激光束的强度矩描述PDF电子书下载

第1章 线性光学系统 1

1.1 光线向量 1

1.2 光学系统的2×2矩阵描述 2

1.2.1 ABCD定律 4

1.3 光学系统的2×2矩阵的特性 5

1.3.1 行列式的值 5

1.3.2 逆矩阵和反向变换矩阵 5

1.3.3 本征值 5

1.3.4 本征向量 6

1.4 像散光学系统的4×4矩阵描述 6

1.4.1 ABCD定律 9

1.5 光学系统4×4矩阵的特性 10

1.5.1 对偶性 10

1.5.2 空间对称性 10

1.5.3 矩阵的旋转 11

1.5.4 本征值 11

1.5.5 本征向量 12

参考文献 12

第2章 激光束的强度分布 14

2.1 基模高斯光束的强度分布 14

2.1.1 基模高斯光束的场分布 14

2.1.2 基模高斯光束的基本性质 16

2.1.3 基模高斯光束的强度分布 17

2.1.4 基模高斯光束的q-1参数 18

2.1.5 q参数的abcd定律 20

2.1.6 谐振腔中的自再现基模高斯光束 20

2.1.7 基模高斯光束的复光线 21

2.1.8 基模高斯光束在无源腔内的传输变换规律 21

2.2 H-Gmn模式光束的强度分布 23

2.3 L-Gpl模式光束的强度分布 26

2.4 LPmn模式光束的强度分布 30

2.5 嵌入高斯光束的强度分布 32

2.6 像散光束的强度分布 32

2.6.1 像散的产生 32

2.6.2 像散基模高斯光束 34

2.6.3 像散H-Gmn模式光束 40

2.6.4 像散L-Gpl模式光束 42

2.6.5 像散LPmn模式光束 44

2.7 扭曲光束的强度分布 46

2.7.1 扭曲光束的产生 46

2.7.2 扭曲基模高斯光束 50

2.7.3 扭曲H-Gmn模式光束 62

2.7.4 扭曲L-Gpl模式光束 64

2.7.5 扭曲LPmn模式光束 65

2.8 光束强度分布的测量方法 68

2.8.1 针孔扫描法 68

2.8.2 狭缝扫描法 68

2.8.3 二维阵列探测器法 69

2.8.4 复振幅传输法 69

参考文献 73

第3章 强度矩定义及传输 76

3.1 零阶强度矩 76

3.2 一阶强度矩 77

3.2.1 基模高斯光束的一阶强度矩 78

3.2.2 H-Gmn模式光束的一阶强度矩 78

3.2.3 L-Gpl模式光束的一阶强度矩 78

3.2.4 LPmn模式光束的一阶强度矩 79

3.3 二阶强度矩 80

3.3.1 二阶强度矩参量的定义 80

3.3.2 H-Gmn模式光束 81

3.3.3 L-Gpl模式光束 84

3.3.4 LPmn模式光束 87

3.3.5 束半宽平方矩阵的旋转变换 88

3.3.6 V矩阵的定义 91

3.3.7 V矩阵的ABCD定律 91

3.3.8 V矩阵的旋转变换 92

3.3.9 V矩阵的自由空间传输变换 93

3.3.10 V矩阵的薄透镜变换 93

3.4 任意阶强度矩 94

3.5 强度矩传输的ABCD定理 94

3.6 强度矩描述的光束特征参数 98

3.6.1 束半宽平方矩阵 98

3.6.2 远场发散半角平方矩阵 99

3.6.3 束宽和远场发散半角的主方位角 99

3.6.4 束腰位置和束腰半径 100

3.6.5 瑞利长度 101

3.6.6 等效曲率半径 101

3.6.7 平整度参数 104

参考文献 104

第4章 光束的像散和扭曲 106

4.1 光束的像散 106

4.1.1 像散基模高斯光束的像散系数aZF 106

4.1.2 像散H-Gmn模式光束的像散系数aZF 110

4.1.3 像散L-Gpl模式光束的像散系数aZF 115

4.1.4 像散LPmn模式光束的像散系数aZF 118

4.1.5 像散光束的像散系数aZF 120

4.2 光束的扭曲 124

4.2.1 扭曲度tnear、tfar和扭曲系数tZF 126

4.2.2 扭曲基模高斯光束的扭曲系数tZF 126

4.2.3 扭曲H-Gmn模式光束的扭曲系数tZF 130

4.2.4 扭曲L-Gpl模式光束的扭曲系数tZF 138

4.2.5 扭曲LPmn模式光束的扭曲系数tZF 144

参考文献 150

第5章 光束质量M曲线和M矩阵 152

5.1 M参数的定义 152

5.1.1 由二阶强度矩束宽二次曲线确定M参数 152

5.1.2 由V矩阵元确定M参数 154

5.1.3 由二阶强度矩束宽三点法确定M参数 156

5.2 M参数的传输不变性 160

5.2.1 自由空间传输的不变性 160

5.2.2 旋转对称线性光学系统变换的不变性 162

5.2.3 光场旋转变换的不变量 164

5.3 M曲线 166

5.3.1 H-Gmn模式光束的极坐标M曲线 166

5.3.2 L-Gpl模式光束的极坐标M曲线 167

5.3.3 LPmn模式光束的极坐标M曲线 168

5.3.4 像散H-Gmn模式光束的极坐标M曲线 168

5.3.5 普通像散光束的极坐标M曲线 169

5.3.6 扭曲H-Gmn模式光束的极坐标M曲线 169

5.4 束质量QZF 171

5.4.1 H-Gmn模式光束的束质量QZF 171

5.4.2 L-Gpl模式光束的束质量QZF 172

5.4.3 LPmn模式光束的束质量QZF 172

5.5 M2矩阵 175

5.5.1 H-Gmn模式光束的M2矩阵 175

5.5.2 H-Gmn模式光束旋转后的M2矩阵 176

5.5.3 L-Gpl模式光束的M2矩阵 178

5.5.4 L-Gpl模式光束旋转后的M2矩阵 180

5.5.5 多模式光束的M2矩阵 182

5.5.6 像散光束的M2矩阵 196

5.6 M4矩阵 198

5.6.1 像散基模高斯光束的M4矩阵 198

5.6.2 像散H-Gmn模式光束的M4矩阵 199

5.6.3 一般像散光束的M4矩阵 200

5.7 光束特征 200

5.7.1 理想基模高斯光束 200

5.7.2 H-Gmn模式光束 201

5.7.3 无像散无扭曲光束 201

5.7.4 像散光束 202

5.7.5 扭曲光束 202

5.8 光束的传输旋转不变量 203

5.8.1 旋转对称光束 203

5.8.2 像散光束 203

5.8.3 扭曲光束 204

参考文献 204