近年來,隨著工業(yè)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域?qū)Ω呔葴y量的需求日益增加,激光測量作為高精度測量的手段之一已成為當(dāng)下的研究熱點(diǎn)。激光測量具有測量精度高、測量速度快、非接觸性等優(yōu)點(diǎn)�？傮w來說,目前的激光測量技術(shù)正朝著更高精度、更快速度以及如何緩解外界環(huán)境帶來的影響等方向進(jìn)行研究,但是這些測量中所用的激光大部分都是普通光束,本文則創(chuàng)新性地提出了利用含有軌道角動量（OAM,Orbital Angular Momentum）的渦旋光束（OV,Optical Vortices）來進(jìn)行測量。首先,本文介紹了OAM和激光測量的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與應(yīng)用,分析了現(xiàn)階段激光測量中存在的問題,從而引出了本文的研究主題:基于OAM的新型光學(xué)高精度測量。其次,本文對具有OAM特性的渦旋光束進(jìn)行了研究。先用量子算符的方式推導(dǎo)出了單光子的OAM大小。接著,分別研究了拉蓋爾高斯（LG,Laguerre-Gaussian）光束、貝塞爾高斯（BG,Bessel-Gaussian）光束、陣列渦旋光束這三種常見類型的渦旋光束的特性。然后分別介紹了螺旋相位板（SPP,Spiral Phase Plate）法、計(jì)算全息（CGH,Computer-Ge... 

【文章來源】：東南大學(xué)江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

自旋角動量與軌道角動量的對比

OAM 這一概念是 Allen 在 1992 年首先提出來的。如果一束光的波矢繞著光軸旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生了螺旋相位，那么就可以說這束光具有 OAM，渦旋光束就是這樣含有 OAM 的一類光束[2]。渦旋光束的光場中心為一個(gè)暗核，并且在傳播過程中這個(gè)特性將保持不變。與普通光束相比，渦旋光束的最大特征就是它具有如圖 2-1 所示的特殊的螺旋相位結(jié)構(gòu)。柱坐標(biāo)下沿z 軸傳播的渦旋光束的光場表達(dá)式可簡化為：0E ( r , , z ) E ( r , , z )exp( i )exp( ikz)(2.1)其中：0E 表示振幅強(qiáng)度； 指 OAM 的拓?fù)浜蓴?shù)； 指方位角坐標(biāo)； 指光束的波長；k 2 / 為波數(shù)。渦旋光束的螺旋相位就是和公式中的相位因子exp( i )有關(guān)。 是一個(gè)整數(shù)，可以取正數(shù)、負(fù)數(shù)和零。當(dāng) 取值為正數(shù)時(shí)，螺旋相位的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針；當(dāng) 的取值為負(fù)數(shù)時(shí)，螺旋相位的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針；當(dāng) 0時(shí)，該光束就是一般的高斯光，其光場中心處的光強(qiáng)最大。與普通光束一樣，渦旋光束也存在著光的干涉與衍射等現(xiàn)象。驗(yàn)證一束光是否為渦旋光束具有兩大要素：光強(qiáng)分布圖應(yīng)是一個(gè)中心為暗斑的環(huán)形狀；將此光束與一平面波進(jìn)行同軸干涉，干涉圖樣應(yīng)為螺旋狀。

nL 。圖2-2是通過仿真工具M(jìn)ATLAB 得到的LG光束在 0,1,2和 p 0,1,2九種取值情況下的光場強(qiáng)度分布圖。從圖中可以看出：光強(qiáng)的分布與 , p的取值有關(guān)。當(dāng) 0, p 0時(shí)，光束的中心強(qiáng)度取最大值，是普通的高斯光束；當(dāng) 0, p 0時(shí)，光束的中心是一個(gè)暗場，中心強(qiáng)度為零，對應(yīng)著相位奇點(diǎn)，且隨著 取值的增大，環(huán)的尺寸也增大；當(dāng) 0, p 0時(shí)，光場強(qiáng)度的分布是一個(gè)同心圓環(huán)的形狀，且p的取值等于外環(huán)的個(gè)數(shù)。圖 2- 2 不同 , p取值所對應(yīng)的 LG 光束光強(qiáng)分布圖LG 光束可以被應(yīng)用到很多領(lǐng)域。目前，它已被用來研究量子糾纏[29]、光鑷和光學(xué)扳手[30]、為中性原子構(gòu)建一個(gè)新型的光阱[31]、自由空間信息傳輸[32]、光纖中的模式復(fù)用等[33]。

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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