光束聚焦優化
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
光束聚焦優化的實例教程
同時軸向分量的半波瓣寬度遠遠小于總光強的半波瓣寬度，因此，通過一些手段,例如用高階模式徑向偏振光束照明[9]，或者結合環形光瞳濾波器[10,11]來增強軸向偏振分量，抑制橫向分量，從而得到較小的衍射光斑，在超分辨成像、激光加工等領域具有重要應用。而對于角向偏振光，聚焦光斑為純橫向分量的環形分布，如圖7所示。上述光場偏振特性都是用標量衍射積分所不能解釋的，說明在高數值孔徑系統中，矢量衍射理論才能準確描述光的傳播和聚焦特性。
4 結語
本文根據矢量衍射理論推導矢量偏振光束的聚焦光場積分表示，并采用MATLAB模擬仿真實現了聚焦光場分布的直觀顯示。基于矢量光束經透鏡聚焦的光場分布分析，在高數值孔徑系統中，矢量衍射光束聚焦場具有以下特征：
（1） 聚焦光場具有顯著的偏振特性，要用矢量衍射理論進行分析計算；
（2） 聚焦光場各偏振分量與入射光場偏振態相關，并且出現軸向偏振分量。經過高數值孔徑透鏡聚焦，光束的矢量偏振性質發生變化。徑向偏振光在焦點附近軸向分量占主導，角向偏振光保持空心場分布，不含軸向分量；
（3） 聚焦光斑受入射光偏振影響，利用矢量光束和高數值孔徑的緊聚焦特性，能實現超衍射光斑[9-11],在超分辨成像、激光加工等領域具有重要應用。
總之，基于MATLAB的模擬仿真結果形象地反映了矢量偏振光束的聚焦光場分布，有助于學生對于新型偏振光束這一光學前沿知識的整體理解和掌握。在此基礎上激發學習興趣，培養創新思維，為探索光學新發展和促進教研融合作貢獻。
參考文獻
[1]陳敏, 趙福利, 董建文. 光學[M]. 北京: 高等教育出版社,2018.
[2]馮饒慧, 沈韓, 高鳳彬, 等. 以衍射實驗為例談虛實結合實驗教學模式[J]. 物理與工程, 2020,30(4): 102-107.
展開 對于具有特定參數的高斯光束，折射率在數學上表現為溫度和輸入功率的函數。[W. Koechner, Appl. Opt. 9,2548–2553(1970)]。這個使用案例顯示了熱透鏡焦距的變化，以及當輸入功率改變時聚焦光束直徑的變化。這個使用案例發表在[H. Zhong, J. Opt. Soc. Am. A35]。
建立任務
結果
對于具有特定參數的高斯光束，折射率在數學上表示為溫度和輸入功率的函數[W. Koechener, Appl. Opt. 9, 2548-2553 (1970)]。這個案例展示了當輸入功率變化時，熱透鏡焦距以及聚焦光束直徑的變化。這個例子發表在[H. Zhong, J. Opt. Soc. Am. A 35]。
建模任務
結果
對于具有特定參數的高斯光束，折射率在數學上表示為溫度和輸入功率的函數[W. Koechener, Appl. Opt. 9, 2548-2553 (1970)]。這個案例展示了當輸入功率變化時，熱透鏡焦距以及聚焦光束直徑的變化。這個例子發表在[H. Zhong, J. Opt. Soc. Am. A 35]。
建模任務
結果
當入射光束的光強呈現空間上的非均勻分布時，由此引入的非線性折射率也是非均勻的，這將使不同空間位置的光所經歷的光程長度不同，即介質對入射光束的作用等價于光學透鏡，從而導致光束的自行聚焦效果。
特別地，當入射光束強度沿垂直光軸的界面內呈高斯形時，且強度足夠產生非線性效應的情況下，此時介質折射率的橫向分布也是鐘形的，從而對入射光束產生會聚作用，這就是高斯光束的自聚焦效應。
系統描述
本例重點展示了beer以及sfocus兩個命令的使用，給出了經過吸收之后高斯光束的強度分布輪廓圖，光束的吸收遵循比爾定律并且可能會出現自聚焦現象。研究發現，自聚焦效應會導致穿透剖面變窄，本例對比了以下四種情況：
（1）理想的高斯光束聚焦
（2）經過吸收之后的理想高斯光束聚焦
（3）經過吸收和自聚焦效應之后的理想高斯光束聚焦
（4）經過吸收和自聚焦效應之后的帶有像差的高斯光束聚焦
圖1 模擬示意圖
模擬結果
圖2 初始理想高斯光束光強分布
圖3 理想高斯光束的成像切片
圖4 介質中存在吸收時理想高斯光束的成像切片
