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1、2.7 高斯光束,4.1 高斯光束的基本性质 及特征参数,腔的行波场特性决定输出光束特性,基横模输出光束光强和振幅: 高斯分布,高斯光束的特征,光强与振幅分布: 高斯分布,振幅下降1/e处,光斑/束半径 :,0,束腰: 光束最细/光斑半径最小处, 坐标Z=0。,激光束:马鞍形。,光斑半径:,与腔的轴线在z点相交的等相位面曲率半径为:,等相位面:近似球面,O,Z,其曲率中心和曲率半径随传播过程而改变;,振幅和强度在横截面内为高斯分布。,远场发散角:,瑞利长度ZR,高斯光束光斑面积是束腰处的两倍。,在- ZR, ZR,即2ZR长度内,为高斯光束的准直距离,此范围内光束可近似认为是平行的。瑞利长度越
2、长,意味高斯光束准直性越好。,当Z=ZR , 光斑半径,共焦参量,2)高斯光束特征参数,光斑半径,腰斑半径(束腰),波面曲率半径,束腰处, q参数(q0):,q参数(复曲率半径),f - 共焦参量,远场发散角:,2.8 高斯光束的传输与 变换规律,高斯光束的特征参数计算问题类型,2.已知任一 坐标 Z处的光斑半径 及等相面,3. 高斯光束的q参数变换问题,q参数(复曲率半径):,束腰处, q参数(q0):,由ABCD法则:,1. 在自由空间中的传播,高斯光束q参数变换规律ABCD公式,f - 共焦参量,2. 通过焦距为 F 的薄透镜q变换,A,B,1. 求:,已知:,二、用q参数分析高斯光束经
3、单透镜的传输过程,2. 求镜后束腰:,1. 求:,方法二:,关键:求变换矩阵,2. 求镜后束腰:,当入射束腰位于透镜前焦点时,出射束腰在后焦点,与几何光线不同,多个透镜系统的变换:,逐个利用公式计算,2.9 高斯光束的聚焦和准直,讨论:F一定,l 一定时l 、0变化情况,腰斑放大率:,高斯光束聚焦(F一定时),(2),高斯光束聚焦(F一定时),(3),且:,高斯光束聚焦(F一定时),F一定:,1. 短焦距透镜会聚,减小,2. ,即把入射高斯光束腰斑放在透镜表面, 并增大入射光束腰,使,3. 增大束腰至透镜前焦点距离,欲获得小值 ,以获得较好的聚焦效果,可采用:,高斯光束聚焦结论,腰斑小,光束发散角大,发散得快;,腰斑大,光束发散角小,发散得慢。,原则上说,不可能用单透镜将高斯光束转换成平面波。,二、高斯光束的准直,压缩光束发散角使能量集中,1. 单透镜准直,时,有较好的准直效果。,2. 望远镜准直( 共焦面系统),先用一个短焦距透镜将高斯光束聚焦,以获得极小腰斑;再用一个长焦距透镜改善其方向性。,时: 将高斯光束聚焦于L1透镜后焦面上, 得一极小光斑,M与望远镜结构参数F2/F1有关,而且与高斯光束的结构参数f 以及腰斑和副镜的距离l 有关。,