一、超短脉冲贝塞尔光束的非近轴效应对传输的影响（论文文献综述）
于泽[1]（2021）在《超短脉冲在大数值孔径透镜系统中传输的特性研究》文中研究指明超短脉冲由于其具有超高的峰值功率及极窄的时间宽度,广泛应用于工业、信息等领域。通过研究超短脉冲传输特性,可以对超短脉冲传输过程进行优化以得到峰值更高、时间宽度更窄的超短脉冲,使其在瞬态测量、化学反应动力学、光学频率梳等应用中前景更加广阔。本研究基于ZEMAX的追迹功能和Mathematica联合计算,研究超短脉冲经过大数值孔径透镜系统的聚焦和传输特性,提出一种计算任意波形超短脉冲经过任意复杂光学系统传输特性的方法。首先,在ZEMAX中编写宏程序,通过光线追迹获得超短脉冲在光学系统出瞳上的位相分布;根据索末菲衍射积分和菲涅尔衍射积分编写了光波传输计算的五种空间传播子,分析了空间取样对传播结果的影响。结合光线追迹和空间传播子,编写了计算脉冲传播的程序;使用该程序研究了超短脉冲经过理想透镜的聚焦特性,发现脉冲波前是完美球面波,且关于焦点对称分布,与理论一致,验证了所编写程序的正确性。其次,研究了超短脉冲经过具有大球差单透镜系统的聚焦特性。通过对脉冲在焦点区域空间演化分析,发现焦点之前区域的强烈相干效应来自于球差的影响,在焦点位置聚焦的主要为近轴光线,在焦点之后的区域光线发散,相干现象消失;研究了光学系统孔径对聚焦的影响,发现存在一个最佳的入瞳直径,使脉冲在焦点处具有高的峰值强度和好的波形分布;研究了超短脉冲宽度对聚焦的影响,发现位置色散是影响超短脉冲聚焦的另一个因素。最后,研究了超短脉冲经过具有较大轴向色差的透镜系统。在该系统中,脉冲的空间演化与理想透镜聚焦类似,脉冲波前关于焦点呈现对称分布;位置色差引起的相干效应与球差不同,其特点是在焦点前后区域均会产生相干,而球差只会使脉冲在焦点前的区域产生相干效应,聚焦随脉冲宽度变化的研究,进一步支持了这个结论;孔径尺寸对聚焦影响的研究表明,在小球差的系统中,仍能观察到球差的影响,但其影响较为微弱,只能在特定条件下才能观察到这种效应,同时在该透镜系统中,不存在最佳入瞳直径,脉冲光斑仅随着入瞳的减小而增大。
陈天衢[2]（2020）在《超快贝塞尔脉冲激光加工透明材料的微纳结构制造》文中研究说明超短脉冲激光具有超高的峰值功率密度与极短的时间弛豫尺度,可以在高透过率的透明材料中诱导非线性吸收效应,从而有效地在材料内部进行局域能量沉积,实现三维直写加工。同时,由于超快激光加工的精度主要取决于材料对光场的响应过程,从而可以实现超衍射极限的加工分辨率。因此,超快激光加工技术一直是在透明材料中进行微结构加工的首选工具。加工分辨率与深径比是超快激光加工微结构的两个重要指标,就目前来说,在达到100 nm量级的加工分辨率同时保持较高的深径比依然是个挑战。传统高斯型激光由于焦场较短,光束尺寸无法灵活调制等缺陷而不适合进行超高深径比微通道结构的加工。相比之下,无衍射贝塞尔光束由于具有极小的光斑直径,超长的无衍射传输距离与自我修复特性,而被广泛用于针对高分辨率,高深径比微结构的精密加工中。不同的材料样品具有的物理性质不同,针对特定材料样品存在有最佳的加工参数范围,因此对于特定材料开展探索性的参数扫描实验具有重要的现实意义。在这样的研究背景下,本文从超快贝塞尔激光与物质相互作用的基本原理出发,重点针对紧聚焦贝塞尔光束在多种透明材料中制备微纳米孔结构进行了详细的实验研究,探究了微纳米结构的形成机理,分析总结了三种材料的加工规律,最终在三种材料中成功制备了百纳米尺度的微孔结构。本文主要工作内容如下:（1）对轴棱锥调制产生高斯-贝塞尔光束的方法进行了研究,通过实际实验利用轴棱锥与4f系统对高斯型脉冲激光进行空间调制,得到了紧聚焦的超快贝塞尔光束。结合数值计算与实际实验的方法选定了合适的加工参数,成功搭建了一套高效的超快贝塞尔脉冲激光加工系统。（2）利用贝塞尔无衍射光束在高纯度熔融石英材料下表面制备出了大面积的微孔阵列,并通过详细的参数扫描实验总结出了石英材料的加工规律。随后结合贝塞尔激光光场与下表面相对位置的改变,发现并解释了内部材料在微爆的作用下会对下表面产生冲击,从而形成微孔结构的现象,并通过补充性实验对下表面微孔阵列进行了总体的形貌观测,进而对该现象的形成原因进行了佐证。（3）针对材料内部高深径比嵌入式微通道结构的高效表征一直是个难题,传统的光学显微,扫描电子显微镜与聚焦离子束切割等方法分别存在分辨率低,表征效率低等缺点。针对这个问题,本文利用研磨抛光与单次电镜扫描结合的方法完成了对石英内部微孔结构的多层次表征,测量得到材料内部微孔的最小直径可以达到67 nm,最高深径比可达523:1。文中分析了激光参数对于内部微孔形貌产生的影响,并结合微孔之间的相对位置数据成功还原了内部微通道的形貌结构,这一方法为表征嵌入式微尺度结构提供了新的思路。（4）为了推进超快贝塞尔光束的产业化应用,本文开展了针对商用铝硅酸盐玻璃的超快贝塞尔激光纳米孔结构的加工实验,发现了超快激光加工该材料时会产生纳米颗粒的现象。通过与石英材料物理特性的对比发现激光加工的热效应与该材料的高热膨胀率是该现象产生的主要原因。结合这一现象我们调制了激光参数的范围,最终于商用铝硅酸盐玻璃中制备出了最小直径为127 nm的微孔隙结构,证明了纳米颗粒形成理论的正确性,同时也总结出了商用铝硅酸盐玻璃材料加工的参数窗口（6-10 ps,10μJ/pulse）。该部分内容为商用透明材料中的超快加工研究提供了宝贵经验,推动了超快贝塞尔加工技术的产业化应用。（5）结合商用铝硅酸盐玻璃玻璃的加工经验,本文为高硬度高熔点C向蓝宝石材料选取了合适的加工参数,成功在蓝宝石材料上表面制备出了最小直径在133 nm尺度的高质量微孔,分析了脉冲参数对于蓝宝石表面微结构形貌的影响,找出了蓝宝石的加工窗口为脉冲宽度6 ps,脉冲能量大于21μJ。最后,通过对蓝宝石表面纳米颗粒形成的分析佐证了高热膨胀率与激光加工不可忽略的热效应是纳米颗粒形成主要原因的观点。该部分研究结果表明材料参数（熔点,硬度,杨氏模量,热膨胀系数和热导率等）对于激光加工具有重要的指导意义,为后续的研究工作提供了参考。
李烨[3]（2020）在《海水中涡旋光束的湍流效应分析》文中认为随着陆地资源不断地枯竭,人类对于海洋资源探索以及海洋军事研究工作的日益频繁。构建远距离、大数据、高速、保密的海洋通信与传感网络是全世界急待解决的问题。与海洋电磁波通信和声波通信对比,海洋无线光通信具有频带宽、信息容量大、数据传输速率快、延迟低、保密性好、能耗低等优点。特别当以携带轨道角动量涡旋光束作为信号载体的海洋无线光通信系统具有更高的信道容量、频谱效率和保密性。此外,在不产生热晕的前提下,采用高功率超短脉冲涡旋光波作为信号载波能够缓解海水信道中的消光损失。然而,海水湍流也能够引起信号光波的强度起伏、束径扩展和束心抖动等效应,从而降低海洋无线光通信系统的通信质量。因此,研究连续型或脉冲型涡旋光波在海水湍流中的传输特性,是优化海洋无线光通信系统性能的一项必要的基础性研究工作。为此,本论文针对上述问题进行了如下的创新研究工作:1.新型海水湍流折射率功率谱的建立。通过引入尺度有限的海水湍流外尺度因子,我们建立了适用于在不稳定分层情况下从低空间波数区到高空间波数区的新海水湍流折射率功率谱。新谱模拟结果也被证明与实验数据更加一致。新谱不仅消除了稳定分层假设的误差,而且解决了在零空间波数区域出现奇点问题和在低空间波数区域背离实验结果的困境。考虑到存在各向异性的海水湍流情况,我们进一步将新海水湍流折射率功率谱推广为非对称海水湍流折射率功率谱。2.海水湍流干扰光波传输机理的研究。基于Rytov近似原理,建立了高斯谢尔量子光束在各向异性弱海水湍流中的孔径平均量子偏振度模型,得出合理的设置接收孔径,能够控制海水湍流对于高斯谢尔量子光束的干扰作用的结果。