【摘要】：渦旋光是一種具有螺旋型相位結(jié)構(gòu)的光場,是現(xiàn)代奇點光學的一個重要的分支。渦旋光的動力學特性,軌道角動量特性和獨特的相位結(jié)構(gòu)在光學成像技術(shù),光鑷技術(shù)以及光通信領(lǐng)域都具有重要的研究價值。近年來,具有矢量偏振特性的渦旋光束也引起研究者的廣泛關(guān)注,矢量渦旋光束是一種各向異性偏振光,即光束橫截面不同位置上的偏振態(tài)是不同的,這些特性在粒子加速,單分子成像和近場光學等領(lǐng)域具有潛在的應用價值。渦旋光束的產(chǎn)生、渦旋信號的傳輸和拓撲荷數(shù)檢測是渦旋光束特性研究的熱點。本文主要對矢量渦旋光束的產(chǎn)生以及拓撲荷檢測方法進行了深入研究,具體內(nèi)容如下:提出純相位調(diào)制的方法產(chǎn)生偏振可控的矢量渦旋光束以及完美矢量渦旋光束。采用瓊斯矩陣描述矢量渦旋光場,提出純相位調(diào)制的方法設(shè)計兩個純相位光柵,分別對x方向偏振和y方向偏振單獨調(diào)制,通過改變初相位差以及拓撲荷數(shù)的方法,可以在任意衍射級次上產(chǎn)生偏振態(tài)、偏振階及拓撲荷數(shù)可控的矢量渦旋光束。采用錐相位調(diào)制的方法產(chǎn)生半徑不隨拓撲荷數(shù)發(fā)生變化的高階完美矢量渦旋。研究了分數(shù)階矢量渦旋的光場能量分布特性。非整數(shù)階拓撲荷數(shù)的矢量渦旋光束由于螺旋形相位的不連續(xù)性導致環(huán)形光斑會出現(xiàn)缺口,其缺口的能量分布與偏振階數(shù)和拓撲荷數(shù)均有關(guān)系。采用對角矩陣的算法提取矢量渦旋光束的遠場衍射的強度矩陣繪制能量分布曲線,分析非整數(shù)階矢量渦旋光束的缺口處的能量變化與偏振階數(shù)p和拓撲荷數(shù)l的關(guān)系。提出狹縫衍射的方法檢測渦旋光束拓撲荷數(shù)并對其偏振特性進行研究。提出扇形單縫衍射的方法對渦旋陣列進行檢測,通過觀察衍射光斑的數(shù)量及分布檢測渦旋光陣列拓撲荷數(shù)及符號;提出動態(tài)扇形雙縫干涉的方法檢測渦旋光束拓撲荷數(shù)及偏振階數(shù)并研究了雙縫夾角變化量與干涉強度關(guān)系,實現(xiàn)了渦旋光的偏振和拓撲荷數(shù)的檢測。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O436
【圖文】：

題研究的背景和意義人們對光的認識逐漸加深，尤其是激光產(chǎn)生之后，很多科學家逐漸熱衷起來。19 世紀，Airy 發(fā)現(xiàn)了透鏡的聚焦面能形成一，人們開始對這樣的奇異光束進行進一步的研究[1]。1973 年，擬之后發(fā)現(xiàn)了人們對光束的輕微擾動，可以使這個奇異光環(huán)產(chǎn)來，Karman 通過分析進一步解釋了這個現(xiàn)象[3]，奇異環(huán)的波前傳播而產(chǎn)生，傳播過程中，光束參數(shù)的變化使得錯位也隨之變環(huán)的產(chǎn)生或者消失。Volyar 等人首次使用渦旋光來解釋這種現(xiàn)特征是渦旋光的一種空間現(xiàn)象，渦旋光的基本單位具有相位奇除了具有線動量、自旋角動量（Spin orbital angular momentum有 l 的軌道角動量[5]（Orbital angular momentum OAM）。其中 l 撲荷數(shù)[6]。軌道角動量完全不同于以前的自旋角動量，大多數(shù)表現(xiàn)為光的偏振[7]，如圖 1-1 a）所示，沒有攜帶自旋角動量的光，攜帶自旋角動量的光束表現(xiàn)為左旋或者右旋圓偏振光，如圖

圖 1-2 不同拓撲荷數(shù)螺旋相位分布[6]對軌道角動量研究的深入[8, 9]，軌道角動量在很多領(lǐng)域也都有[10]，離子操縱[11]以及量子信息科學中。由于其獨特的等相位角動量的光束可以突破光學衍射極限具有良好的聚焦特性[12][13]，平板印刷[14]，離子捕獲[15]以及數(shù)據(jù)存儲[16]等領(lǐng)域都具有此外，具有徑向偏振的軌道角動量光束的能量能被更有效的放切割技術(shù)中也得到了廣泛的應用。光軌道角動量的本征正交性，理論上其無限的疊加模式可以為新的編碼維度，其在自由空間光通信與光纖通信中具有擴大通速率的應用價值。對于使用 OAM 光束的空分復用系統(tǒng)（SD的鑒別都是通過拓撲荷數(shù) l 來判斷[20]。如圖 1-3a）所示，多路系統(tǒng)，每一個信道編碼都被附加在不同的 OAM 上，多路復用自由空間傳輸后被接收器探測并解復用。由于OAM作為一種基何波段的電磁波攜帶，包括光波和無線電波，因此 OAM 多路在所有頻率范圍內(nèi)使用[21]。如圖 1-3b）所示，OAM 多路復用

圖 1-3 使用 OAM 光束的自由空間通信系統(tǒng)[27]a）多路復用的渦旋光通信系統(tǒng) b）渦旋光束應用于空載傳輸中還可以應用于全息成像，2017 年，Ruffato 等人用全息圖束進行編碼[28]，通過使用傅里葉變換的算法，對一個全作和測試。采用高階螺旋相板的方法將入射光束變成螺旋位奇點的光束。用高分辨率電子束光刻技術(shù)在玻璃基板上膜，由于渦旋光束的螺旋相位波前，當入射到全息光柵上的重構(gòu)，成像質(zhì)量很好，圖片清晰，如圖 1-4a）所示。但束入射到全息圖上，噪音會很高，無法使圖像變得清晰。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前7條

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本文編號：2769661