1、專題 激光光學系統,1、平面波,2、均勻球面波,3、高斯光束：沿z軸傳播的光場分布,z軸近軸區(qū)域內：,一、幾種光波模型的光場分布,二、高斯光束的特性,1、高斯光束的振幅,垂直于z軸的 光束截面內, 激光束的名義截面半徑 （光斑半徑）,三、高斯光束的傳播,1、高斯光束沿z軸傳播的光場分布,高斯光束截面半徑,波面曲率半徑,位相因子,高斯光束沿z軸的傳播,高斯光束沿z軸的傳播,2、高斯光束的截面半徑,（雙曲線方程）,在 z軸不同的橫截面內，由截面半徑定義的光斑大小不同。,z=0，束腰半徑,3、高斯光束的波面曲率半徑, 性質,高斯光束沿z軸的傳播,4、高斯光束的位相因子,5、高斯光束發(fā)散度,例1：某激

2、光中心波長為500nm，對應高斯光束的束腰半徑為1mm，求（1）z=10cm和z=10m處的光斑半徑和波面曲率半徑； （2）高斯光束的孔徑角。,6、高斯光束傳播的復參數表示,復參數,束腰位置的q參數,物理意義：高斯光束在傳播過程中的復參數q，與同心球面光束的波面曲率半徑R作用相同。,例2：某激光中心波長為500nm，對應高斯光束的束腰半徑為1mm，求（1）10cm處的q參數； （2）由q參數值求出該位置的光斑半徑和波面曲率半徑；,三、高斯光束的透鏡變換,1、理想光學系統高斯光束的變換,近軸光學系統的物像公式,球面波同心光束對 透鏡L的成像關系,物理意義：物方一個曲率半徑為R1的球面波，經透鏡變

3、換成 像方一個曲率半徑是R2的新球面波。,高斯光束對透鏡L的成像關系,高斯光束經透鏡變換,1）近軸區(qū)看做球面波處理 2）高斯光束在薄透鏡L前后的通光口徑相等， 即透鏡前后的光束截面半徑相等,高斯光束的復參數也滿足近軸成像關系,高斯光束的q參數變換,注意： 1）高斯光束：R1、R2通常不是光束束腰到透鏡的距離； 2） 描述高斯光束比較直觀，而q參數更易于描述高斯光束的傳播。,2、高斯光束復參數近軸成像關系變換,變換前q復參數,變換后q復參數,高斯光束腰位置的q參數,高斯光束腰位置的q參數,實部、虛部分別相等,變換后的高斯光束束腰w和波面曲率中心z , 近似討論（自學）,四、高斯光束的聚焦和準直,

4、1、高斯光束的聚焦： 要求出射光束的束腰半徑比入射的要小 。,（出射光束的最大束腰半徑）,（當 時有聚焦作用）,注：入射高斯光束的束腰在透鏡的物方焦平面時，透鏡變換后 出射光束的束腰在像方焦平面上。,當 時,要獲得良好的聚焦，通常要求采用短焦距透鏡，并使高斯光束的束腰遠離透鏡。,2、高斯光束的準直：把高斯光束的遠場發(fā)散角減小到0 。, 高斯光束經透鏡變換后，通常不是平行光。,要獲得近似平行光束，必須減小束腰，增大焦距。, 高斯光束的準直系統：多采用二次透鏡變換形式,1）短焦距的透鏡：先將光束聚焦，壓縮其束腰半徑； 2）較大焦距的變換透鏡：改善方向性，減小光束的發(fā)散角。,五、小結,1、高斯光束的特征參數 光束截面的振幅分布 截面半徑、