此外,基于新海水湍流折射率功率谱,导出了高斯光波的闪烁指数的解析表达式,得出在稳定分层假设情况下,以盐度起伏主导的海水湍流低估了盐度扩散对闪烁指数的影响,以温度起伏主导的海水湍流高估了盐度扩散对闪烁指数的影响;有限的外尺度能够显着降低高斯光波的离轴闪烁指数等重要结论。最后,导出了高斯光波传输在包含外尺度的海水湍流中的空间相干半径和波结构函数的解析表达式,并建立了海水湍流中的指向误差解析数学模型和具有指向误差的信道容量模型。研究了海水湍流参数和光源参数分别对指向误差和信道容量的影响。3.海水湍流中厄米高斯涡旋光束传输模型的建立。基于角谱理论,首先提出了均匀介质中的新型厄米高斯涡旋光束,然后建立了各向异性海水湍流中厄米高斯涡旋光束携带轨道角动量态接收概率密度模型,得出在远距离通信情况下厄米高斯涡旋光束比拉盖尔高斯涡旋光束具有更强抗海水湍流干扰的能力,各向异性海水湍流对于轨道角动量态的信号接收概率干扰弱于各向同性海水湍流的影响。4.各向异性海水湍流中高斯涡旋脉冲X光波携带轨道角动量态的接收概率模型的建立。通过发展涡旋脉冲光波的双频互相干函数,研究了海水湍流和高斯涡旋脉冲X光源参数对轨道角动量态的接收信号概率和脉冲展宽的影响,得出携带大的初始半脉冲宽度、大的初始束腰半径和小的贝塞尔锥角的高斯涡旋脉冲X光波具有较强的抵抗海水湍流干扰能力。另外,携带小的轨道角动量量子数的高斯涡旋脉冲X光波能够获得大的轨道角动量态信号接收概率和带宽,从而实现高信息容量的海洋通信等结论。5.超短拉盖尔高斯涡旋脉冲光束的特殊相干函数的解析表达式的导出和轨道角动量态接收概率分布模型建立。基于拉盖尔函数和时谐函数正交特性,发展了脉冲轨道角动量态的特征函数,然后建立了超短拉盖尔高斯涡旋脉冲光束携带轨道角动量态的接收概率分布模型,得出较大的传输距离与较小的轨道角动量量子数导致较小的脉冲延迟,涡旋脉冲光束传输在温度起伏为主的浅海中比盐度起伏为主的深海中具有更好的传输性能等结论。6.非对称海水湍流中Lommel-Gaussian涡旋脉冲光波携带轨道角动量态的接收概率模型的建立。运用贝塞尔函数的加权正交特性和脉冲型轨道角动量态的特征函数建立方法,导出在弱海水湍流条件下包含湍流外尺度和非对称因子的时空波的复相位扰动解析表达式,并由此建立Lommel-Gaussian涡旋脉冲光波通过非对称海水湍流的轨道角动量态的接收概率模型。此模型表明携带较大轨道角动量量子数的Lommel-Gaussian涡旋脉冲光束具有良好的抗海水湍流干扰特性和实现较大的信息容量通信。
董志鹏[4]（2020）在《基于多模光纤的全光纤超短脉冲及矢量光束的产生》文中指出近十几年来,光纤激光器由于其紧凑的结构、良好的散热性、优越的稳定性和较低的成本等优点,在科研、医学和工业领域具有十分广阔的潜在应用远景,其中高功率超短脉冲光纤激光器和矢量光束激光器更是广大科研人员研究的热门方向。实现高功率超短脉冲输出的方法通常采用啁啾脉冲放大技术（Chirped Pulse Amplification,CPA）,该技术不仅可以避免脉冲发生非线性畸变和光损伤,与此同时可输出高功率、超短脉冲、高光束质量,因此运用CPA技术极大地促进了光纤激光器的输出功率的提高。CPA系统主要包括:种子源激光、脉冲展宽器、光放大器、脉冲压缩器,其中,种子源激光通常源自锁模激光器,而锁模技术的实现一般需要用到可饱和吸收体,因此可饱和吸收体的可靠性对激光器运行稳定具有决定性的作用。虽然目前有许多材料可作为可饱和吸收体,例如:石墨烯、二硫化钨、碳纳米管、黑磷、半导体可饱和吸收镜等,然而这些材料通常存在造价高、损伤阈值低、易潮解等缺点,因此严重影响激光器运行稳定性。综上所述,寻找一种稳定、廉价、易制作的可饱和吸收体材料就具有非常重要的意义。基于多模干涉原理的单模光纤-多模渐变光纤-单模光纤（SMS）结构作为可饱和吸收体,具有高稳定性、成本低、结构紧凑的优势。然而在SMS结构中,多模渐变光纤的长度需要严格控制,使其满足干涉条件,其长度精度在数十微米量级,这在实际操作过程中较难实现。因此,若想利用SMS结构作为可饱和吸收体,还需解决多模光纤的长度限制的问题。矢量光束与传统光束的主要区别在于矢量光束的光场存在孤立奇点,且横向光场为中空强度分布。按照其所携带的奇点类型可以分为两类,携带偏振奇点的称为柱矢量光束（Cylindrical Vector Beams,CVBs）,携带相位奇点的称为轨道角动量光束（Orbital Angular Momentum,OAM）。由于矢量光束独特的偏振和相位特性,使得其在光镊、表面等离子激发、超高分辨率成像、光通信等领域具有重要运用。通常矢量光束是在普通少模光纤中产生和传输,然而由于普通少摸光纤模式间的有效折射率相差很小,导致模式间的串扰十分严重,矢量光束不能稳定传输。因此如何产生稳定、紧凑、高效率、高纯度的矢量光束是一个十分值得探索的问题。本文首先介绍了超短脉冲激光器的应用、锁模技术产生超短脉冲的原理、SMS结构作为可饱和吸收体的原理以及制作过程、CPA技术的原理,并结合数值模拟结果,解决SMS作为可饱和吸收体时多模光纤的长度限制。其次,介绍了矢量光束光纤激光器的应用、常见产生方式、光纤耦合理论以及少模保偏光纤中的模式分布,并以此为基础,提出了利用保偏光纤解决普通光纤中模式串扰问题,以达到稳定、高效的矢量光束输出的目的。本论文的主要研究工作与成果如下:1.利用多模干涉原理,在单模光纤-多模渐变折射率光纤-单模光纤结构（SMS）中实现了可饱和吸收效应,并提出了一种解决SMS结构中的多模光纤长度限制问题的方法。通过利用两种不同芯径错位拼接,可以有效解决SMS结构中多模光纤的长度限制。通过改变两段多模光纤间的错位偏移量,可以有效调节可饱和吸收体的调制深度。基于这种方案,制作了调制深度为15.28%的可饱和吸收体,并搭建了一台全光纤的锁模激光器。2.基于多模干涉原理与非线性偏振旋转的混合锁模原理搭建了一台光纤激光器,通过混合锁模机制有效地提高了激光器的稳定性同时压缩了脉冲宽度。3.研究了一种基于多模干涉的逆可饱和吸收效应的锁模方型脉冲光纤激光器,通过调节偏振控制器,可以输出方形脉冲和h型脉冲,并利用本研究组提出的简易啁啾测量装置,探究这两种脉冲的啁啾特性。该激光器可以分别输出最大脉冲能量为0.14 μJ和23.8 nJ的方形和h型脉冲。4.基于啁啾脉冲放大技术,使用啁啾光纤光栅和闪耀光栅分别作为脉冲展宽器和脉冲压缩器,实现了全光纤结构的高功率超短脉冲激光系统,可输出平均为4.7 W,脉冲宽度为1.6 ps的超短脉冲。5.设计一种全保偏光纤结构的OAM光束激光器,利用保偏光纤可以有效解决模式串扰问题,同时具有免调试、高稳定性的特点,可输出平均功率为83 mW,纯度为93.6%、±1阶的OAM光束激光。6.设计一种基于模式叠加原理的全保偏光纤TM01模式的柱矢量激光器,该激光器具有免调试、高稳定性、有效减小模式串扰问题等优点,可输出功率为19.20 mW,纯度为91.8%的柱矢量光束。本文创新点:1.提出了利用多模光纤错位偏置解决SMS结构中多模光纤的长度限制,并通过调节偏置位移长度可有效调节可饱和吸收体的调制深度。2.利用多模干涉中的逆可饱和效应实现了多形状的锁模脉冲输出,并分别测量脉冲的啁啾特性。3.设计了一种基于非线性偏振旋转和多模干涉效应原理的混合锁模激光器,有效地提高了激光器的稳定性和输出脉冲的宽度。4.设计了一种基于模式叠加原理的全保偏光纤结构的矢量光束激光器,可以输出高纯度、高稳定性的矢量光束。
