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高斯光束光学(三)------基模高斯光束的特征参数

2021-12-14 14:37| 发布者：optkt| 查看：4149| 评论：0|原作者: 小小光08

摘要：本文介绍了基模高斯光束的特征参数，包括参数ω0（或ZR）及束腰位置、参数ω(z)和R(z)、q参数。这些参数可以描述高斯光束的结构、大小、位置和传输规律。

基模高斯光束在其传输轴线附近可近似看作是一种非均匀球面波。其曲率中心随着传输过程而不断改变，但其振幅和强度在横截面内始终保持高斯分布特性，且其等相位面始终保持为球面。

1. 用参数ω₀（或Z_R）及束腰位置来表征高斯光束

如果腰斑ω₀的大小和位置给定了，整个高斯光束的结构也就随之确定了下来。由此可以确定与束腰相距z处的光斑大小ω(z)、等相位面的曲率半径R(z)、该点相对于束腰处的相位滯后以及整个光束的发散角。

由于在ω₀与瑞利距离Z_R之间存在着确定的关系，因此可以用瑞利距离Z_R及束腰的位置来表征特定的高斯光束。

图1：用参数ω₀（或Z_R）及束腰位置来表征高斯光束的示意图

2. 用参数ω(z)和R(z)来表征高斯光束

如果知道了某给定位置（设其坐标为z）处的光斑半径ω(z)和等相位面曲率半径R(z)，就可以决定高斯光束腰斑的大小和位置。

3. 高斯光束的q参数

沿z轴方向传播的基模高斯光束，不管它是由何种结构的稳定腔所产生的，均可以表示为如下的一般形式：

引入一个新的参数q(z)，定义为

则有：

参数q将描述高斯光束基本特征的两个参数R(z)和ω(z)统一在一个表达式中，它是表征高斯光束的又一个重要参数。

如果知道了高斯光束在某位置处的q参数值，就可以求出该位置处的R(z)和ω(z)：

以q₀表示z=0处的q参数值，此时R(0)→∞，ω(0)=ω₀，则可以推导出：

上式可以将q₀、ω₀、Z_R联系起来。

总之，以上3组特征参数都可以确定基模高斯光束的具体结构。

因此，我们可以根据实际灵活地选择最合适的参数来表征高斯光束。

并且，这3组特征参数是互相联系的。

l 用ω₀或ω(z)及R(z)来描述高斯光束比较直观。

l 用q参数来研究高斯光束的传输规律更为方便。