結(jié)構(gòu)光場(chǎng)是指一些具有特殊振幅、相位、偏振態(tài)分布、相干性、或帶有軌道角動(dòng)量的空間光束。在實(shí)際應(yīng)用中,結(jié)構(gòu)光場(chǎng)可以展現(xiàn)出獨(dú)特的傳輸和變換性質(zhì),以及非線性效應(yīng)。例如,結(jié)構(gòu)光場(chǎng)特殊的相干性分布,使其在消除散斑、提高圖像質(zhì)量方面具有明顯的優(yōu)勢(shì);利用結(jié)構(gòu)光場(chǎng)攜帶的軌道角動(dòng)量,可以進(jìn)行微粒操控,光學(xué)捕獲等方面的研究;結(jié)構(gòu)光場(chǎng)獨(dú)特的光斑形狀,使其在激光加工方面具有更多的優(yōu)勢(shì);結(jié)構(gòu)光場(chǎng)奇特的相位分布,也讓其非線性效應(yīng)更具科研價(jià)值。本學(xué)位文的主要研究?jī)?nèi)容如下:1.從理論和實(shí)驗(yàn)上分別獲得了相干度完全可控的隨機(jī)電磁光束(SEB)。也就是說,可以在兩個(gè)相互垂直的偏振方向上,獨(dú)立的控制光束的相干度。在兩個(gè)正交方向的空間光調(diào)制器(SLM)上分別加載相位圖,通過調(diào)節(jié)相位圖的調(diào)制幅度,從而控制SEB的相干度分布。利用楊氏雙孔干涉儀測(cè)量了光束的相干度,同時(shí)還測(cè)量了光束傳播因子,實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算相一致。2.因?yàn)榉蔷鶆蜿P(guān)聯(lián)隨機(jī)電磁光束中兩點(diǎn)間的相干度不僅和兩點(diǎn)間距有關(guān),而且和兩點(diǎn)的位置有關(guān),從而在理論和實(shí)驗(yàn)兩方面對(duì)非均勻關(guān)聯(lián)隨機(jī)電磁光束的產(chǎn)生進(jìn)行了研究。理論上,基于相位關(guān)聯(lián)與相干度的聯(lián)系推導(dǎo)出非均勻關(guān)聯(lián)隨機(jī)電磁光束的2×2交叉譜密度矩陣及相干度分布。而后,利用兩個(gè)SLM對(duì)入射光的兩個(gè)正交偏振分量分別調(diào)制,獲得了相干度完全可控的隨機(jī)電磁光束。3.將相位調(diào)控技術(shù)引進(jìn)到激光諧振腔內(nèi),搭建了一臺(tái)相干度可控的部分相干數(shù)字激光器,通過在激光諧振腔中加載動(dòng)態(tài)相位圖,從腔內(nèi)直接輸出非均勻關(guān)聯(lián)部分相干光。激光諧振腔的全反鏡由SLM代替,通過改變SLM上相位圖的束腰,可以控制輸出光束的相干寬度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,光斑上兩點(diǎn)間的相干度不僅和兩點(diǎn)間的距離有關(guān),還和它們?cè)诠獍呱系奈恢糜嘘P(guān)。4.從實(shí)驗(yàn)上演示了利用閃光燈泵浦的Nd:YAG放大器將渦旋光束放大到焦耳量級(jí)。實(shí)驗(yàn)中,利用一塊渦旋相位板(SPP)將高斯光束轉(zhuǎn)換成渦旋光,并用兩個(gè)Nd:YAG放大器來放大種子渦旋光。從而獲得了一束脈沖寬度為10 ns,重復(fù)頻率為10 Hz,放大效率為295%,最大能量995 mJ的渦旋光。利用KD*P晶體,還獲得了一束最高能量為470 mJ的倍頻渦旋光。5.實(shí)驗(yàn)中,利用偏振轉(zhuǎn)換器將高斯光束轉(zhuǎn)換成徑向偏振光,再用兩個(gè)Nd:YAG放大器將種子偏振光最大放大到772 mJ,光束的脈寬為10 ns,重復(fù)頻率為10 Hz,放大效率為323%。在放大過程中,種子光的偏振態(tài)得到了保持。6.本學(xué)位論文還研究了帶有軌道角動(dòng)量(OAM)光束在水中的受激布里淵散射(SBS)特性。在實(shí)驗(yàn)中,利用一塊散射相位板,實(shí)現(xiàn)了帶有OAM光束的相位共軛。同時(shí)還測(cè)量到在SBS過程中的脈寬壓縮,并且驗(yàn)證了渦旋光軌道角動(dòng)量的守恒。
【學(xué)位單位】：華僑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN248;O437
【部分圖文】：

( ( ) ( ))1 2 1 2 1 2121 2Tr W , W,I Iμ = r r r r(2.1.15)其中 I1=TrW(r1,r1), I2=TrW(r2,r2)，分別代表位置 1 和位置 2 處的光強(qiáng)，符號(hào) 代表哈密頓伴隨矩陣。將（2.1.11）式和（2.1.12）式帶入（2.1.15）式，可以得到與（2.1.13）式相同的電磁場(chǎng)的相干度。

從而實(shí)現(xiàn)了在入射光上加載了一個(gè)隨機(jī)相位函數(shù)。圖2.1.2 展示了這些動(dòng)態(tài)相位圖中的一幀，其對(duì)應(yīng)的調(diào)制幅度分別為 γ=0，γ=0.2，γ=0.5，γ=1。隨著調(diào)制幅度的增加，SLM 對(duì)入射光波前的調(diào)制范圍越大。圖 2.1.2 動(dòng)態(tài)相位圖中的一幀，對(duì)應(yīng)的調(diào)制幅度分別為（a）γ=0，（b）γ=0.2

（2.1.10）式所示，SEB 各偏振方向的相干度由式 μjj=sinc2(γj)決定。圖 2.1.3（a的點(diǎn)代表相干度的實(shí)際測(cè)量值，虛線代表對(duì)應(yīng)的相干度的理論值。有許多原造成理論值與測(cè)量值之間的不同，這也是擬合結(jié)果中會(huì)出現(xiàn)參數(shù) a 和 b 的。首先，在實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于實(shí)現(xiàn)完全非相干光而言，SLM 的響應(yīng)速率太低；，相對(duì)于 SLM 的像素間距 8μm，小孔的直徑太大（0.1mm），這意味著，進(jìn)每個(gè)小孔的光都由很多點(diǎn)光源組成；再者，在理論上，我們假設(shè)光源是各態(tài)的，但是實(shí)驗(yàn)中用 MATLAB 產(chǎn)生的隨機(jī)相位是離散的，不是連續(xù)的。不過結(jié)果依然可以證明，可以分別獨(dú)立的控制兩個(gè)偏振方向上的相干度。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2824644