刘欣[5]（2018）在《超短脉冲激光直写玻璃扩展芯波导和表面微通道研究》文中认为随着近几十年超短脉冲激光系统的发展与成熟,超短脉冲在材料微纳加工中的各项研究工作也迅速开展起来,人们取得了丰富的成果。具体来说,有基于多光子光致聚合效应,激光诱导前向转移等技术的3D增材制造;基于超短脉冲烧蚀（融化和去除）的材料切割、钻孔,异质焊接、表面清洗,和激光诱导周期表面结构;基于对透明介质内材料改性（折射率改变）的光波导直写以及复杂光子器件制造等应用。本论文在超短脉冲激光微纳加工的范畴内,主要开展了超短脉冲激光在光学玻璃中直写大模场、单模特性的扩展芯微结构光波导,以及在熔石英玻璃表面加工无锥角、中、小纵深比（3-60）微通道两方面的实验研究,主要的工作内容和创新成果包括:1.提出了采用飞秒直写技术制作单模大模场扩展芯微结构光波导（Expanded-core Waveguide,ECW）方法,理论分析了ECW的光波导特征,在熔石英玻璃中实验制备了ECW波导和Y型ECW波导分束器,模场直径～30μm、传输损耗～0.1 dB/cm。2.在Yb3+磷酸盐玻璃中刻写I类单芯波导,并于1029 nm处实现了最高11 mW、斜效率2%的波导激光输出;将ECW概念扩展至Yb3+磷酸盐增益玻璃中,有效提高了光子波导器件加工效率,获得了模场直径优于单芯波导3倍以上的单模运转ECW,为实现高功率单模波导激光器奠定了基础。3.在Matlab中仿真研究了入射光波的波前振幅、相位畸变、光束失准直等因素对贝塞尔光束质量的影响。4.空气环境中使用单发脉冲的高斯-贝塞尔光束在熔石英玻璃前表面进行了微通道加工的实验研究,确定了最优的加工条件为微焦耳脉冲能量和1 ps脉冲宽度,制造了平均直径～1μm,长度～40μm,表面质量良好的高圆柱度微通道。该结果在微米尺度、中纵深比的表面结构化领域有广阔的应用前景。5.基于标量菲涅尔衍射理论,数值仿真研究了环缝在截断贝塞尔光束焦深调控方面的能力;实验研究了截断贝塞尔光束在熔石英玻璃前表面微通道加工中的参数优化,通过扫描截断贝塞尔光束的参数,在熔石英玻璃前表面实现了对微通道直径从～300 nm到～2μm、深度从～1μm到～30μm的有效调控。展示了截断贝塞尔光束在亚微米尺度、低纵深比应用中:如直写光子晶体或超材料制造方面的潜力。
曹晓超[6]（2017）在《时域空心超短脉冲的时空演化及与原子的相互作用研究》文中进行了进一步梳理近些年来,随着超短脉冲制造技术的不断提高,实验室中已能获得阿秒级脉宽的亚周期超短脉冲。在超短脉冲领域,仍然蕴藏着很多新物理等待人们进一步研究。现有的理论中,常用的载波-包络近似、旋波近似等模型,在超短脉冲持续时间进入单周期甚至亚周期时,存在严重的问题,导致非物理的结果。所以迫切需要有更完美的理论来研究超短脉冲的特征。我们从振荡电偶极子的电磁辐射理论出发,加入改进的复点源方法,求得了超短激光脉冲的解析表达式。与缓变包络近似方法不同的是,这个表达式是麦克斯韦方程组的严格解,可以用来表征任意脉宽的超短激光脉冲。以往的空心光束研究往往集中在空间域空心光束,而我们在论文中提出一种时域型空心超短脉冲。当阶数n = 0的时候它就是一束高斯型超短脉冲。随着阶数的增加,这束高斯型超短激光脉冲的线型慢慢扁平化,凹陷,从而演变成时域型空心超短脉冲。该束超短脉冲可以视为两束相位相关联,时域上相邻的激光光束,而且两束超短脉冲之间的时间间隔只与阶数及特征时间常数有关。接着分析了时域空心超短脉冲在自由空间中的传输特性。数值模拟显示,不管是单周期还是多周期时域空心超短脉冲,均能在传输较远的距离之后,稳定保持原有的时域空心特征。在远离光轴区域,还发现了时空耦合效应导致的脉冲线型“凹陷”现象。之后,我们验证了时域空心脉冲光束的内禀啁啾现象,发现随着解析表达式的阶数增大,单周期超短脉冲内禀啁啾线型出现与电场包络类似的时域空心现象。多周期超短脉冲的内禀啁啾效应可以忽略。超短脉冲与等离子体的相互作用是近年来强场物理领域的研究热点。综合考虑等离子体中连续性方程,动力学方程,并联立麦克斯韦方程组,得到了超短激光脉冲在等离子体中传播时的相对介电常数,并引入碰撞系数和相对论因子。等离子体中的电子被超短脉冲尾流场加速过程中,会产生相对论质量变化,并导致脉冲在等离子体中传输时呈现纵向自压缩效应。自压缩效应导致脉冲的电场包络脉宽减小,时域空心超短脉冲的前后沿尖峰间距缩小,并有利于脉冲能量的进一步集中提高。但在随后的传输中由于衍射效应和等离子体中的能量耗散,超短脉冲的强度逐渐降低。等离子体介质各向异性导致时域空心超短脉冲的前后沿尖峰呈现不对称线型,但在相对论传输中逐渐恢复其对称性。时域空心超短脉冲的阶数越低,或者等离子体特征频率越大,自压缩效应越明显。碰撞效应会影响等离子体介质的各向异性,增加超短脉冲传输时的能量耗散,但基本不影响其脉宽的压缩。此外,我们计算了时域空心超短脉冲在等离子体中传输时非线性效应引起的啁啾的演化。利用时域空心脉冲的解析表达式,我们计算了超短脉冲和铷原子相互作用过程中的光力效应。在超短脉冲作用下,处在矢量脉冲电场中的中性原子,可以获得相当于1011倍重力加速度的加速效果。横向光力的方向与超短脉冲的失谐方向以及中性原子的初态等有关。对处于基态的铷原子,具有较大红失谐的超短脉冲可以实现良好的聚焦效应。时域空心超短脉冲阶数越高,脉冲持续时间越短,光力越大。从光力的动力学演化来看,随着超短脉冲的传输,由于时空耦合效应,光力的“聚焦”效应会逐渐减弱。进一步增大拉比频率时,模拟显示超短脉冲的光力可用于原子运动的时序控制。最后,我们验证了初始相位对光力线型的影响。计算结果对将来原子光学方面的实验有一定的指导意义。
陆璐[7]（2016）在《海洋湍流对激光束传输的影响》文中认为海水折射率起伏主要由温度变化和盐度变化引起,而海水折射率变化会导致海洋湍流功率谱的变化。随着水下激光雷达、水下光通信、水下成像和水下传感等应用的兴起,深入研究激光束在海洋湍流传输的湍流效应就显得尤为重要。另一方面,激光在海水中传输过程中,由于海水的吸收和散射,导致激光束在海水中传输距离远不如在大气湍流中传输的光束质量,解决如何获得较好的光束质量等相关问题就显得尤为重要。本文主要采用理论计算和数值分析相结合的方式,从以下三个方面展开不同激光束在海洋湍流中传输问题：一、海洋湍流中光的传输1.海洋湍流的空间相干长度本文中,推导出海洋湍流中传输的平面波和球面波的波结构函数和空间相干长度的数学表达式,其适用于弱起伏条件和强起伏条件。结果表明：第一,在Rytov近似下,基于海洋湍流功率谱,惯性区间的波结构函数仍然满足Kolmogorov三分之五定律,并且盐度变化引起的光学湍流对光束的影响比温度变化引起的光学湍流要大得多。第二,研究了波结构函数随三个海洋参数（即温度与盐度对功率谱贡献的比值w、温度方差耗散率χT和单位海水动能耗散率ε）的变化情况。不论是平面波还是球面波,波结构函数WSF随w和χT增大而增大,随ε减小而增大。除此之外,平面波的WSF大于球面波的WSF。第三,空间相干长度可以表征湍流的强弱,比如说,激光束的相干性受湍流的影响。研究了空间相干长度随三个海洋参数的变化情况。研究发现：不论是平面波还是球面波,空间相干长度ρ0随w和χT增大而减小,随ε减小而减小。第四,详细分析了温度变化与盐度变化对功率谱变化贡献的大小的比值w：0的情况。本文主要从两个方面来分析w=0：一方面,海水不是等温的,但仍然有w=0,从海洋功率谱函数来看,公式是没意义的：另一方面,海水是等温的情况,温度梯度为零,这使Nikishov提出的海洋功率谱为零,然而实际的海水不会由于海水等温而使海洋功率谱为零,因而,获得一个适用于等温海水的功率谱函数是必要的。在本文中,首次利用盐度方差耗散率推导出等温条件下的功率谱函数,并且也能满足w=0的条件。