【摘要】：光場聚焦在科學技術研究中有非常重要的作用,衍射極限以內或以外的光場的聚焦仍是熱門的研究課題。光波場的衍射現(xiàn)象很早就被人們發(fā)現(xiàn),且普遍認為光和其他物質波一樣經過障礙物后會發(fā)生衍射發(fā)散的現(xiàn)象,而最近的研究表明光波遇到障礙物會產生衍射聚焦的效應,這將在光束微聚焦方面有很大應用,因為其方法既簡單直接,又不需要蝕刻各種各樣復雜的結構。渦旋光束是一種具有特殊的螺旋波前結構的新型光束,它有確定的拓撲荷數(shù),并且具有相位奇異性。由于具有諸多獨特的性質,所以其在信息編碼、光通信、生物醫(yī)學等方面有重要應用價值。而渦旋光束的拓撲荷是其的一個重要性質,軌道角動量的大小與其密切相關,所以對渦旋光束的拓撲荷測量至關重要,本文將基于光場的衍射聚焦效應,提出一種測量拓撲荷的新方法。本文研究了一維二維光場的衍射聚焦效應和基于此的拓撲荷測量,主要包括以下幾個方面:第一,介紹了空間光場的一維衍射聚焦效應,即觀察平面光波通過狹縫的衍射聚焦現(xiàn)象。通過研究分析得出,光束通過狹縫后會先聚焦后發(fā)散,這打破了傳統(tǒng)觀念認為的光通過障礙物會衍射發(fā)散的認知,而且發(fā)現(xiàn)其聚焦的最大光強約為入射光強的1.8倍,聚焦焦距隨縫寬的增大而增大,即其聚焦效應可以被狹縫所調制。第二,將一維狹縫聚焦推廣到二維小孔的衍射聚焦。首先研究了平面光波通過不同旋轉對稱性的銳邊小孔后的衍射聚焦特性,研究發(fā)現(xiàn),光束通過圓孔、正六邊形孔、正方形孔、正三角形孔都會產生衍射聚焦效應,而且得出其衍射聚焦特性與小孔的尺寸和對稱性密切相關,對稱程度最高的圓孔的聚焦光強最大,約為入射光強的4倍,其他次之;小孔孔徑越大,其焦距也越大。最后,就不對稱性小孔和小孔的厚度因素作了分析。第三,首先介紹了渦旋光束的基本原理,然后介紹了幾種測量拓撲荷的方法,最后基于光場衍射聚焦效應,提出測量拓撲荷的新方法——偏離小孔中心入射法,通過分析孔后光束相位奇點的分裂情況發(fā)現(xiàn),其拓撲荷數(shù)等于分裂形成的暗核數(shù)加一,拓撲荷符號由奇點分裂方向決定。
【學位授予單位】：暨南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O436.1
【圖文】：

圖 1-1 各種納米狹縫陣列結構圖[5, 7, 8]而是否存在更加簡單直接的方法來實現(xiàn)光束聚焦，值得我們繼續(xù)深入研究。最近現(xiàn)象的研究打破了傳統(tǒng)的衍射發(fā)散的觀念，例如，Guy Vitrant 等人[9]首次在實驗了平面光波經過狹縫后的衍射聚焦現(xiàn)象。而本文提到的方法也是利用衍射來實現(xiàn)焦，這種方式簡單直接，實驗中的小孔容易制作，而且實驗操作簡單易控制，更場聚焦的焦點強度和焦距等參數(shù)可以通過小孔的對稱度和尺寸來調制，將在無透超分辨等領域有巨大應用。 衍射聚焦發(fā)展及研究現(xiàn)狀在傳播過程中遇到障礙物（遮板、孔等）時，能夠繞過障礙物的邊緣在障礙物的繼續(xù)傳播的現(xiàn)象，叫做波的衍射現(xiàn)象。衍射現(xiàn)象明顯與否，是和障礙物的大小與有關系的，若障礙物線度遠大于波長，則衍射現(xiàn)象不明顯；若障礙物線度與波長衍射現(xiàn)象比較明顯；若障礙物的線度比波長小，則衍射現(xiàn)象更明顯[10]。機械波和

擴散抽氣機用來維持環(huán)境壓強。最后觀察到了熱原子鉀的常吻合。onsson 等人[13]研究了一到五條狹縫的多縫電子衍射情況。玻璃為基底的銀膜，在高能電流流經的地方會產生低導電涂上銅層，剝離不同銅層形成不同的狹縫，用 50 kV 的電膠片上觀察到了電子的衍射現(xiàn)象。物質波（原子、分子等）波場的研究[11-14]，都發(fā)現(xiàn)波場經，也慢慢都認可了波場的這一特性，其衍射發(fā)散示意圖如最近的研究成果所打破，最近的研究表明，一個方形薛定歷先聚焦后發(fā)散的現(xiàn)象[15]，這與波包的衍射發(fā)散行為是相現(xiàn)象不僅存在于量子體系中，而且研究者通過光學實驗觀。

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本文編號：2716297