高斯光束的传输变换.ppt

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1、第三章 高斯光束的传输变换,共焦腔和稳定谐振腔输出的是高斯光束，高斯光束的传输与经典的旁轴光束的传输有明显的差别，但也有一定的相似性。作用：主要用于描述几何光线通过近轴光学元件和波导的传输也可用来处理激光束的传输本章讨论高斯光束传输的处理方法，即通过光学系统的传输特性：聚焦；匹配；准直等,高斯光束：激光谐振腔发出的基模辐射场,3.1 传输矩阵ABCD,几何光学,描述光束用两个参量r,1.直线空间,用矩阵 描述直线空间光线传输,光线离轴线的距离r及光线与轴线的夹角,2.薄透镜,3.折射率n1,n2的界面,4.曲率半径为R的球介质面,5.曲率半径为R的球反射面,6.复合光学系统,比如,3.2高斯光

2、束及其q参数，高斯光束（英语：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，激光在光谐振腔里以TEM00波模传播。,1.稳定腔高斯光束,变换为,2.高斯光束光斑半径以双曲线轮廓向前传输,两个参数w(z)和R(z).定义参数q(z),q(z)称为高斯光束的复数曲率半径.它统一了两个参数w(z)和R(z)z=0处,即束腰处,R(0),w(0)=w0,2.高斯光束的传输变换光学系统的传输矩阵ABCD,1）在自由空间的传输,2）薄透镜的变换,1.高斯光束的聚焦,3.3高斯光束经过光学系统的变换,(1)F一定时,w0随

3、l的变化关系,(2)l一定时,w0随F的变化关系,2.高斯光束的自再现及在谐振腔内的应用高斯光束在腔内某一参考面的光束参数q,往返一周后为q,q=q,传输矩阵ABCD,稳定性条件,3.高斯光束的匹配一个谐振腔产生的单模高斯光束入射到另外一个光学系统(谐振腔,光波导,干涉仪等),一个谐振腔都有自己的本征模,模式匹配的情况下,一个入射的单模高斯光束只会激发起系统一个相对应的单模,4.高斯光束的准直利用光学系统压缩高斯光束的发散角,单个薄透镜对高斯光束变换后,束腰w0,不管F,l取何值,不可能使=0.但为 w0,当w0达到最大,达到最小.对给定的w0和F,l=F时,w0达到最大,F一定时,l=F时,w0达到最大,达到最小,并且F越大,越小;另外,w0越小,越小第一步先把拟准直的高斯光束用一个短焦距透镜聚焦,以获得极小的腰斑,然后再用一个长焦距的透镜提高其方向性,实际上是一个倒装的望远镜系统,