然而,要单纯地描述w=0是否使功率谱有意义,如果不添加其他的限制条件,是不可行的。通过对w=O的分析,我们将有必要修改w的取值范围,并将其限定在w∈[一5,0)的范围内。2.海洋湍流中相位起伏（1）海洋湍流中到达角起伏本文推导出海洋湍流中平面波和球面波的相位结构函数和到达角起伏的解析表达式。对比了解析表达式获得的到达角起伏的结果和到达角起伏的定义式的数值结果,结果表明两种不同计算结果相吻合,同时验证了到达角起伏解析表达式的准确性。湍流包含大小不同的湍涡,能量从大湍涡转移到小湍涡,直到能量完全被损耗。Kolmogorov理论指出较大的雷诺数,较小尺寸的湍流结构是稳定、各向同性和局部的,不依赖于其他的大尺度湍流。在先前的研究中,活跃区（active region）湍流尺寸小,然而强分层区（strongly stratified water）可以看成稳定的较深的边界层,包括深海,其湍流尺寸较大,湍流较强。本文中,用空间相干长度来描述到达角起伏,并分析了两者之间的关系。（2）海洋湍流对激光束光束漂移的影响本文从解析方法和数值方法两个方面研究了弱起伏条件下的光束偏移情况,得到以下结论：第一,无论是准直光束还是聚焦光束,光束漂移随ε减小而增大,随新增大而增大和盐度诱致占优势的光学湍流条件下光束漂移显着；两种不同光束的区别在于准直光束的漂移量小于聚焦光束的漂移量；发射端的光束半径W0越小,其光束漂移量越大。第二,基于无量纲物理量BW,研究了光束漂移和湍流导致的光斑尺寸的关系,结果表明准直光束的漂移量对湍流导致的光斑尺寸的影响要小。第三,为区分不同光束的漂移量,本文基于准直光束和聚焦光束,首次定义了相对漂移的概念。当发射端口的光束曲率参数趋近于1时,相对光束漂移很小。3.光强起伏（1） Rytov方差湍流大气Rytov方差是一个不可或缺的量,它是判定弱、中和强起伏湍流条件的,并且Rytov方差广泛地用于描述湍流的强度。目前,除了用三个海洋参数来描述湍流的强度,还没有一个类似于大气湍流中Rytov方差的量来定量描述海洋湍流强弱起伏。本节将从大气湍流的Rytov方差定义出发,推导出海洋湍流中的Rytov方差。在大气湍流中,Rytov方差可以表征湍流起伏程度,基于海洋湍流功率谱,推导海洋湍流的Rytov方差有一定的实际应用意义。（2）闪烁指数本章节,在弱海洋湍流起伏条件下,首次推导了闪烁指数的径向和轴上分量的解析表达式,研究了在海洋湍流中传输的高斯光束闪烁指数径向分量受离轴距离、传输距离和三个海洋参数的影响。结果表明：闪烁指数径向分量随离轴距离,·、传输距离L、温度与盐度对功率谱贡献的比值w和温差耗散率χT的增大而增大,随单位海水动能耗散率ε减小而增大。类似于闪烁指数径向分量,闪烁指数轴上分量随传输距离L、温度与盐度对功率谱贡献的比值w和温差耗散率χT增大而增大,和单位海水动能耗散率占减小而增大。此外,数值分析了σ1.12（r,L）<1弱起伏条件的三种波（即平面波、高斯和球面波）闪烁指数轴向分量的差异。结果发现：平面波的闪烁指数轴向分量比其他两种模型增长速率快,说明了在同一湍流强度平面波受湍流影响大。平面波的湍流距离要小于高斯和球面波的湍流距离。二、列阵激光束在海洋湍流中传输效应（1）M×N二维线阵高斯列阵激光束在海洋湍流中传输的平均光强研究表明,要获得较高激光输出功率以及较高激光光束质量,列阵光束在上述实际应用中扮演着重要角色。虽然列阵光束的应用相当广泛,如何将列阵光束聚焦到一点的问题研究得甚少。本文中引入了波前曲率半径F0,并且推导出M×N二维线阵高斯列阵光束通过海洋湍流的平均光强的解析表达式。研究结果表明：随着波前曲率半径的引入,列阵光束在传输过程中使光强能够聚焦到同一位置。不论相干合成还是非相干合成的平均光强受强湍流的影响十分厉害。基于本文定义的相对平均光强,相干合成光束受海洋湍流影响的光强敏感程度要大于非相干合成影响。（2）海洋湍流对径向高斯列阵激光束光束扩展的影响以均方根束宽和有效曲率半径为评价光束扩展的指标,研究了通过海洋湍流的相干合成条件下径向高斯列阵激光束的光束扩展问题。首次给定了海洋湍流中湍流参数F的解析表达式,对比了该解析式和海洋参数的积分表达式的数值结果,验证了该解析表达式的准确性。基于海洋湍流参数,推导出径向高斯列阵光束的均方根束宽的解析表达式。此外,依据空间二阶矩和空间频率域二阶矩,推导出有效曲率半径的解析表达式。湍流强度决定了有效曲率半径的大小,同理,有限曲率半径的大小反应了湍流强度。较强的湍流导致较小的有效曲率半径和较大的光束扩展,并且,有效曲率半径可以作为表征湍流强度的物理量。三、海洋湍流对超短脉冲激光的影响对比了海洋湍流的Rytov复数相位结构函数,其有三种处理方式：（1）Rytov复数相位结构函数二次近似；（2）Rytov复数相位结构函数二阶近似；（3）直接展开零阶贝塞尔函数法。结果表明：新方法（直接展开零阶贝塞尔函数）和Rytov复数相位结构函数二次近似比较接近,和Rytov复数相位结构函数二阶近似相差甚远。其次,基于海洋湍流Rytov方差,研究了超短脉冲脉宽展宽随传输距离、波长、初始脉宽和初始高斯光束半径的变化关系。结果表明：轴上相对脉冲展宽随初始脉宽增加而减小,随传输距离、波长和初始高斯光束半径的增大而增大。最后,为表征湍流作为影响脉冲展宽的唯一因素,本文定义了轴上湍流有效系数,并对轴上湍流有效系数作了一些研究。结果表明：湍流有效系数随初始脉宽增加而减小,随初始高斯光束半径的增加而增大,并且在初始高斯光束半径增加到一定程度时,湍流有效系数不再增大。通过上述三个方面,研究了海洋湍流中光的传输、列阵激光束在海洋湍流的传输效应和海洋湍流对超短脉冲激光的影响。这些结果更加系统的描述了激光束在海水中传输特性,并为水下光通信、水下成像及传感提供理论基础和计算依据。
梁晓晶[8]（2016）在《贝塞尔光束的传输变换特性研究》文中进行了进一步梳理贝塞尔光束是振幅可用第一类贝塞尔函数0J表示的一种特殊光束,具有无衍射特性,最早由J.Durnin于1987年首次提出。此后,人们又发现它具有自恢复特性,这两项特性使得贝塞尔光束在原子操控、能量传输、激光准直与测量、非线性光学等领域得到了广泛的关注。本文首先介绍了贝塞尔光束的基本特点、产生方法、应用领域以及发展现状,然后从波动方程出发,探讨了贝塞尔光束的无衍射原理,介绍了用于研究贝塞尔光束传输的常用分析方法,重点用几何分析法探讨了利用轴棱锥产生贝塞尔光束各项参数之间的关系,并进行了数值模拟。其次,搭建了利用轴棱锥产生贝塞尔光束的系统,并设计了利用光束质量分析仪对各圆环尺寸进行测量从而确定贝塞尔光束参数的方案,对比了相同参数下镀膜轴棱锥与不镀膜轴棱锥产生贝塞尔光束尺寸的差异。针对由于轴棱锥加工等因素导致的实际贝塞尔光束参数与标定值间的差异,本文设计了利用测量数据计算径向波矢的方案。最后从多角度对实验结果进行了分析。第三,从柯林斯衍射积分公式对贝塞尔光束经过不同尺寸障碍物后的传输特性进行了模拟,并进行了实验验证。结果表明,当圆孔很小时,贝塞尔光束不再具有无衍射特性,而变为线性发散的光斑,贝塞尔结构与无衍射性遭到了破坏,但其光强的中心峰值与最外环峰值之比随传播距离增加不变。当逐渐增大圆孔大小,在几何投影区内由贝塞尔分布逐渐演变为线性发散的衍射光斑。第四,从理论和实验上研究了贝塞尔光束过单透镜后的传输变换特性。结果表明,在前焦面已形成贝塞尔光的区域放置焦距小于无衍射距离的透镜,光束会先逐渐演变为一个空心光束,在后焦面处形成一个细圆环,之后再变为发散的贝塞尔光束。对光斑进行了拟合,并观察到了发散贝塞尔光束的自恢复性。最后,对论文的研究结果进行了总结并提出了展望。
