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激光束的传输和变换特性是现代光学研究的主要内容,对现代光学理论和激光技术的发展具有重要意义。本文介绍了研究光束传输变换的基本理论方法,对几何光学方法、矩阵光学方法、波动方程和广义衍射理论、傅立叶积分变换、算子光学和哈密顿光学方法等做了较为系统的阐述。文章从广义的衍射理论出发,利用柯林斯(Collins)公式,将复杂光学系统的衍射积分与ABCD矩阵联系起来,对柯林斯光束和平顶高斯光束通过光学系统后的传输特性进行了研究。
贝塞尔光束是波动方程的特解,它和平顶光束可以作为非高斯光束的两个典型代表例。本文根据光学系统的传输矩阵和光传输的广义衍射理论,在柯林斯公式的基础上,推出了贝塞尔光束通过有环形光阑限制的近轴ABCD光学系统的传输近似解析公式。通过数值计算,对贝塞尔光束通过环形光阑的传输特性进行了详细的研究,给出了光阑内、外半径等参数对光强分布的影响规律。结果表明光强的分布以及衍射效应和环形光阑内外径大小有关;在内外径一定的情况下,横平面上广强分布基本保持不变。
平顶高斯光束是平顶光束中的一种,其优点是传输公式可写为解析的形式。文章根据光学系统的传输矩阵和光传输的广义衍射理论,从柯林斯公式出发,对平项高斯光束通过光阑-透镜分离光学系统轴上光强分布和焦移进行详细研究,通过数值计算,对各个参数对光强分布和焦移的影响进行了分析,得到了精确直观的解析式。结果表明:其光强分布和焦移不仅由平顶高斯光束的阶数N,光束的菲涅耳数Fw决定,还与光阑菲涅耳数Fa,光阑与透镜距离S有关。