圖5 介質中存在吸收同時考慮自聚焦效應時理想高斯光束的成像切片
圖6 介質中存在吸收同時考慮自聚焦效應時帶像差高斯光束的成像切片
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概述
當一束強激光入射到介質中后，由于強光場與介質的非線性作用，使得介質的線性折射率上會疊加與入射光強相關的非線性折射率。當入射光束的光強呈現空間上的非均勻分布時，由此引入的非線性折射率也是非均勻的，這將使不同空間位置的光所經歷的光程長度不同，即介質對入射光束的作用等價于光學透鏡，從而導致光束的自行聚焦效果。
特別地，當入射光束強度沿垂直光軸的界面內呈高斯形時，且強度足夠產生非線性效應的情況下
建模任務
熱透鏡效應描述了由高功率入射激光束的熱力梯度引起的介質折射率的不均勻性。對于具有特定參數的高斯光束，折射率在數學上表示為溫度和輸入功率的函數[W. Koechener, Appl. Opt. 9, 2548-2553 (1970)]。這個案例展示了當輸入功率變化時，熱透鏡焦距以及聚焦光束直徑的變化。這個例子發表在
摘要
熱透鏡效應描述了由高功率入射激光束的熱力梯度引起的介質折射率的不均勻性。對于具有特定參數的高斯光束，折射率在數學上表示為溫度和輸入功率的函數[W. Koechener, Appl. Opt. 9, 2548-2553 (1970)]。這個案例展示了當輸入功率變化時，熱透鏡焦距以及聚焦光束直徑的變化。這個例子發表在[H. Zhong
圖1.模擬示意圖
模擬結果
圖2.初始理想高斯光束光強分布
圖3.理想高斯光束的成像切片
圖4 介質中存在吸收時理想高斯光束的成像切片
了解高NA物鏡的焦點附近的矢量電場分布對顯微鏡、光鑷、激光加工等應用是非常重要的。高NA物鏡通常被認為是消球差透鏡。 通過VirtualLab Fusion中消球差透鏡，我們展示了如線性、圓形和徑向偏振光束等各種偏振光束的聚焦。 我們研究了關于不同形狀的孔徑的聚焦場，例如圓形和環形孔徑。
摘要
摘要
了解高NA物鏡的焦點附近的矢量電場分布對顯微鏡、光鑷、激光加工等應用是非常重要的。高NA物鏡通常被認為是消球差透鏡。 通過VirtualLab Fusion中消球差透鏡，我們展示了如線性、圓形和徑向偏振光束等各種偏振光束的聚焦。 我們研究了關于不同形狀的孔徑的聚焦場，例如圓形和環形孔徑。
建模任務
圓形與環形孔徑
1.摘要
受激發射損耗（STED）顯微鏡利用在聚焦平面上一個極小的聚焦光斑產生超分辨率。這需要兩個聚焦光束。一個激發光束。另一個是損耗光束，能夠抵消出射的激發光束。在[P. T?r?k和P.R.T Monro，（2004年）]中，作者研究了通過聚焦高階Gaussian-Laguerre光束產生環形的PSF。 在VirtualLab Fusion中，這種高階Gaussian-Laguerre
1. 摘要
受激發射損耗（STED）顯微鏡利用在聚焦平面上一個極小的聚焦光斑產生超分辨率。這需要兩個聚焦光束。一個激發光束。另一個是損耗光束，能夠抵消出射的激發光束。在[P. T?r?k和P.R.T Monro，（2004年）]中，作者研究了通過聚焦高階Gaussian-Laguerre光束產生環形的PSF。 在VirtualLab
應用一個熱透鏡對高斯光束聚焦8個月前
摘要
熱透鏡效應描述了由高功率入射激光束的熱力梯度引起的介質折射率的不均勻性。對于具有特定參數的高斯光束，折射率在數學上表示為溫度和輸入功率的函數[W. Koechener, Appl. Opt. 9, 2548-2553 (1970)]。這個案例展示了當輸入功率變化時，熱透鏡焦距以及聚焦光束直徑的變化。這個例子發表在[H. Zhong, J. Opt. Soc. Am.
應用一個熱透鏡對高斯光束聚焦9個月前
摘要
熱透鏡效應描述了由高功率入射激光束的熱力梯度引起的介質折射率的不均勻性。對于具有特定參數的高斯光束，折射率在數學上表示為溫度和輸入功率的函數[W. Koechener, Appl. Opt. 9, 2548-2553 (1970)]。這個案例展示了當輸入功率變化時，熱透鏡焦距以及聚焦光束直徑的變化。這個例子發表在