刘志军,吕百达[9]（2004）在《超短脉冲贝塞尔光束的非近轴效应对传输的影响》文中研究指明对超短脉冲贝塞尔光束在近轴近似和非近轴情况下自由空间中的传输作了研究。结果表明,其空间波形在传输中保持贝塞尔形状不变,不受非近轴效应影响;然而当空间参数较大时,非近轴效应影响超短脉冲贝塞尔光束的时间波形。
刘志军[10]（2003）在《飞秒脉冲光束通过自由空间、色散介质和透镜的传输特性研究》文中认为随着飞秒脉冲激光技术的迅速发展，实验室已经能够产生几个光周期和接近一个光周期的超短脉冲。这类超短脉冲光束的传输变换引起了广泛的研究兴趣。本论文对飞秒脉冲光束通过自由空间、线性色散介质和单透镜的传输特性作了深入研究。主要具有创新性的工作包括： 1．使用复解析信号法和稳相法推导出了等衍射长度超短脉冲高斯光束在自由空间远场非近轴传输方程，可用来处理自由空间远场大角度的传输。复解析信号解会出现光谱红移、变窄、脉冲变宽等与脉冲包络解不同的时空特性。 2．从瑞利衍射积分公式出发，利用复解析信号法推导出了等衍射长度超短脉冲高斯光束在自由空间近场非近轴传输方程，在近轴近似条件下与文献已有的近轴结果一致。数值计算例说明在近场随衍射角的增大会出现脉冲变形、加宽、谱红移、变形、变窄等特性，脉冲形状在近场随传输距离变化而变化，但在远场保持不变。 3．对超短脉冲贝塞尔光束在近轴近似和非近轴情况下自由空间中的传输作了比较，以数值计算例讨论了非近轴效应对其传输特性的影响。当空间参数α较小时超短脉冲贝塞尔光束的时间波形不受非近轴效应影响；然而当空间参数α较大时，非近轴效应影响超短脉冲贝塞尔光束的时间波形。给出了近轴近似成立的条件。 4．从瑞利衍射积分公式出发，未作慢变振幅近似和近轴近似的条件下，导出了等衍射长度超短脉冲高斯光束在色散介质中非近轴传输方程，可用来处理色散介质较大角度的传输。数值计算例说明了在色散介质中会出现谱红移、变窄、及脉冲形变等传输效应，而且对初始光谱引入截断函数可以避免“非光束”行为。 5．未作近轴近似的条件下，用傅立叶积分变换法详细研究了超短脉冲贝塞尔光束在正、负色散介质中的传输特性。脉冲光束的空间形状在传.绷..纽翔......1习jJJlee|JJJJ输过程中保持J。形状不变，时间波形依赖于材料色散和衍射。在负色散介质中传输时，脉冲会变宽、带有负惆啾:而在正色散介质中传输时，脉冲会变宽、带有正惆啾或负叨嗽，当光束和色散参数满足一定条件时能实现“无衍射无色散”传输。数值计算给出了高阶色散可忽略的条件。 6，使用傅立叶积分变换法，在考虑透镜色差和高阶色散效应的较为一般情况下，分别研究了等束宽超短脉冲高斯光束和等衍射长度超短脉冲高斯光束通过硅玻璃透镜的聚焦特性。对于几个光周期的超短脉冲，除透镜色差外，还应当考虑群速度色散，且其影响依赖于透镜材料和光束参数。一般说来，透镜色差和群速度色散会使焦平面上脉冲光束的时间、空间光强分布展宽，峰值光强降低。更高阶色散的影响较小。
二、超短脉冲贝塞尔光束的非近轴效应对传输的影响（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、超短脉冲贝塞尔光束的非近轴效应对传输的影响（论文提纲范文）
（1）超短脉冲在大数值孔径透镜系统中传输的特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 超短脉冲传输的理论研究概况 |
| 1.2.2 光场传输的数值计算方法研究概况 |
| 1.2.3 大数值孔径透镜系统研究概况 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第2章 光波传输的理论模型 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 索末菲衍射积分 |
| 2.2.1 索末菲衍射积分-响应函数法 |
| 2.2.2 索末菲衍射积分-传递函数法 |
| 2.3 菲涅尔衍射积分 |
| 2.2.1 菲涅尔衍射积分-响应函数法 |
| 2.2.2 菲涅尔衍射积分-传递函数法 |
| 2.2.3 菲涅尔衍射积分-傅里叶变换法 |
| 2.4 衍射积分的数值计算 |
| 2.4.1 索末菲衍射积分 |
| 2.4.2 菲涅尔衍射积分 |
| 2.4.3 菲涅尔-傅里叶变换法 |
| 2.5 大数值孔径透镜特性分析 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 超短脉冲经过理想薄透镜的传输 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 光线追迹原理 |
| 3.3 光线追迹结果的数据处理 |
| 3.4 两种理想光学系统的位相 |
| 3.4.1 理想薄透镜 |
| 3.4.2 理想球差面 |
| 3.5 超短脉冲经过理想薄透镜的聚焦性质研究 |
| 3.5.1 数值计算的初始条件 |
| 3.5.2 超短脉冲聚焦计算的流程图 |
| 3.5.3 瞳函数构建 |
| 3.5.4 出瞳的位相分布 |
| 3.5.5 五种传播子的结果对比 |
| 3.5.6 超短脉冲的空间演化 |
| 3.5.7 理想透镜聚焦特性随入瞳直径的变化 |
| 3.5.8 理想透镜聚焦特性随焦距的变化 |
| 3.5.9 理想透镜聚焦特性随脉冲宽度的变化 |
| 3.5.10 理想透镜的聚焦特性随束腰半径的变化 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 超短脉冲经过实际光学系统的传输 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 单透镜 |
| 4.2.1 位相分析 |
| 4.2.2 超短脉冲的空间演化 |
| 4.2.3 单透镜聚焦特性随入瞳直径的变化 |
| 4.2.4 单透镜聚焦特性随焦距的变化 |
| 4.2.5 单透镜聚焦特性随脉冲宽度的变化 |
| 4.2.6 单透镜的聚焦特性随束腰半径的变化 |
| 4.3 无球差镜头 |
| 4.3.1 初始结构 |
| 4.3.2 位相分布 |
| 4.3.3 超短脉冲的空间演化 |
| 4.3.4 无球差透镜聚焦特性随入瞳直径的变化 |
| 4.3.5 无球差透镜聚焦特性随焦距的变化 |
| 4.3.6 无球差透镜聚焦特性随脉冲宽度的变化 |
| 4.3.7 无球差透镜的聚焦特性随束腰半径的变化 |
| 4.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文及获得成果 |
| 致谢 |
（2）超快贝塞尔脉冲激光加工透明材料的微纳结构制造（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 超快激光加工的特点及优势 |
| 1.3 超快激光微结构加工的国内外研究现状 |
| 1.4 论文的主要研究内容及研究意义 |
| 第2章 超快高斯-贝塞尔光束的产生与特征 |
| 2.1 超快激光在透明材料中的作用机理 |
| 2.2 无衍射贝塞尔光束 |
| 2.2.1 贝塞尔光束的特性 |
| 2.2.2 贝塞尔光束的产生 |
| 2.2.3 贝塞尔光束的传输模型 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 超快贝塞尔脉冲激光在石英中直写高深径比微通道结构 |
| 3.1 实验设计 |
| 3.1.1 实验准备 |
| 3.1.2 加工系统设计 |
| 3.2 样品下表面加工结果与分析 |
| 3.2.1 脉冲参数对微孔形貌的影响 |
| 3.2.2 光束与石英底面相对空间位置对于孔形貌的影响 |
| 3.2.3 微孔阵列的整体形貌研究 |
