R(z)13沈陽理工激光原理課設(shè)因子kr2/2R表示與橫向坐標（x,y）有關(guān)的相位移動，表明高斯光束的等相位面是以R為半徑的球面，其曲率半徑隨坐標而變化，且曲率中心也隨z不同而不同；當(dāng)z=±f時，
8、R(z)
9、=2f；當(dāng)z=0時，R(z)?￥；z?￥時，R(z)?￥。曲率中心的位置=z-R(z)，說明球心在共焦腔腔外曲率中心的位置=z+R(z)，說明球心在共焦腔腔內(nèi)三．柯林斯（Collins）公式對經(jīng)
10、典衍射理論最重要的有方法性意義的推廣是柯林斯的工作，柯林斯證明，當(dāng)衍射面與觀察面間不是自由空間，而是變換矩陣表征的復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)時，如菲涅爾積分公式（公式2.1）不能直接應(yīng)用，按柯林斯的方法，將衍射積分寫為（為清楚起見，設(shè)，對情況可以類推）（柯林斯積分公式2.2，其中IA為光強）入射平面是矩形孔的柯林斯公式的代數(shù)計算方法，給出近似計算公式，為數(shù)值計算光衍射場作準備。由于任意形狀的衍射孔總可以由不同尺寸及不同數(shù)量的矩形孔的疊加足夠準確地描述，只
