《超短脉冲光束在近轴光学系统中的传输特性研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超短脉冲光束在近轴光学系统中的传输特性研究（112页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、超短脉冲光束在近轴光学系统中的传输特性研究光学专业博士研究生徐延冰指导教师吕百达教授随着超短脉冲激光技术的发展，实验室中已经能够产生几个甚至一个光周期的超短脉冲光束。另一方面，不同光源产生的脉冲光束其相关性也不相同。例如，琐模激光脉冲光束和截断连续波脉冲光束具有不同的相关性，即使它们具有相同的时间波形。这种脉冲的传输特性已经引起广泛关注。本论文对超短脉冲光束通过近轴光学系统的传输特性作了深入研究。主要研究结果包括：1 对部分空间相干超短脉冲光束的 矿因子进行了研究。从时空W i g n e r 分布函数出发，以高斯谢尔脉冲光束为例，导出了高斯谢尔脉冲光束在近轴非色散光学系统中传输的 ，因子公式
2、。结果表明， 铲因子受空阕相关度，带宽( 或脉冲宽度) 和平均波长的影响。此外，对啁啾高斯谢尔脉冲光束， 严因子还与啁啾参量有关。另一方面，研究了色散透镜对高斯谢尔脉冲光束的传输变换和聚焦特性。和完全空问相干情况的数值结果枢比，空间相关度使得能量密度分布曲线加宽、极值减小。2 在时域内，对部分相干超短脉冲光束在色散光学系统中传输特性进行了研究。利用W i g n e r 分布函数，导出时间域内部分相干超短脉冲光束在近轴色散光学系统中传输的二阶相关函数解析公式。理论分析表明：部分相干超短脉冲光束在色散光学系统中传输时，其强度和脉宽均受相关时间宽度和色散矩阵( 或时间矩阵) 等影响。脉冲光束在一个
3、理想啁啾器件和线性色散介质组成的光学系统中传输时会出现脉宽减小、恢复和增大的现象。脉冲恢复初始脉宽的传输位置依赖于啁啾参量、群速率色散参量( O V D ) 和相关时间宽度。由于受相关时间宽度的影响，部分相干脉冲恢复初始脉宽的最大传输距离总是小于色散长度。3 提出等衍射长度空心高斯脉冲光束( H G P B s ) 模型。利用傅里叶交换方法，导出了空心高斯脉冲光束的传输公式。等衍射长度高斯脉冲光束的传输公式是这个公式韵特侧。对空心高斯脉冲光束在自由空问中的传输特性进行了研究。研究结果表明，轴上的高阶空心高斯脉冲光束出现多个对称的时间波形，轴外的高阶空心高斯脉冲光束在其振幅分布区域内出现暗环。在
4、出现暗环的位置上，脉冲光束的时闻波形形状突变。此强，还对空心高斯脉j 申光束的光谱和毹量密度分布特性进行了研究。4 利用菲涅尔衍射积分，只考虑一维情况，导出了等衍射长度高斯脉冲光束通过矩孔光阑衍射远场的传输公式。脉? 中的光谱最大值偏移且光谱发生分裂，具体情形与衍射方向及截断参数有关。另外，时间波形随本地时间的增大逐渐分裂成对称的两个部分。关键词：超短脉冲光束、高斯谢尔模型光束、时空W i g n e r 分布函数、肝因子、空心高斯脉冲光束、时空行为、复解析信号S t u d yo nt h ep r o p a g a t i o np r o p e r t i e so fu l t r
5、 a s h o r tp u l s e db e a m st h r o u g hp a r a x i a lo p t i c a ls y s t e r m sM a j o r0 p t i c 8P h D C a n d i d a t eX u m b i I l g ，S u p e r v i s o rP r o f L UB a l d aW i t hr a p i da d v a n c e si np u l s e dl a s e rt e c h n i q u e s u l t r a s h o r tf e w - c y c l e ,
6、僦s i n g l ec y c l e ，p u l s e db e a m sh a v eb e e np r o d u c e di nl a b o r a t o r y O nt h eo t h e rh a n d ，t h ec o r r e l a t i o np r o p e r t i e so fp u l s e db e a m sf r o md i f f e r e n tk i n do fr e s o u r c e sa r cv e r yd i f f e r e n t 。F o ri n b - l a n e 圮，t h ep
7、 u l s e db e a m sf r o mam o d e l - l o c k e dl a s e ra n df r o mt r u n c a t i o no fac o n t i n u o u sw a v eh a v ev e r yd i f f e r e n tp r o p e n i e s ，e v e nt h o u g ht h e ym a yh a v es a m ei n t e n s i t yp r o f i l e s T h ep r o p a g a t i o no fs u c hk i n dm t 聪塔h o
8、r tp u l s e db e a m sh a sa t t r a c t e dm u c ha t t e n t i o n T h ep r e s e n td i s s e r t a t i o ni sm a i n l yd e v o t e dt os t u d y i n gt h ep r o p a g a t i o np r o p e r t i e so fu l t r a s h o r tp u l s e db e a m sp r o p a g a t i n gt h r o u g hp a r a x i a lo p t i
