【摘要】：近年來,對(duì)于相位、偏振等具有特殊分布形式結(jié)構(gòu)光束的研究成為國(guó)際上的熱點(diǎn)之一。1992年Allen等人提出了光束的軌道角動(dòng)量獨(dú)立于自旋角動(dòng)量。攜帶軌道角動(dòng)量光束,亦稱光學(xué)渦旋光束;由于軌道角動(dòng)量光束的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)和量子性質(zhì),具有螺旋形相位波前帶來中心相位奇點(diǎn)從而產(chǎn)生中空光強(qiáng)分布的這種旋轉(zhuǎn)光束,其在微粒操控、高容量高速率的大規(guī)模光通信、量子信息處理、超分辨顯微成像等許多領(lǐng)域具有重要潛在價(jià)值與應(yīng)用,吸引了人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注與研究興趣。攜帶軌道角動(dòng)量的光束可以采取線性的方式,也可以采取非線性的方式進(jìn)行調(diào)控。通過非線性頻率轉(zhuǎn)換,一方面可以拓展攜帶軌道角動(dòng)量光束的工作波長(zhǎng);另一方面,在頻率轉(zhuǎn)換的過程中,基波光攜帶的軌道角動(dòng)量會(huì)轉(zhuǎn)移至諧波。特別的,對(duì)于頻率上轉(zhuǎn)換過程,可以在實(shí)現(xiàn)短波長(zhǎng)激光輸出的同時(shí)獲得高階軌道角動(dòng)量。在本文中,我們使用光學(xué)超晶格作為非線性晶體,實(shí)現(xiàn)了高效的高拓?fù)浜蓴?shù)渦旋光束的倍頻輸出。分析、研究了倍頻轉(zhuǎn)換特性,重點(diǎn)關(guān)注了相位匹配條件和轉(zhuǎn)換效率等。具體包括:1.緒論部分,簡(jiǎn)單回顧激光技術(shù)以及非線性光學(xué)的發(fā)展,介紹其與光學(xué)渦旋光束相關(guān)的背景、應(yīng)用前景、研究意義以及面臨的問題與關(guān)注的研究話題,攜帶軌道角動(dòng)量光束的非線性頻率轉(zhuǎn)換方面的文獻(xiàn)進(jìn)展等。2.第二章主要介紹軌道角動(dòng)量的基本特性,包括光子軌道角動(dòng)量大小的推導(dǎo)、主要典型的光束加載軌道角動(dòng)量方法與軌道角動(dòng)量的檢測(cè)等;介紹光學(xué)渦旋光束中具有代表性的基本光束LG光束的強(qiáng)度分布、波矢變化等性質(zhì),為后續(xù)進(jìn)行攜帶軌道角動(dòng)量的渦旋光束的非線性頻率轉(zhuǎn)換研究展開奠定基礎(chǔ)。3.第三章進(jìn)行高拓?fù)浜蓴?shù)LG光束倍頻特性的研究,采用非線性光學(xué)耦合波方程數(shù)值求解作為基本研究工具,基于1342nm聲光調(diào)Q納秒激光器,利用準(zhǔn)相位匹配技術(shù),在周期極化鉭酸鋰PPLT晶體上,通過一個(gè)單通過程實(shí)現(xiàn)較高效率較高拓?fù)浜蓴?shù)的倍頻過程;并且發(fā)現(xiàn)LG光束倍頻的最佳匹配溫度漂移現(xiàn)象,進(jìn)行相關(guān)分析解釋,非線性過程是一個(gè)相位敏感的過程,通過簡(jiǎn)單的一個(gè)倍頻過程,就能觀察到LG光束倍頻時(shí)的最佳匹配溫度漂移,不論LG光束的徑向參數(shù)束腰半徑w0、徑向階數(shù)p帶來的額外徑向波矢,還是LG光束的角向量子數(shù)拓?fù)浜蓴?shù)l帶來的額外角向波矢,都能導(dǎo)致橫向波矢分量的產(chǎn)生,從而使縱向波矢改變,為我們?cè)诔Ц袢斯の⒔Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí),修正補(bǔ)償新引入的相位失配提供幫助,使之動(dòng)量守恒重新滿足相位匹配條件,提高光學(xué)非線性轉(zhuǎn)換效率。4.第四章基于非線性光學(xué)耦合波方程數(shù)值求解作為基本研究工具,進(jìn)行完美渦旋倍頻特性的理論研究,考慮LG光束倍頻效率隨拓?fù)浜蓴?shù)的增大而降低,而完美渦旋光束光強(qiáng)最大處距光斑中心半徑wr大小不隨拓?fù)浜芍祃變化,希望通過該特性進(jìn)行完美渦旋光束的倍頻,對(duì)比LG光束倍頻,得到在某一特定條件下使得大于一定拓?fù)浜蓴?shù)后,完美渦旋光束的倍頻效率將高于LG光束倍頻效率的方案。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O437
【圖文】：

