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贝塞尔光束透射多边形二元振幅光阑的理论研究

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本文提出一种多边形二元振幅光阑,并将其应用于压制贝塞尔光束在自由空间传输过程中的光强振荡。利用严格的数学推导,得出多边形二元振幅光阑的等效振幅透射系数公式。通过对贝塞尔光束轴上光强的优化设计,得到多边形二元振幅光阑的最佳结构参数。基于完全的瑞利-索莫菲方法的数值模拟结果显示,优化设计的多边形二元振幅光阑,不仅沿光轴方向,而且在垂直于光轴的横截面内,均很好地压制了贝塞尔光束的光强振荡。相比于现有文献中的渐变振幅光阑或心形二元振幅光阑,本文提出的多边形二元振幅光阑具有加工简单、成本低廉的优势,将为贝塞尔光束在实际光学系统中的广泛应用提供重要的指导价值。
Theoretical investigation on Bessel beam transmission through a polygonal binary amplitude diaphragm
We propose a new kind of polygonal binary amplitude diaphragm(PBAD),which is employed to suppress intensity oscillations of propagating Bessel beams in free space.With exact mathematical deductions,we obtain equivalent amplitude transmission coefficient formulas of the PBAD.Through optimizing the Bessel beam axial intensity,we get the optimum set of structure parameters of the PBAD.Numerical simulation results based on the complete Rayleigh-Sommerfeld method reveal that the optimized PBAD suppresses intensity oscillations of the propagating Bessel beam very well,either along the axial direction or in the cross-sectional planes.Compared with the gradually varying amplitude diaphragm or the cardioid binary amplitude diaphragm in present literatures,the proposed PBAD shows superiorities in easy fabrication and low cost.Our research results will provide important guidance value for wide application of Bessel beams in practical optical systems.

polygonal binary amplitude diaphragm(PBAD)Bessel beamintensity oscillationcomplete Rayleigh-Sommerfeld method

李晨怡、刘姗姗、赵琰瑞、叶佳声、张岩

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首都师范大学物理系,北京 100048

多边形二元振幅光阑 贝塞尔光束 光强振荡 完全的瑞利-索莫菲方法

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2024

首都师范大学学报(自然科学版)
首都师范大学

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CSTPCD
影响因子:0.537
ISSN:1004-9398
年,卷(期):2024.45(2)