【摘要】：隨著量子通信等新技術(shù)的發(fā)展,光子越來(lái)越得到當(dāng)代社會(huì)的重視,無(wú)論是從科學(xué)研究還是經(jīng)濟(jì)生產(chǎn),從醫(yī)療再到國(guó)防科技,光這個(gè)古老而神秘的物理名詞,越來(lái)越多的被提及,發(fā)揮著越來(lái)越大的作用,并成為當(dāng)前科學(xué)研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)之一。目前,矢量光場(chǎng)的研究已成為光學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一,其中,矢量光場(chǎng)的偏振分布會(huì)產(chǎn)生很多有趣的特性,舉個(gè)例子:徑向偏振分布的矢量光場(chǎng)可以被緊聚焦產(chǎn)生能量更強(qiáng)的光斑并形成強(qiáng)縱場(chǎng)的光波分布;空間分布的偏振光波可以提供給光子糾纏自由度。所以人們逐漸意識(shí)到矢量光場(chǎng)在單分子成像、激光微加工、超分辨率等許多科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)潛在的巨大價(jià)值。當(dāng)然,矢量光的研究在世界范圍內(nèi)還處在初級(jí)階段,一些理論問(wèn)題和實(shí)際的生成問(wèn)題仍等待著人們?nèi)ヌ剿�。因�?本文針對(duì)特定的矢量光場(chǎng)進(jìn)行了理論上的探索并進(jìn)行了仿真,并利用現(xiàn)有的條件,研制出了一種能夠?yàn)榉奖愕漠a(chǎn)生矢量光提供激光光源的Nd:YAG激光器。本文主要內(nèi)容如下:介紹了矢量光及數(shù)學(xué)表達(dá),然后介紹了矢量光束的兩種生成方法,主動(dòng)生成和被動(dòng)生成。兩種生成方式的主要區(qū)別在于是否在激光諧振腔內(nèi)生成矢量光束。偏振模式的選擇是諧振腔設(shè)計(jì)的主要方面,主要選擇手段可通過(guò)雙折射、光的二向色性或者微結(jié)構(gòu)光學(xué)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。在被動(dòng)生成的方式中,我們可以采用液晶元件、空變位相延遲器、偏振器等特殊光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)腔外矢量光場(chǎng)的生成。分析了多渦旋相位的徑向矢量光束加載不同拓?fù)浜傻木劢箞?chǎng)特性。利用Richards-Wolf矢量衍射理論,分別分析了雙渦旋、三渦旋、四渦旋時(shí)加載不同拓?fù)浜蠑?shù)對(duì)聚焦矢量光場(chǎng)的影響。分析表明,拓?fù)浜傻淖兓瘯?huì)影響聚焦光場(chǎng)的分布特性。拓?fù)浜蓴?shù)目的增加會(huì)導(dǎo)致緊聚焦現(xiàn)象,這對(duì)光場(chǎng)的調(diào)控和激光能量的利用都是很好的理論指導(dǎo)。設(shè)計(jì)研發(fā)出了一款能夠?yàn)榉奖愕漠a(chǎn)生矢量光提供激光光源的Nd:YAG激光器,并對(duì)其性能進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。
【圖文】：

被廣泛的應(yīng)用到了工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療器械、軍事對(duì)抗、科但是，我們對(duì)于激光的認(rèn)識(shí)和操控仍然具有局限性，如何進(jìn)行有生符合需要的光能分布，仍是人類今后研究光的主要方向之一。主要分為時(shí)域調(diào)控和空域調(diào)控，可以對(duì)光場(chǎng)的振幅、偏振態(tài)、位有選擇的控制，達(dá)到想要的調(diào)控結(jié)果。其中對(duì)光場(chǎng)振幅和相位的偏振態(tài)的理論研究較少，這也是我們深入了解光場(chǎng)調(diào)控的切入點(diǎn)場(chǎng)概述量光場(chǎng)的概念描述定義為：在同一時(shí)刻、同一波陣面的不同位置上具有不同偏振態(tài)的標(biāo)量光場(chǎng)線偏振光、圓偏振光和橢圓偏振光場(chǎng)，矢量光場(chǎng)也稱的光場(chǎng)[3]。矢量光區(qū)別于普通光的性質(zhì)在于它的偏振態(tài)分布在空勻分布的偏振態(tài)特性有著潛在的工業(yè)應(yīng)用和學(xué)術(shù)價(jià)值，值得我們行實(shí)際的光場(chǎng)操控。

旋向偏振光和徑向偏振光是最典型的矢量光場(chǎng)，，其偏振態(tài)分布如圖 1.1 所示。旋向偏振光的波陣面上任意位置的電矢量振動(dòng)都是沿著方位角方向，徑向偏振光的各點(diǎn)的電矢量振動(dòng)都沿著徑向方向[4]。不同矢量光經(jīng)過(guò)同一檢偏器后有不同的消光方向。圖 1.2 所示為旋向偏振光經(jīng)過(guò)不同角度的檢偏器的消光情況。(a)即為旋向偏振光的無(wú)檢偏器光強(qiáng)分布圖，(a)中心有一無(wú)光強(qiáng)的相位奇點(diǎn)。(b)為旋向偏振光經(jīng)過(guò)水平 /4波片和 45 度方向檢偏器后的光強(qiáng)分布，(b)表明旋向偏振光的每一點(diǎn)的偏振態(tài)都是線性的。圖(c)、(d)和(e)分別為旋向偏振光經(jīng)過(guò)水平方向、45 度方向和豎直方向檢偏器后的得到的光場(chǎng)光強(qiáng)分布圖[5]。1.1.2 矢量光場(chǎng)的數(shù)學(xué)描述由于橢圓矢量光在振幅和相位的特性滿足軸對(duì)稱，其數(shù)學(xué)表達(dá)式是麥克斯韋方程的矢量解，因此我們從橢圓偏振光入手，通過(guò)理論推導(dǎo)矢量光場(chǎng)的數(shù)學(xué)描述。在波導(dǎo)理論中，徑向偏振和旋向偏振的模式已被人們掌握，然而，徑向偏振和旋向偏振的模式在自由空間的分布還有待研究。對(duì)于自由空間，這種典型的傍軸解可通過(guò)求解標(biāo)量的Helmholtz 方程來(lái)得到[6]： 2 2 k E 0(1.1)
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O436.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2680112