艾里型光束的通量轨迹分析

艾里光束是傍轴亥姆霍兹方程的解,以在自由空间中自加速传播时展现形状不变性而著称。这两个性质与其非平方可积(即携带无限能量)的事实相关。为规避这一缺陷,文献中提出了若干所谓有限能量艾里型光束族,并在某些情况下于实验室中实现。本文从通量轨迹视角分析此类结构光光束的传播,以更好理解使无限与有限能量光束呈现不同行为的机制。如所示,光束最前部分可清晰明确地对应于众所周知的加速项,而光束后部对应近乎均匀的通量轨迹分布,尤其在较大传播距离下。这被证明与相邻波瓣间轨迹的有效转移(从光束前部逐渐到其后部)有关,导致沿光束后部的横向通量被抹平。这与理想艾里光束的情形形成鲜明对比,其中属于给定强度分布波瓣的轨迹在整个传播过程中保持不变。分析还辅以基于轨迹的有限能量艾里光束杨氏实验描述,以提供对圆艾里光束所观测自聚焦现象的动力学理解。