| 3.2.4 微孔外围区域的形貌研究 |
| 3.3 贝塞尔光束的界面球差 |
| 3.4 重建嵌入式高深径比微通道结构的实验研究 |
| 3.4.1 抛光处理过程 |
| 3.4.2 激光参数的影响与内部微孔形貌的重建 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 超短贝塞尔脉冲激光加工其他透明材料的实验研究 |
| 4.1 超快贝塞尔脉冲激光加工商用铝硅酸盐玻璃 |
| 4.1.1 商用铝硅酸盐玻璃简介 |
| 4.1.2 商用铝硅酸盐玻璃加工的实验研究 |
| 4.2 超快贝塞尔脉冲激光加工蓝宝石晶体 |
| 4.2.1 蓝宝石晶体简介 |
| 4.2.2 蓝宝石晶体加工的实验研究 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 工作总结 |
| 5.2 未来展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（3）海水中涡旋光束的湍流效应分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 海水湍流折射率功率谱 |
| 1.2.2 光波传输的海水湍流效应及其扼制 |
| 1.2.3 海水湍流效应的涡旋光束控制 |
| 1.3 本文主要研究内容简介 |
| 第二章 海洋中光波传输基本原理 |
| 2.1 海水湍流的性质 |
| 2.1.1 海水湍流的形成过程 |
| 2.1.2 Kolmogorov湍流能量级联理论 |
| 2.2 海水湍流折射率功率谱 |
| 2.2.1 Nikishov海水湍流折射率功率谱 |
| 2.2.2 各向异性海水湍流折射率功率谱 |
| 2.3 弱海水湍流中光波扰动理论 |
| 2.3.1 随机波动方程 |
| 2.3.2 Rytov近似理论 |
| 2.3.3 波结构函数 |
| 2.4 携带轨道角动量的涡旋光束 |
| 2.4.1 轨道角动量特性 |
| 2.4.2 横向光强可控的涡旋光束 |
| 2.4.3 涡旋光束的海水湍流效应 |
| 2.5 海洋无线光通信性能评估模型 |
| 2.5.1 平均量子偏振态模型 |
| 2.5.2 指向误差的信道容量模型 |
| 2.5.3 脉冲OAM态接收概率及信道容量模型 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 海水湍流新谱及束状光波传输的基础性湍流效应 |
| 3.1 新型海水湍流折射率功率谱 |
| 3.2 海水湍流中束状光波的闪烁指数 |
| 3.2.1 高斯光波的纵向辐照度闪烁指数 |
| 3.2.2 高斯光波的径向辐照度闪烁指数 |
| 3.2.3 高斯光束的近似闪烁指数 |
| 3.3 海水湍流中束状光波的随机指向误差和信道容量 |
| 3.3.1 高斯光束的空间相干半径 |
| 3.3.2 随机指向误差 |
| 3.3.3 包含随机指向误差的信道容量 |
| 3.4 海水湍流中部分相干束状光波的平均量子偏振 |
| 3.4.1 各向异性弱海水湍流折射率功率谱 |
| 3.4.2 高斯谢尔型光源的交叉谱密度函数 |
| 3.4.3 平均量子化偏振度 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 厄米高斯涡旋光束的海水湍流效应 |
| 4.1 角谱理论 |
| 4.2 厄米高斯涡旋光束的OAM态接收概率 |
| 4.2.1 厄米高斯涡旋光束的传输光场 |
| 4.2.2 厄米高斯涡旋光束在海水湍流中传输特性 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 涡旋脉冲光束的海水湍流效应 |
| 5.1 拉盖尔高斯涡旋脉冲光波在海水湍流中传输特性 |
| 5.1.1 弱海水湍流中连续单色拉盖尔高斯光场 |
| 5.1.2 拉盖尔高斯涡旋脉冲光波的OAM特征函数 |
| 5.1.3 拉盖尔高斯涡旋脉冲光波的OAM态接收概率 |
| 5.2 高斯涡旋脉冲X波在海水湍流中传输特性 |
| 5.2.1 弱海水湍流中高斯涡旋脉冲X光波 |
| 5.2.2 高斯涡旋脉冲X光波的相干函数 |
| 5.2.3 高斯涡旋脉冲X光波的OAM态接收概率 |
| 5.3 Lommel-Gaussian涡旋脉冲光波在海水湍流中传输特性 |
| 5.3.1 弱海水湍流中Lommel-Gaussian涡旋脉冲光波的互相干函数 |
| 5.3.2 时空波的复相位扰动 |
| 5.3.3 Lommel-Gaussian涡旋脉冲光波的OAM态探测概率 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 主要结论与展望 |
| 6.1 主要结论 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 :攻读博士学位期间研究成果及主持的科研项目 |
（4）基于多模光纤的全光纤超短脉冲及矢量光束的产生（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| 英文摘要 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 光纤激光器的发展 |
| 1.2 超短脉冲激光器的产生与应用 |
| 1.2.1 锁模技术原理 |
| 1.2.1.1 主动锁模技术 |
| 1.2.1.2 被动锁模技术 |
| 1.2.2 超短脉冲光纤激光器应用 |
| 1.3 矢量光束激光器产生与应用 |
| 1.3.1 CVBs |
| 1.3.1.1 CVBs的数学推导 |
| 1.3.1.2 CVBs的产生 |
| 1.3.2 OAM |
| 1.3.2.1 OAM数学推导 |
| 1.3.2.2 OAM产生 |
| 1.3.3 矢量光束激光器的运用 |
| 参考文献 |
| 第2章 多模光纤中的多模干涉效应理论分析 |
| 2.1 光纤的模式理论 |
| 2.1.1 光纤波导电磁理论 |
| 2.1.2 光纤特征参数 |
| 2.1.3 光纤模式的特征方程 |
| 2.1.4 光纤中的模式 |
| 2.2 多模光纤中自成像效应 |
| 2.3 多模渐变折射率中的多模干涉效应 |
| 2.3.1 只考虑两种模式 |
| 2.3.2 考虑五种模式 |
| 2.4 本章总结 |
| 参考文献 |
| 第3章 基于多模干涉效应的锁模激光器 |
| 3.1 基于错位拼接结构的可饱和吸收体 |
| 3.2 基于多模干涉原理的全光纤超短脉冲锁模激光器 |
| 3.2.1 可饱和吸收的制作 |
| 3.2.2 激光器搭建 |
| 3.2.3 实验结果与分析 |
| 3.3 基于非线性偏振旋转与多模干涉原理的混合锁模光纤激光器 |
| 3.3.1 激光器搭建 |
| 3.3.2 实验结果与分析 |
| 3.4 基于多模干涉的逆可饱和吸收效应产生方型脉冲激光器 |
| 3.4.1 方形脉冲形成原理 |
| 3.4.2 激光器搭建 |
| 3.4.3 实验结果与分析 |
| 3.5 多模渐变光纤克尔自清洁效应和超连续谱产生 |
| 3.5.1 光束自清洁效应 |
| 3.5.2 超连续谱产生 |
| 3.6 本章总结 |
| 参考文献 |
| 第4章 基于CPA技术的高功率超短脉冲光纤激光器 |
| 4.1 啁啾脉冲放大技术 |
| 4.2 脉冲展宽器、放大器与脉冲压缩器 |
| 4.3 高功率超短脉冲光纤激光器 |
