GLAD：传输中的相位因子与古伊相移

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概述

与相同频率的平面波相比，聚焦高斯光束传输时会产生额外的相移。这种相移是由德国科学家Gouy发现的，故称为古伊相移。其定义为：



其中zR为高斯光束的瑞利长度，z=0对应高斯光束的束腰位置。高斯光束传输经过束腰位置前后时对应的古伊相移为。高斯光束聚焦传输过程中会产生古伊相移的根本原因在于：高斯光束可以视为一系列不同空间频率分量的平面波的集合。那些传输方向与光轴方向存在一定角度的平面波分量在传输过程中经历了一些相移。这些分量的综合作用使得高斯光束相对于沿光轴方向传输的平面波产生了古伊相移。

系统描述

本例介绍了球面高斯光束的相位移动。高斯光束在束腰处的表达式为：



一个球面高斯光波添加了一个二次相位因子之后表达式为：



k为波数，R为相位面的半径。在束腰处R=∞，相位因子消失。



为了精确量化菲涅耳衍射，高斯光束的传输需要按照下面的公式进行：




分别考虑上表中的每一项，在瑞利长度中，振幅下降到原来的，相位偏转-45°，得到的值为(0.5,-0.5)，在1e9位置处，相位偏转-90°。从束腰处负的传播导致正的相位偏转因子。在1e9位置处，振幅大小为2.946e-6。