激光光束通過波帶片和薄透鏡雙焦光學系統(tǒng)的聚焦特性研究.pdf

1、本文主要研究了平面波、基模高斯光束和拉蓋爾-高斯光束通過由菲涅爾波帶片和薄透鏡構成的雙焦光學系統(tǒng)后的聚焦特性。從廣義惠更斯-菲涅爾衍射積分公式(Collins公式)出發(fā)，詳細地研究了激光光束通過該雙焦光學系統(tǒng)后的軸上光強分布和焦開關現象，討論了光學系統(tǒng)參數和光束參數對聚焦特性的影響情況。
　　首先，應用廣義惠更斯-菲涅爾衍射積分公式推導出了平面波通過雙焦光學系統(tǒng)后的軸上光強分布公式，并進行了大量數值計算，研究結果表明：1)隨半波帶

2、數增大，軸上光強增大，兩光強主極大之間出現的微弱的光強極值點增多；2)當半波帶數為偶數時，隨著波帶片菲涅爾數的減小，軸上會出現焦開關，且僅有一次；3)半波帶數越大，臨界菲涅爾數越小；4)當菲涅爾半波帶數為奇數時，軸上不會出現焦移和焦開關現象，并且?guī)缀谓裹c處光強值非常大，其兩邊還存在一些非常弱的旁瓣。從Collins公式出發(fā)，重新推導了球面波通過波帶片后的軸上光強分布公式，得到了與現有文獻完全相同的解析公式，但糾正了文獻中部分錯誤結論。<

3、br>　　然后，對基模高斯光束通過雙焦光學系統(tǒng)后的聚焦特性進行了詳細研究，推導出了其出射場分布和軸上光強分布的解析式，大量的數值計算研究了光束菲涅爾數、截斷參數和菲涅爾半波帶數對焦開關的影響，得出以下結論：隨著光束菲涅爾數和截斷參數的減小，軸上也只會產生一次焦開關現象。若菲涅爾數較小，臨界截斷參數就較大；截斷參數較小，臨界菲涅爾數則較大；截斷參數有一個上限，菲涅爾數則有一個下限，如果超過極限值，軸上將不會出現焦開關現象。隨著半波帶數的增

4、大，軸上光強值整體增大，兩光強主極值點間距離增大，兩光強主極值點間也會出現許多較弱的光強極值點。半波帶為偶數時的軸上光強值小于其為奇數時的；臨界菲涅爾數和臨界截斷參數會隨著半波帶數的增大而增大，半波帶數為偶數時的臨界菲涅爾數大于半波帶數為奇數時的，而臨界截斷參數則是恰恰相反。
　　最后，對拉蓋爾-高斯光束通過雙焦光學系統(tǒng)后的聚焦特性進行了詳細地理論推導和數值分析，得出了軸上光強分布公式以及焦開關現象隨光束菲涅爾數、光束徑向指數、截

5、斷參數以及菲涅爾半波帶數的變化規(guī)律，結果表明：隨著光束菲涅爾數和截斷參數的減小，軸上同樣只會產生一次焦開關現象，并且拉蓋爾-高斯光束的徑向指數增大、菲涅爾半波帶數增加或者截斷參數減小，都會導致軸上出現的光強極值點增多。此外，菲涅爾波帶片的半波帶數對其軸上光強分布有很大的影響：當半波帶數為奇數時，光強主極大位于幾何焦點處，其值遠大于周圍的光強次極大；當半波帶數為偶數時，幾何焦點處沒有光強極值，而是位于其左右，軸上光強主極大和次極大之間的差