9、c a ls y s t e m s T h em a i nr e s u l t sa c h i e v e di 1 1t h i sd i s e r a t i o na r es u m m a r i z e da sf o l l o W S l1 T h e 膨f a c t o ro f p a r t i a l l yc o h e r e n tu l t r a s h o r tp u l s e db e a m sh a sb e e nd t u d i e d S t a r t i n gf r o mt h es p a c e - t i m eW
10、 i g n e rd i s t r i b u t i o nf u n c t i o na n dt a k i n gt h eG a u s s i a nS c h e l l M o d e l ( G S M ) p u l s e db e a ma sat y p i c a le x a m p l e ，a l le x p l i c i te x p r e s s i o nf o rt l l e 膨f a c t o ro ft h eG S Mp u l s e db e a mt h r o u g hap a r a x i a ls y s t e
11、mw i t h o u td i s p e r s i v ee f f e c t sh a sb e e nd e r i v e d T h er e s u l t ss h o wt h a tt h e f a c t o rd e p e n d so nt h ep u l s eb a I l d 诹d t l l ( o rp u l s ed u r a t i o n ) s p a t i a lc o r r e l a t i o nd e g r e ea n da v e r a g ew a v e l e n g t h ，F u r t h e r
12、m o r e 也e f a c t o ro fc h i r p e dG S Mp u l s e db e a m si sa d d i t i o n a l l yd e p e n d e n t0 I It h ec h i r p e dp a r a m e t e r O nt h eo t h e rh a n d ，t h et r a n s f o r m a t i o na n df o c u s i n gp r o p e r t i e so ft h eG S Mp u l s e db e a m sb yad i s p e r s i v e
13、l e n sh a sb e e ns t u d i e d N u m e r i c a lr e s u l ts h o w st h a t ,i i ic o m p a r e dt ot h es p a t i a l l yf u l l yc o h e r e n tc a s e t h es p a t i a lc o r r e l a t i o nd e g r e el e a d st oa l li n c r e a s eo ft h ew i d t ha n dad e c r e a s eo ft h ep e a kv a l u e
14、o ft h ee n e r g yd e n s i t yd i s t r i b u t i o na tt h ef o c a lp l a n e 2 T h ep r o p a g a t i o np r o p e r t i e so fp a r t i a l l yc o h e r e n tp u l s e db e a m si nt e m p o r a ld e m a i nh a v eb e e ns t u d i e d B yu s i n gt h eW i g n e rd i s t r i b u t i o nf u n c
15、t i o n ，a l la n a l y t i c a lp r o p a g a t i o nf o r m u l ao ft h ec o r r e l a t i o nf i m c f i o nf o rp a r t i a l l yc o h e r e n tu l t r a s h o r tp u l s e db e a m si nt e m p o r a ld o m a i nt h r o u g ho p t i c a ls y s t e mw i t hd i s p e r s i o ni sd e r i v e d I ti
16、 ss h o w nt h a tb o t ht h ei n t e n s i t ya n dp u l s ew i d t hR r ed e p e n d e n to nt h ec o r r e l a t i o nw i d t ha n dt h et e m p o r a lA B C Dm a t r i c e so ft h ed i s p e r s i v eo p t i c a ls y s t e m F o rt h ep a r t i a l l yc o h e r e n tu l t r a s h o r tp u l s e db e a m si nt e m p o r a ld o m a i np r o p a g a t i n gi nas i m p l eo p t i c a ls y s t e mc o n s i s t i n go fa l li d e a lc h i r p e ra n dad i s p
