非傍轴高斯光束的矢量与标量表征对比研究：适用范围分析

本文主要探讨了非傍轴对称高斯光束的矢量和标量表征在科学研究中的比较研究。随着微型激光源和衍射光学元件的广泛应用，非傍轴激光束成为了一个重要的研究领域，特别是在高精度光学系统设计和光束控制中。高斯光束，因其在激光技术中的核心地位，其非傍轴条件下的特性研究尤为关键。 文章指出，传统的傍轴近似在非傍轴情况下不再适用，因为光束的横向尺寸减小到波长甚至亚波长级别，这就需要更精确的表征方法。目前，研究人员已经发展出两种主要的表征方式：标量表征和矢量表征。标量表征通常基于光强度分布，而矢量表征则考虑了光场的偏振信息，能更好地反映光束的动态性质。 作者通过引入比值T来量化光场中z方向分量对整体光场的贡献，发现当使用x/W(z)和y/W(z)作为坐标时，T值的变化与z轴的距离独立。这意味着，在光源半宽度w₀大于或等于0.5λ的非傍轴对称高斯光束中，特别是在传输轴附近的45°对角线区域，标量表征仍然是有效的，并且随着传输距离的增加，这种适用性也随之增强。 然而，对于光源半宽度小于0.5λ的非傍轴对称高斯光束，由于T值在xy平面上的原点附近存在显著峰值，标量表征将无法准确描述光束的特性，此时矢量表征就显得尤为重要。尤其是对于线度在两个波长以下的超短脉冲光束，非傍轴传输过程中矢量效应的影响更为显著。 总结来说，这篇文章提供了关于非傍轴对称高斯光束表征方法选择的关键指导，强调了在不同条件下，标量和矢量表征的适用性和局限性。这对于理解并优化非傍轴激光系统的性能，如光束质量、聚焦特性以及在精密光学仪器中的应用具有重要意义。