http://www.instantpaydayloanssc.com

高斯光束_百度文库

  高斯光束_物理_自然科学_专业资料。高斯光束 在光学中,高斯光束(Gaussian beam)是横向电场以及辐射照度分布近似满足高斯函数的电磁波光 束。许多激光都近似满足高斯光束的条件,在这种情况里,激光在光谐振腔(optical re

  高斯光束 在光学中,高斯光束(Gaussian beam)是横向电场以及辐射照度分布近似满足高斯函数的电磁波光 束。许多激光都近似满足高斯光束的条件,在这种情况里,激光在光谐振腔(optical resonator)里以 TEM00 波模。当它在镜片发生衍射,高斯光束会变换成另一种高斯光束,这时若干参数会发生变 化。这解释了高斯光束是激光光学里一种方便、广泛应用的原因。 描述高斯光束的数学函数是亥姆霍兹方程的一个近轴近似(Paraxial approxition)解(属于小角近 似(Sll-angle approxition)的一种)。这个解具有高斯函数的形式,表示电的复振幅。电磁 波的包括电场和两部分。研究其中任一个场,就可以描述波在时的性质。 高斯光束的瞬时辐射照度示意图 纳米激光器产生的激光 场强(蓝色)和辐射照度(黑色)在坐标轴上的分布情况 共焦腔基模高斯光束腰斑半径 数学形式 高斯光束作为电磁波,其电场的振幅为: 这里 为场点距离光轴中心的径向距离 为光轴上光波最狭窄束腰的坐标 为虚数单位(即 ) 为波数(以弧度每米为单位) , 为电振幅降到轴向的 1/e、强度降到轴向的 1/e 的点的半径 为激光的束腰宽度 为光波波前的曲率半径 为轴对称光波的 Gouy 相位,对高斯光束的相位也有影响 对应的辐射照度时域平均值为 2 这里 为光波束腰处的辐射照度。 为光波介质的波(Wave impedance)在 真空中, 。 波束参数 高斯光束的许多性质由一系列波束参数决定,下面将分别予以介绍。 束宽 对于在空间的高斯光束,其腰斑(spot size)的半径在光轴方向总大于一个最小值 这个最小值被称为束腰。波长为 的光波的腰斑在 轴上的分布为 , 这里将 定义为束腰的。 被称为瑞利距离(Rayleigh length)。 瑞利距离和共焦参数 与束腰轴向距离等于瑞利距离 处的束宽为 这两点之间的距离称作是共焦参数(confocal parameter)或光束的焦深(depth of focus)。 曲率半径 是光束波前的曲率半径,它是轴向距离的函数 光束偏移 当 于 ,参数 趋近于一条直线。这条直线与光轴的夹角被称为光束的“偏移”,它等 在原理束腰的,光束弯散的总角度为 由于这一性质, 聚焦于一个小点的高斯激光在远离这个点的过程中迅速散开。为了保持激光的准 直,激光束必须具有较大的直径。束宽和光束偏移的这一关系是由于衍射的缘故。非高斯光束同样会 表现这一效应,但是高斯光束是一种特殊情况,其束宽和偏移的乘积是可能达到的最小值。 由于高斯光束模型使用了近轴近似,当波前与光方向倾斜程度大于 30 度之后,这种模型将不再 适用。通过上述偏移的表达式,这意味着高斯光束模型进队束腰大于 的光束适用。 激光束的质量可以用束参数乘积(beam parameter product (BPP))来衡量。对于高斯光束,BBP 的数 值就是光束的偏移量与束腰 的乘积。实际光束的 BPP 通过计算光束的最小直径和远场偏移量的乘 积来获得。 在波长一定的情况下, 实际光束的 BPP 数值与理想激光束的 BPP 数值的比值被称为 2” “M 。 2 2 2 高斯光束的 M 值为 1, 而所有的是激光束的 M 值均大于 1, 并且质量越好的激光的 M 值越接近 1。 Gouy 相位 光束的纵向相位延迟,或称 Gouy 相位为 当光束通过焦点时,除了正常情况的相移,Gouy 相移为 。 复数形式的光束参数 光束参数的复数为 为了计算方便,常常使用它的倒数 光束参数的复数形式在高斯光束的中有着重要地位, 特别是它在光谐振腔中谐振过程时。 利用复数光束参数 ,具有一个横向维度的高斯光束电与下式成比例 在二维的情况里,可以讲散光的光束表达为乘积的形式 对于圆对称的普遍情况, 且 ,可以得出 功率和辐射照度 流经孔隙的功率 流经距离 z 轴半径为 r 的圆的功率为 这里 为电磁波的总能量 流经以 为半径的圆的能量占总能量的比值为 类似的,占光波总能量约 95%的部分将流经半径为 的圆形。 辐射照度的峰值和平均值 在与束腰的轴向距离为 的,利用洛必达,可以计算该的辐射照度峰值 可以看出,辐射照度峰值为平均值的两倍,后者等于总能量除以半径为 圆的。

原文标题:高斯光束_百度文库 网址:http://www.instantpaydayloanssc.com/junshixinwen/2020/0522/19128.html

郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们修改或删除,多谢。