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物理学
超短脉冲光束在近轴光学系统中的传输特性研究
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M~2因子进行了研究。从时空Wigner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M~2因子公式。结果表明,M~2因子受空间相关度,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,M~2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。和完全空间相干情况的数值结果相比,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Wigner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(GVD)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(HGPBs)模型。利用傅里叶变换方法,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的特例。对空心高斯脉冲光束在自由空间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。在出现暗环的位置上,脉冲光束的时间波形形状突变。此外,还对空心高斯脉冲光束的光谱和能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。脉冲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。
博士论文
《四川大学》 2007年博士论文

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