远场向量涡旋Bessel-高斯光束的结构与质量分析

"这篇学术文章研究了矢量涡旋Bessel-Gauss光束在远场的矢量结构和光束质量。作者通过矢量角谱理论和驻波法得到了这种光束在自由空间传播的远场电磁场振幅的解析表达式。文章探讨了在近轴和非近轴条件下，光束的能量流分布以及由功率桶内功率（PIB）衡量的光束质量。PIB的表现与光束腰宽与波长的比例及极化阶数有关。该研究对于理解和控制这类特殊光束的传播特性具有重要意义。" 文章"Vectorial structure and beam quality of vector-vortex Bessel–Gauss beams in the farfield"深入探讨了矢量涡旋Bessel-Gauss光束的远场特性。Bessel-Gauss光束是一种特殊的光束类型，它结合了Bessel光束的无衍射性质和Gaussian光束的聚焦特性，同时携带了矢量和涡旋特性，这意味着它们不仅具有多种极化状态，还在传播过程中保持螺旋相位结构。在光学领域，这样的光束有广泛的应用，如粒子操控、光学陷阱和高精度成像等。 文章首先基于矢量角谱方法和驻波法，推导出了这些光束在远场传播时的电磁场振幅的精确表达式。这种方法允许研究人员对光束的复杂结构进行数学建模，并理解其传播行为。然后，作者分析了远场能量流的分布，这有助于揭示光束能量如何在空间中分布和传输。 接着，文章的重点转向了光束质量的评估，使用了功率桶内功率（PIB）这一指标。PIB是衡量光束聚焦性能的关键参数，它反映了光束能量在理想聚焦区域内集中程度。研究发现，PIB的大小不仅取决于光束的腰宽与波长的比例，还与光束的极化阶数有关。这意味着光束的物理属性（如尺寸和波长）以及它的矢量性质都可以直接影响其在远场的聚焦效率和稳定性。 在近轴和非近轴两种传播条件下，光束质量的变化尤为关键。近轴条件通常适用于光束在有限距离内的传播，而非近轴条件则适用于更广泛的传播环境，例如在长距离或大范围的空间应用中。因此，理解这些条件下的PIB变化对优化光束设计和实际应用至关重要。 这项研究提供了关于矢量涡旋Bessel-Gauss光束在远场行为的深入洞察，为未来的光学实验和工程应用提供了理论基础。对于光束控制、光学通信、光学信息处理等领域，这些发现可能引领新的技术进步和创新。