２．１．３．１螺旋相位板法逡逑產(chǎn)生螺旋波前顯而易見的方式就是采取螺旋位相板法。當(dāng)一束平面波透過如逡逑下圖２．２所示具有螺旋階梯表面帶來螺旋相位差ｅｘｐ（／化）的光學(xué)元件，光g?就會(huì)逡逑成為一束具有螺旋波前的光束，這種衍射相位元件即稱為螺旋相位板（Ｓｐｉｒａｌ逡逑Ｐｈａｓｅ邋Ｐｌａｔｅ，邋ＳＰＰ／Ｖｏｒｔｅｘ邋Ｐｈａｓｅ邋Ｐｌａｔｅ，邋ＶＰＰ）。采用螺旋相位板生成具有螺旋波前逡逑光束轉(zhuǎn)換效率高，能夠用其生成較高功率０Ｖ光束，這為一種常用的生成０Ｖ光逡逑束較為簡(jiǎn)便的方法，但同一光束經(jīng)過同一螺旋相位板只能產(chǎn)生一種單一階數(shù)的逡逑０Ｖ光束，即產(chǎn)生的軌道角動(dòng)量光束的拓?fù)浜蓴?shù)和波長(zhǎng)是固定不可調(diào)控的。逡逑－１４－逡逑

ｉ逡逑ｒ＾ｔｅ，逡逑圖２．２平面波產(chǎn)生／＝２的螺旋波前渦旋光束［４Ｄ１逡逑２．１．３．２叉形光柵全息法逡逑叉形光柵可以采用空間光調(diào)制器（ＳＬＭ）產(chǎn)生，叉形光柵是一種計(jì)算全息圖，逡逑即理想光學(xué)器件的全息圖。產(chǎn)生具有螺旋位相的光束，可采用叉形光柵，亦可采逡逑用螺旋菲涅爾透鏡。其既能夠改變產(chǎn)生光束的／值，亦能夠改變光束的Ｐ值。由逡逑于空間光調(diào)制器（ＳＬＭｓ，ｓｐａｔｉａｌ邋ｌｉｇｈｔ邋ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ）已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)，因而逡逑全息法得到廣泛應(yīng)用。叉形光柵即計(jì)算全息，在理論上可以生成任意階數(shù)０Ｖ光逡逑束，但效率較低�？臻g光調(diào)制器最大優(yōu)勢(shì)即靈活便捷，但刷新速率較低，受限于逡逑液晶材料的損傷閾值，不能產(chǎn)生太高功率的渦旋光，且不能產(chǎn)生短波紫外波段渦逡逑旋光束。螺旋相位因子ｅｘｐ（－／／＾）能夠?qū)⒁皇咚构廪D(zhuǎn)換成／重螺旋相位光

柵全息法逡逑可以采用空間光調(diào)制器（ＳＬＭ）產(chǎn)生，叉形光柵是一種件的全息圖。產(chǎn)生具有螺旋位相的光束，可采用叉形透鏡。其既能夠改變產(chǎn)生光束的／值，亦能夠改變光器（ＳＬＭｓ，ｓｐａｔｉａｌ邋ｌｉｇｈｔ邋ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ）已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)泛應(yīng)用。叉形光柵即計(jì)算全息，在理論上可以生成任低。空間光調(diào)制器最大優(yōu)勢(shì)即靈活便捷，但刷新速率傷閾值，不能產(chǎn)生太高功率的渦旋光，且不能產(chǎn)生短相位因子ｅｘｐ（－／／＾）能夠?qū)⒁皇咚构廪D(zhuǎn)換成／重螺旋。事實(shí)上，ＴＣ值為／的叉形光柵可由ＴＣ值為／的螺成，如下圖２．３（ｂ）所示。叉形光柵生成的一級(jí)衍射級(jí)

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 馮文艷;付棟之;王云龍;張沛;;軌道角動(dòng)量模式識(shí)別方法綜述[J];物理實(shí)驗(yàn);2019年02期

2 梁彬;程建春;;聲波的“漩渦”——聲學(xué)軌道角動(dòng)量的產(chǎn)生、操控與應(yīng)用[J];物理;2017年10期

3 施帥;丁冬生;周志遠(yuǎn);李巖;張偉;史保森;;軌道角動(dòng)量光的區(qū)分[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2015年06期

4 ;光子軌道角動(dòng)量的應(yīng)用與發(fā)展——記中山大學(xué)光電材料與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室蔡鑫倫課題組及其研究學(xué)科[J];科學(xué)中國(guó)人;2016年34期

5 魏克軍;;軌道角動(dòng)量技術(shù)在無線通信中的應(yīng)用[J];電信網(wǎng)技術(shù);2013年09期

6 柯熙政;呂宏;武京治;;基于光軌道角動(dòng)量的光通信數(shù)據(jù)編碼研究進(jìn)展[J];量子電子學(xué)報(bào);2008年04期

