新型激光光束光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計與研究.pdf

1、本文對產(chǎn)生無衍射貝塞爾（Bessel）光束和局域空心光束（Bottle beam）的各種光學(xué)系統(tǒng)進行了設(shè)計、仿真與實驗，對其光束傳輸特性進行詳細的分析。主要研究工作包括：
　　 ⑴利用幾何光學(xué)光線追跡法和衍射理論對軸棱錐產(chǎn)生無衍射Bessel光束進行描述，利用光學(xué)設(shè)計軟件進行建模仿真，利用比涅原理對Bessel光束的重建特性進行了分析。
　　 ⑵利用兩個帶球差的球面透鏡進行膠合，通過對其像差的控制與優(yōu)化，設(shè)計出一個類似軸

2、棱錐(Axicon)的雙透鏡系統(tǒng)即透鏡軸棱錐(Lens axicon)，它可以產(chǎn)生具有Bessel光主要特性的光束。與軸棱錐相比，它具有加工容易，制造成本低，孔徑大等優(yōu)點。利用光學(xué)設(shè)計軟件模擬了平行光經(jīng)過Lens axicon產(chǎn)生Bessel光的演變過程，并從實驗上對光沿光軸傳播時在不同z處的Bessel光的光斑進行了拍攝，理論分析與實驗吻合。
　　 ⑶從新的角度出發(fā)，利用幾何光學(xué)的光線追跡法形象的描述了軸棱錐透鏡系統(tǒng)產(chǎn)生bot

3、tle beam過程。分析了bottle beam傳輸過程中的光強分布；同時利用光線追跡法分析了透鏡焦距對bottle beam尺寸大小的影響，結(jié)果指出，bottle beam的尺寸隨著透鏡焦距的增大而增大。實驗中利用軸棱錐透鏡系統(tǒng)產(chǎn)生bottle beam，并對不同位置的光斑進行了拍攝，分析了bottle beam的演變過程及其橫向光強分布。實驗與理論模擬的結(jié)果相吻合。因而容易選擇不同尺寸的bottle beam對不同微粒進行囚禁。<

4、br>　　 ⑷分別使用兩種不同底角的軸棱錐(Axicon)產(chǎn)生無衍射Bessel光束。理論分析了單束Bessel光及兩束Bessel光相干疊加后光場的光強分布，分析了產(chǎn)生的Bottle beam在一個完整周期內(nèi)的特性。數(shù)值模擬了光沿縱向傳播時光場的橫向光強分布，并給出了相關(guān)的實驗。對單束Bessel光及兩束Bessel光干涉后的中心光斑的大小進行了測量，測量結(jié)果與理論計算相吻合。
　　 ⑸提出一種產(chǎn)生Bottle beam的新

5、方法，它是在傳統(tǒng)的軸棱錐底面上放置一個環(huán)形障礙物。平面波入射到帶有環(huán)形障礙物的軸棱錐底面時，將在軸棱錐產(chǎn)生的最大無衍射距離內(nèi)形成Bottle beam，而在Bottle beam的前后仍然保持無衍射Bessel光。通過變化障礙物大小及軸棱錐底角實現(xiàn)Bottle beam尺寸的控制。利用衍射理論描述了平面波經(jīng)帶有環(huán)形障礙物的軸棱錐產(chǎn)生Bottle beam的原理，分析和模擬了傳輸過程中不同位置的截面光強分布及整個過程的三維光強分布，并給出

6、相關(guān)的實驗結(jié)果。
　　 ⑹提出一種新的詮釋方法，利用幾何光學(xué)的光學(xué)追跡法對梯度軸棱錐系統(tǒng)產(chǎn)生周期性Bottle beam的演變過程進行了詳細的描述。利用光學(xué)仿真軟件的光照度分析功能對傳播中不同傳播距離的截面光強分布進行了分析。結(jié)果表明，通過改變兩個軸棱錐底角大小，可以對產(chǎn)生周期性Bottle beam區(qū)域長度進行控制，且Bottle beam的尺寸也將由這兩個軸棱錐底角大小直接決定。這種梯度軸棱錐系統(tǒng)可以很容易地產(chǎn)生尺寸非常小的