結構光場是指一些具有特殊振幅、相位、偏振態(tài)分布、相干性、或帶有軌道角動量的空間光束。在實際應用中,結構光場可以展現(xiàn)出獨特的傳輸和變換性質(zhì),以及非線性效應。例如,結構光場特殊的相干性分布,使其在消除散斑、提高圖像質(zhì)量方面具有明顯的優(yōu)勢;利用結構光場攜帶的軌道角動量,可以進行微粒操控,光學捕獲等方面的研究;結構光場獨特的光斑形狀,使其在激光加工方面具有更多的優(yōu)勢;結構光場奇特的相位分布,也讓其非線性效應更具科研價值。本學位文的主要研究內(nèi)容如下:1.從理論和實驗上分別獲得了相干度完全可控的隨機電磁光束(SEB)。也就是說,可以在兩個相互垂直的偏振方向上,獨立的控制光束的相干度。在兩個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量了光束的相干度,同時還測量了光束傳播因子,實驗結果和理論計算相一致。2.因為非均勻關聯(lián)隨機電磁光束中兩點間的相干度不僅和兩點間距有關,而且和兩點的位置有關,從而在理論和實驗兩方面對非均勻關聯(lián)隨機電磁光束的產(chǎn)生進行了研究。理論上,基于相位關聯(lián)與相干度的聯(lián)系推導出非均勻關聯(lián)隨機電磁光束的2×2交叉譜密度矩陣及相干度分布。而后,利用兩個SLM對入射光的兩個正交偏振分量分別調(diào)制,獲得了相干度完全可控的隨機電磁光束。3.將相位調(diào)控技術引進到激光諧振腔內(nèi),搭建了一臺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態(tài)相位圖,從腔內(nèi)直接輸出非均勻關聯(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。實驗結果表明,光斑上兩點間的相干度不僅和兩點間的距離有關,還和它們在光斑上的位置有關。4.從實驗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。實驗中,利用一塊渦旋相位板(SPP)將高斯光束轉換成渦旋光,并用兩個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.實驗中,利用偏振轉換器將高斯光束轉換成徑向偏振光,再用兩個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.本學位論文還研究了帶有軌道角動量(OAM)光束在水中的受激布里淵散射(SBS)特性。在實驗中,利用一塊散射相位板,實現(xiàn)了帶有OAM光束的相位共軛。同時還測量到在SBS過程中的脈寬壓縮,并且驗證了渦旋光軌道角動量的守恒。
【學位單位】：華僑大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：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，符號 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）式相同的電磁場的相干度。

從而實現(xiàn)了在入射光上加載了一個隨機相位函數(shù)。圖2.1.2 展示了這些動態(tài)相位圖中的一幀，其對應的調(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 對入射光波前的調(diào)制范圍越大。圖 2.1.2 動態(tài)相位圖中的一幀，對應的調(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的點代表相干度的實際測量值，虛線代表對應的相干度的理論值。有許多原造成理論值與測量值之間的不同，這也是擬合結果中會出現(xiàn)參數(shù) a 和 b 的。首先，在實驗中，對于實現(xiàn)完全非相干光而言，SLM 的響應速率太低；，相對于 SLM 的像素間距 8μm，小孔的直徑太大（0.1mm），這意味著，進每個小孔的光都由很多點光源組成；再者，在理論上，我們假設光源是各態(tài)的，但是實驗中用 MATLAB 產(chǎn)生的隨機相位是離散的，不是連續(xù)的。不過結果依然可以證明，可以分別獨立的控制兩個偏振方向上的相干度。

【參考文獻】

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本文編號：2824644