高斯雷射光束匯聚特性之分析

Abstract

由於焦點位移效應普遍存在於許多雷射的應用系統上，使得古典的光匯聚理論不能夠 正確的預測和描述雷射光束的匯聚特性，本論文的目的將除去古典理論原始假設的限 制，在理論上，更廣泛和更深入的來探討光束的匯聚性質，並有一些實驗結果的印證 。 首先在第Ⅱ章□，我們將從兩個分別對應於幾何光學和平面潻之繞射強度極大的不同 基準點來看焦點位移的現象，結果顯示：由這個新的觀念出發，更能合理的描述繞射 強度極大點的移動情形，而且可以克服傳統上單以幾何焦點為參考點所弔出的缺失。 在第Ⅲ章□，我們探討了均勻光束經由環狀孔徑後的繞射花樣及軸上相位的分佈情形 ，並與微波光中學的實驗數據相比較，發現環狀孔徑的Fresnel 數易於連續可調，故 很適合用來對移動中的目標做主動追蹤匯聚，而且我們的非線性相位預測，較傳統的 線性預測更接近於實驗的結果。 在第Ⅳ章□，對圓高斯光束經由圓孔徑的問題，我們做了數值的計算和實驗的探討。 在實驗上為了獲得一個理想昏高斯光束，我們首先製做了高斯濾光片，而後實驗測量 由該濾光片出來的光經匯聚後的繞射軸上強度，橫向強度和環能量的分佈，發現實驗 與數值計算結果頗相符合。 最後，在第Ⅴ章和第Ⅵ章，分別對平面波橢圓高斯光束和一般橢圖高斯光束的匯聚特 性進行探討。發現橢圓高斯光束的長短軸比例及對應於該二軸軸的不同波前半徑，都 是影響軸上強度和焦點位移的重要參數，其有關繞射強度極大點的振盪現象和大焦深 系統的獲得等有趣現象，都遠異於均勻和圓高斯光束的性質。