| 4.3.1 种子源 |
| 4.3.2 CPA系统 |
| 4.4 本章总结 |
| 参考文献 |
| 第5章 全保偏光纤结构的矢量光束光纤激光器 |
| 5.1 基于全保偏光纤结构的OAM光束激光器 |
| 5.1.1 光纤光栅 |
| 5.1.1.1 光纤光栅耦合模理论 |
| 5.1.1.2 光纤布拉格光栅 |
| 5.1.1.3 长周期光栅 |
| 5.1.2 保偏光纤中的模式分析 |
| 5.1.3 激光器搭建 |
| 5.1.4 实验结果与讨论 |
| 5.2 基于模式叠加原理的全保偏光纤TM_(01)模式激光器 |
| 5.2.1 激光器搭建 |
| 5.2.2 实验结果与讨论 |
| 5.3 本章总结 |
| 参考文献 |
| 第6章 总结与展望 |
| 在读期间学术成果 |
| 致谢 |
（5）超短脉冲激光直写玻璃扩展芯波导和表面微通道研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 超短脉冲激光加工三维光子器件研究进展 |
| 1.3 本论文的主要研究内容 |
| 第2章 超短脉冲激光的波导直写技术和光束整形概述 |
| 2.1 超短脉冲激光直写光波导技术简介 |
| 2.1.1 光刻波导写入方式 |
| 2.1.2 界面球差的影响 |
| 2.1.3 光刻波导类型 |
| 2.1.4 光刻波导影响参数 |
| 2.2 超短脉冲的色散效应 |
| 2.3 基于光栅对的啁啾脉冲展宽器和压缩器及其色散特性 |
| 2.4 激光的时空整形技术 |
| 2.4.1 超短脉冲的时域整形技术 |
| 2.4.2 光束的空间整形技术 |
| 2.5 实验设备和分析手段 |
| 2.5.1 飞秒激光系统简介 |
| 2.5.2 单发脉冲强度自相关仪 |
| 2.5.3 光学显微镜 |
| 2.5.4 原子力显微镜 |
| 2.5.5 电子显微镜 |
| 2.5.6 自动研磨抛光机 |
| 第3章 熔石英玻璃中直写扩展芯光波导(ECW)的实验研究 |
| 3.1 大模场单模光波导常见实现方案 |
| 3.2 扩展芯波导的制备及导光特性研究 |
| 3.2.1 实验装置 |
| 3.2.2 扩展芯波导的导光特性 |
| 3.2.3 单模工作条件 |
| 3.2.4 传输损耗和偏振效应检测 |
| 3.3 基于ECW的Y分支波导分束器 |
| 3.4 在中红外材料(GLS)中ECW概念的外推 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 YB~(3+)掺杂的磷酸盐玻璃中直写光波导的实验研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验装置 |
| 4.3 单芯Ⅰ类波导直写实验研究 |
| 4.3.1 脉冲能量的影响 |
| 4.3.2 波导激光实验研究 |
| 4.3.3 脉冲宽度的影响 |
| 4.4 板层波导和扩展芯波导直写实验研究 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 贝塞尔光束特性及影响因素的数值仿真研究 |
| 5.1 零阶贝塞尔光束及产生方法 |
| 5.2 轴棱锥器件制造偏差对光束质量的影响 |
| 5.3 部分遮挡对贝塞尔光束的影响 |
| 5.3.1 被非透明障碍物部分遮挡的情形 |
| 5.3.2 被透明障碍物部分遮挡的情形 |
| 5.4 光束失准直对贝塞尔光束的影响 |
| 5.5 大锥角、紧聚焦情形的贝塞尔光束 |
| 5.5.1 如何产生紧聚焦贝塞尔光束 |
| 5.5.2 贝塞尔光束的最小光斑极限 |
| 5.6 宽带光源产生的贝塞尔光束 |
| 5.6.1 非相干宽带光源产生的贝塞尔光束 |
| 5.6.2 超短脉冲产生的贝塞尔光束 |
| 5.7 本章小结 |
| 第6章 超短贝塞尔光脉冲在玻璃表面的微通道加工实验研究 |
| 6.1 基于轴棱锥和缩束4F系统的实验光路设计 |
| 6.2 脉冲展宽和色散补偿的估计 |
| 6.3 高斯-贝塞尔光束的质量检测 |
| 6.4 高斯-贝塞尔光束在熔石英表面的微通道加工 |
| 6.5 Fourier空间频谱面上经环缝滤波的高斯-贝塞尔光束 |
| 6.5.1 环缝的制作准备 |
| 6.5.2 高斯-贝塞尔光束的空间滤波 |
| 6.6 截断高斯-贝塞尔光束特性及微通道加工研究 |
| 6.7 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 主要工作总结 |
| 7.2 未来工作的展望 |
| 参考文献 |
| 附录 英文缩写索引 |
| 致谢 |
| 作者简历及在学期间发表的学术论文与研究成果 |
（6）时域空心超短脉冲的时空演化及与原子的相互作用研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 超短脉冲的发展过程和研究现状 |
| 1.2 高斯型超短脉冲的基本理论 |
| 1.3 空域空心超短脉冲研究的重要意义 |
| 1.4 超短脉冲与等离子体的相互作用 |
| 1.5 超短脉冲对中性原子的光作用力 |
| 1.6 本章小结 |
| 2 振荡电偶极子的辐射场理论模型 |
| 2.1 振荡电偶极子产生的电磁场解析表达式 |
| 2.2 复点源模型 |
| 2.3 高斯型超短脉冲的时域表征 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 时域空心超短脉冲在自由空间中的时空演化 |
| 3.1 时域空心超短脉冲的产生原理 |
| 3.2 时域空心超短脉冲的内禀啁啾特性研究 |
| 3.3 时域空心超短脉冲在自由空间中的传播特性 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 时域空心超短脉冲在等离子体中的纵向自压缩效应 |
| 4.1 引言 |
| 4.1.1 相对论电子加速 |
| 4.1.2 超短脉冲在等离子体介质中的自压缩效应 |
| 4.2 等离子体介质的相对介电常数推导 |
| 4.3 超短脉冲在等离子体介质中的相对论传输效应 |
| 4.4 时域空心超短脉冲在等离子体中的相对论传输 |
| 4.5 等离子体中碰撞效应对超短脉冲传输的影响 |
| 4.6 超短脉冲在等离子体中传输的色散啁啾的演化 |
| 4.7 本章小结 |
| 5 时域空心超短脉冲的光力效应 |
| 5.1 超短脉冲光力效应的研究现状与理论模型 |
| 5.2 时域空心超短脉冲对中性原子的光力 |
| 5.3 时域空心超短脉冲产生的光力的动力学演化 |
| 5.4 小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文目录 |
| 简历 |
（7）海洋湍流对激光束传输的影响（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论(激光束在海洋中传输的研究) |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 研究内容与预期结果 |
| 1.4 研究方法 |
| 1.5 技术理论 |
| 1.6 论文结构安排 |
| 第2章 理论基础 |
| 2.1 海洋湍流 |
| 2.1.1 海洋湍流统计理论 |
| 2.1.2 海洋湍流的能量来源 |
| 2.2 海洋湍流铅直与水平研究 |
| 2.3 海洋湍流功率谱 |
| 2.4 海洋湍流参数 |
| 2.4.1 动能耗散率 |
