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1、专题 激光光学系统,1、平面波,2、均匀球面波,3、高斯光束：沿z轴传播的光场分布,z轴近轴区域内：,一、几种光波模型的光场分布,二、高斯光束的特性,1、高斯光束的振幅,垂直于z轴的 光束截面内, 激光束的名义截面半径（光斑半径）,三、高斯光束的传播,1、高斯光束沿z轴传播的光场分布,高斯光束截面半径,波面曲率半径,位相因子,高斯光束沿z轴的传播,高斯光束沿z轴的传播,2、高斯光束的截面半径,（双曲线方程）,在 z轴不同的横截面内，由截面半径定义的光斑大小不同。,z=0，束腰半径,3、高斯光束的波面曲率半径, 性质,高斯光束沿z轴的传播,4、高斯光束的位相因子,5、高斯光束发散度,例1：某激光
2、中心波长为500nm，对应高斯光束的束腰半径为1mm，求（1）z=10cm和z=10m处的光斑半径和波面曲率半径；（2）高斯光束的孔径角。,6、高斯光束传播的复参数表示,复参数,束腰位置的q参数,物理意义：高斯光束在传播过程中的复参数q，与同心球面光束的波面曲率半径R作用相同。,例2：某激光中心波长为500nm，对应高斯光束的束腰半径为1mm，求（1）10cm处的q参数；（2）由q参数值求出该位置的光斑半径和波面曲率半径；,三、高斯光束的透镜变换,1、理想光学系统高斯光束的变换,近轴光学系统的物像公式,球面波同心光束对 透镜L的成像关系,物理意义：物方一个曲率半径为R1的球面波，经透镜变换成像
3、方一个曲率半径是R2的新球面波。,高斯光束对透镜L的成像关系,高斯光束经透镜变换,1）近轴区看做球面波处理 2）高斯光束在薄透镜L前后的通光口径相等，即透镜前后的光束截面半径相等,高斯光束的复参数也满足近轴成像关系,高斯光束的q参数变换,注意： 1）高斯光束：R1、R2通常不是光束束腰到透镜的距离； 2） 描述高斯光束比较直观，而q参数更易于描述高斯光束的传播。,2、高斯光束复参数近轴成像关系变换,变换前q复参数,变换后q复参数,高斯光束腰位置的q参数,高斯光束腰位置的q参数,实部、虚部分别相等,变换后的高斯光束束腰w和波面曲率中心z , 近似讨论（自学）,四、高斯光束的聚焦和准直,1、高斯光
4、束的聚焦：要求出射光束的束腰半径比入射的要小 。,（出射光束的最大束腰半径）,（当 时有聚焦作用）,注：入射高斯光束的束腰在透镜的物方焦平面时，透镜变换后出射光束的束腰在像方焦平面上。,当 时,要获得良好的聚焦，通常要求采用短焦距透镜，并使高斯光束的束腰远离透镜。,2、高斯光束的准直：把高斯光束的远场发散角减小到0 。, 高斯光束经透镜变换后，通常不是平行光。,要获得近似平行光束，必须减小束腰，增大焦距。, 高斯光束的准直系统：多采用二次透镜变换形式,1）短焦距的透镜：先将光束聚焦，压缩其束腰半径； 2）较大焦距的变换透镜：改善方向性，减小光束的发散角。,五、小结,1、高斯光束的特征参数光束截面的振幅分布截面半径、波面曲率半径、位相因子、孔径角、q参数2、高斯光束的传播 自由空间的传播：透镜系统的成像变换：3、高斯光束的聚焦和准直,
