復(fù)合渦旋光不僅擁有渦旋光的所有的特性,而且擁有著自己的特點(diǎn),比如具有多個相位奇點(diǎn),更高的軌道角動量(OAM),可以通過增加復(fù)合OAM模式的數(shù)目,提供任意的OAM量子態(tài),這在量子信息和光通信上提供了各式各樣的機(jī)會。一個可變的幅值分束器和一個軌道角動量被用來產(chǎn)生疊加的渦旋光,但是傳統(tǒng)的方法產(chǎn)生的渦旋光純度可能較低,而且整個實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)龐大,復(fù)雜。在此,提出一種簡易的方法可以同時產(chǎn)生和分離高純度的渦旋光,并且通過集成設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)渦旋光的疊加,得到帶有可控拓?fù)浜傻膹?fù)合渦旋光。首先,闡述了渦旋光的概念、特征以及波函數(shù),其中詳細(xì)分析了軌道角動量與自旋角動量的關(guān)系。此外總結(jié)了目前最常見的以及最新發(fā)現(xiàn)的方法,例如:螺旋相位板,計(jì)算全息-空間光調(diào)制器,q-板,回音壁模式諧振腔,超材料與超表面等。其次,閃耀光柵的全息板(HPBG)結(jié)構(gòu)的加工系統(tǒng),飛秒激光直寫加工HPBG結(jié)構(gòu)的流程以及加工的HPBG結(jié)構(gòu)的衍射效率和傳輸效率被系統(tǒng)的研究。利用搭建的簡單的檢測光路,檢測HPBG結(jié)構(gòu)的菲涅爾衍射光場的圖案,分析產(chǎn)生的渦旋光的多級分布、光強(qiáng)分布以及干涉圖案,從而證明了單個HPBG結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生分離高純度的,帶有可控拓?fù)浜傻臏u旋光以及渦旋光的相位奇點(diǎn)位置。最后,單個HPBG結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生分離高純度的渦旋光,通過這一特性,進(jìn)一步研究了閃耀光柵的光柵周期與離散角的關(guān)系。設(shè)計(jì)了雙HPBG結(jié)構(gòu),包括光柵周期(4.06μm),半徑(20μm),HPBG結(jié)構(gòu)間的間距(2μm)以及HPBG結(jié)構(gòu)間的旋轉(zhuǎn)方向(一個逆時針旋轉(zhuǎn)60°,另外一個逆時針旋轉(zhuǎn)120°)。通過設(shè)計(jì)的雙HPBG結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了渦旋光在結(jié)構(gòu)外固定位置疊加,而沒有背景光。分析疊加后的光場圖案,得出了復(fù)合渦旋光的拓?fù)浜傻扔趦蓚�渦旋光所帶的拓?fù)浜芍?并且與衍射級方向有關(guān)。同理,復(fù)合的OAM態(tài)由帶有不同拓?fù)浜傻臏u旋光所決定,而拓?fù)浜傻母淖兛梢詢H僅通過轉(zhuǎn)換帶有不同拓?fù)浜傻腍PBG結(jié)構(gòu)。為了獲得更大的OAM,可以集成兩個帶有小的拓?fù)浜傻腍PBG結(jié)構(gòu)。由此證明了方法是穩(wěn)健的,它不僅克服了傳統(tǒng)OAM疊加需要復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等問題,而且有效的產(chǎn)生了帶有可控拓?fù)浜傻膹?fù)合渦旋光。
【學(xué)位單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN249
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 論文研究背景
        1.1.1 軌道角動量
        1.1.2 相位奇點(diǎn)
        1.1.3 復(fù)合渦旋光場
    1.2 課題來源及主要研究內(nèi)容
第二章 渦旋光的概述及產(chǎn)生方法
    2.1 渦旋光的概述
        2.1.1 電磁場攜帶角動量
        2.1.2 軌道角動量與自旋角動量
    2.2 產(chǎn)生渦旋光的方法
        2.2.1 螺旋相位板
        2.2.2 計(jì)算全息—空間光調(diào)制器
        2.2.3 回音壁模式諧振腔
        2.2.4 超材料與超表面
    2.3 本章小結(jié)
第三章 利用單個HPBG結(jié)構(gòu)生成高純度渦旋光
    3.1 HPBG的制備
        3.1.1 雙光子聚合原理
        3.1.2 飛秒激光加工系統(tǒng)
        3.1.3 飛秒激光直寫加工的工藝流程
    3.2 單個HPBG結(jié)構(gòu)的檢測
        3.2.1 HPBG結(jié)構(gòu)的衍射效率和傳輸效率
        3.2.2 渦旋光的光強(qiáng)分布
        3.2.3 渦旋光的干涉
    3.3 本章小結(jié)
第四章 利用雙HPBG結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)渦旋光疊加
    4.1 理論基礎(chǔ)
    4.2 雙HPBG結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
        4.2.1 光柵周期與離散角的關(guān)系
        4.2.2 雙HPBG結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
    4.3 渦旋光的疊加
    4.4 本章小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
    5.1 總結(jié)
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文

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本文編號：2847191