| 2.4.2 温差耗散率 |
| 2.4.3 Kolmogorov尺寸 |
| 2.4.4 温度诱致与盐度诱致的比值 |
| 2.5 激光在湍流中传输的研究方法 |
| 2.6 高斯列阵光束模型 |
| 2.6.1 一维线阵列阵光束模型 |
| 2.6.2 径向分布列阵光束模型 |
| 2.6.3 MxN阶列阵光束模型 |
| 第3章 海洋湍流中光的传输 |
| 3.1 空间相干长度 |
| 3.1.1 论公式 |
| 3.1.2 数值分析 |
| 3.1.3 小结 |
| 3.2 相位起伏 |
| 3.2.1 到达角起伏 |
| 3.2.2 光束漂移 |
| 3.2.3 小结 |
| 3.3 光强起伏 |
| 3.3.1 Rytov方差 |
| 3.3.2 闪烁指数 |
| 3.3.3 小结 |
| 第4章 列阵激光束在海洋湍流中传输效应 |
| 4.1 平均光强 |
| 4.1.1 理论公式 |
| 4.1.2 数值分析 |
| 4.1.3 小结 |
| 4.2 光束扩展 |
| 4.2.1 二阶矩束宽 |
| 4.2.2 等效曲率半径 |
| 4.2.3 小结 |
| 第5章 海洋湍流对超短脉冲脉宽展宽的影响 |
| 5.1 双频互相关函数 |
| 5.1.1 理论公式 |
| 5.1.2 数值分析 |
| 5.2 脉宽 |
| 5.2.1 理论公式 |
| 5.2.2 数值分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 主要结论和创新点 |
| 6.1 主要结论 |
| 6.2 创新点 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（8）贝塞尔光束的传输变换特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 概述 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 贝塞尔光束 |
| 1.2.1 贝塞尔函数的性质 |
| 1.2.2 贝塞尔光束的基本特性 |
| 1.3 贝塞尔光束的产生方法 |
| 1.4 贝塞尔光束的应用 |
| 1.4.1 光学操控 |
| 1.4.2 原子光学 |
| 1.4.3 非线性光学 |
| 1.4.4 脉冲贝塞尔光束 |
| 1.5 贝塞尔光束的研究进展 |
| 1.6 本文的研究工作与内容 |
| 第二章 贝塞尔光束传输变换的基本理论 |
| 2.1 波动方程的特解 |
| 2.2 广义标量衍射积分法 |
| 2.2.1 菲涅尔-基尔霍夫公式 |
| 2.2.2 柯林斯衍射积分法 |
| 2.3 几何光学法 |
| 2.3.1 轴棱锥参数与贝塞尔参数的关系 |
| 2.3.2 入射光参数与贝塞尔光束参数的关系 |
| 2.3.3 几何光学分析法的局限 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 利用轴棱锥产生贝塞尔光束 |
| 3.1 轴棱锥产生贝塞尔光束实验装置 |
| 3.2 光斑尺寸测量方法 |
| 3.2.1 光束质量分析仪的测量 |
| 3.2.2 光束质量分析仪与一维调整架联用 |
| 3.3 径向波矢kr的研究及测量 |
| 3.3.1 径向波矢kr的研究意义与方法 |
| 3.3.2 径向波矢kr的测量 |
| 3.4 贝塞尔光束的传输规律研究 |
| 3.4.1 轴棱锥产生贝塞尔光束的传输现象 |
| 3.4.2 加工误差和棋盘格现象的分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 贝塞尔光束经过障碍物的传输规律研究 |
| 4.1 贝塞尔光束经过圆孔障碍物的传输规律 |
| 4.1.1 模拟结果 |
| 4.1.2 实验结果 |
| 4.1.3 贝塞尔光束经过圆孔后衍射光斑的自恢复性 |
| 4.2 贝塞尔光束经过障碍物的传输特性 |
| 4.2.1 模拟结果 |
| 4.2.2 实验结果 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 贝塞尔光束经过透镜的变换规律研究 |
| 5.1 模拟结果 |
| 5.2 实验结果 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文与科研情况说明 |
| 致谢 |
（10）飞秒脉冲光束通过自由空间、色散介质和透镜的传输特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 引言 |
| 1.1 超短超强脉冲激光的发展过程及发展趋势 |
| 1.2 产生超短超强脉冲激光的典型实验装置 |
| 1.3 飞秒脉冲光束传输理论模型的研究进展 |
| 1.4 飞秒脉冲相关的基本概念及定义 |
| 1.5 研究飞秒脉冲光束传输的基本分析方法 |
| 1.6 几种常见的初始时间、空间分布 |
| 1.7 论文内容安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 飞秒脉冲光束在自由空间中的传输 |
| 2.1 等衍射长度超短脉冲高斯光束在远场的传输特性 |
| 2.2 等衍射长度超短脉冲高斯光束在自由空间的传输特性 |
| 2.3 超短脉冲贝塞尔光束在自由空间的传输特性 |
| 参考文献 |
| 第三章 飞秒脉冲光束在线性色散介质中的传输 |
| 3.1 等衍射长度超短脉冲高斯光束在线性色散介质中的传输 |
| 3.2 超短脉冲贝塞尔光束在线性色散介质中的传输 |
| 参考文献 |
| 第四章 飞秒脉冲光束通过色散透镜的聚焦特性 |
| 4.1 等束宽超短脉冲高斯光束通过透镜的聚焦特性 |
| 4.2 等衍射长度超短脉冲高斯光束通过透镜的聚焦特性 |
| 参考文献 |
| 总结 |
| 致谢 |
| 附录: 发表或录用论文目录、参加项目及获奖 |
| 论文声明 |
四、超短脉冲贝塞尔光束的非近轴效应对传输的影响（论文参考文献）
- [1]超短脉冲在大数值孔径透镜系统中传输的特性研究[D]. 于泽. 哈尔滨理工大学, 2021(02)
- [2]超快贝塞尔脉冲激光加工透明材料的微纳结构制造[D]. 陈天衢. 中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所), 2020(06)
- [3]海水中涡旋光束的湍流效应分析[D]. 李烨. 江南大学, 2020(01)
- [4]基于多模光纤的全光纤超短脉冲及矢量光束的产生[D]. 董志鹏. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [5]超短脉冲激光直写玻璃扩展芯波导和表面微通道研究[D]. 刘欣. 中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所), 2018(06)
- [6]时域空心超短脉冲的时空演化及与原子的相互作用研究[D]. 曹晓超. 浙江大学, 2017(12)
- [7]海洋湍流对激光束传输的影响[D]. 陆璐. 中国科学技术大学, 2016(09)
- [8]贝塞尔光束的传输变换特性研究[D]. 梁晓晶. 天津大学, 2016(11)
- [9]超短脉冲贝塞尔光束的非近轴效应对传输的影响[J]. 刘志军,吕百达. 强激光与粒子束, 2004(01)
- [10]飞秒脉冲光束通过自由空间、色散介质和透镜的传输特性研究[D]. 刘志军. 四川大学, 2003(01)