7 ;為什么軌道角動(dòng)量不能是銈／2?[J];物理學(xué)報(bào);1997年05期

8 王明泉;;求解軌道角動(dòng)量本征值的一種簡(jiǎn)單方法[J];黃淮學(xué)刊(自然科學(xué)版);1989年S1期

9 ;連續(xù)超表面:產(chǎn)生任意渦旋光[J];光電工程;2017年01期

10 周斌;駱青君;;全光纖光子軌道角動(dòng)量模式研究[J];華南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年06期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 賈俊亮;付棟之;張沛;;利用穩(wěn)定干涉系統(tǒng)區(qū)分光子軌道角動(dòng)量[A];第十七屆全國(guó)量子光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議報(bào)告摘要集[C];2016年

2 章獻(xiàn)民;;射頻軌道角動(dòng)量及其應(yīng)用[A];2015年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集[C];2015年

3 陸亮亮;徐平;鐘馬林;柏艷飛;祝世寧;;非線性光子晶體中的軌道角動(dòng)量糾纏[A];第十六屆全國(guó)量子光學(xué)學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)報(bào)告摘要集[C];2014年

4 張欽偉;李文東;顧永建;張沁心;;單光子軌道角動(dòng)量在海洋湍流中傳輸特性[A];第十七屆全國(guó)量子光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議報(bào)告摘要集[C];2016年

5 陳弋凌;鄭史烈;池p];金曉峰;章獻(xiàn)民;;基于平面軌道角動(dòng)量天線的計(jì)算成像方法[A];2017年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集（下冊(cè)）[C];2017年

6 劉梅林;李文峰;徐實(shí)學(xué);王佳雯;侍行劍;;光子軌道角動(dòng)量技術(shù)在衛(wèi)星上的應(yīng)用前景展望[A];2017年光學(xué)技術(shù)研討會(huì)暨交叉學(xué)科論壇論文集[C];2017年

7 周志遠(yuǎn);丁冬生;李巖;史保森;郭光燦;;準(zhǔn)相位匹配晶體中軌道角動(dòng)量光的倍頻與干涉[A];第十六屆全國(guó)量子光學(xué)學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)報(bào)告摘要集[C];2014年

8 侯岳峰;李越;張志軍;馮正和;;雙層超材料透鏡在自旋角動(dòng)量和軌道角動(dòng)量中的應(yīng)用[A];2018年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集(上冊(cè))[C];2018年

9 薛皓;李龍;;軌道角動(dòng)量產(chǎn)生技術(shù)及其在雷達(dá)成像領(lǐng)域研究進(jìn)展[A];2017年全國(guó)天線年會(huì)論文集（下冊(cè)）[C];2017年

10 蔡春曉;郭俊;劉奎;郜江瑞;;連續(xù)變量軌道角動(dòng)量糾纏態(tài)的產(chǎn)生與測(cè)量[A];第十七屆全國(guó)量子光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議報(bào)告摘要集[C];2016年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前4條

1 記者 劉霞;首個(gè)軌道角動(dòng)量波導(dǎo)光子芯片問世[N];科技日?qǐng)?bào);2018年

2 記者 吳長(zhǎng)鋒 通訊員 楊保國(guó);我首次實(shí)現(xiàn)光子軌道角動(dòng)量糾纏量子存儲(chǔ)[N];科技日?qǐng)?bào);2015年

3 記者 桂運(yùn)安 通訊員 楊保國(guó);中科大量子存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)新突破[N];安徽日?qǐng)?bào);2015年

4 記者 房琳琳;科學(xué)家首次觀測(cè)到有角度的加速光[N];科技日?qǐng)?bào);2015年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 尹佳媛;新型人工電磁表面電磁調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)研究[D];東南大學(xué);2017年

2 靳金金;基于幾何位相的光學(xué)軌道角動(dòng)量產(chǎn)生與調(diào)控研究[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所);2018年

3 成立;毫米波亞毫米波天線關(guān)鍵技術(shù)研究[D];東南大學(xué);2017年

4 鄒麗;軌道角動(dòng)量復(fù)用系統(tǒng)大氣湍流干擾抑制方法研究[D];南京郵電大學(xué);2017年

5 楊哲;贗熱光源關(guān)聯(lián)成像及軌道角動(dòng)量二階關(guān)聯(lián)性質(zhì)研究[D];清華大學(xué);2017年

6 江雪;基于聲超構(gòu)材料的聲軌道角動(dòng)量研究及應(yīng)用[D];南京大學(xué);2018年

7 蔡春曉;連續(xù)變量空間多模糾纏[D];山西大學(xué);2018年

8 馬榮;利用原子系綜實(shí)現(xiàn)軌道角動(dòng)量連續(xù)變量糾纏態(tài)[D];山西大學(xué);2018年

9 方良;光場(chǎng)物理維度特性與應(yīng)用研究[D];華中科技大學(xué);2019年

10 衡小波;高純度全光纖軌道角動(dòng)量模式產(chǎn)生及激光研究[D];華南理工大學(xué);2018年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 吳曜東;相位匹配調(diào)控的軌道角動(dòng)量非線性頻率轉(zhuǎn)換[D];南京大學(xué);2019年

2 王振凱;基于光子軌道角動(dòng)量腔增強(qiáng)自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究[D];南京大學(xué);2019年

3 林眾宇;攜帶軌道角動(dòng)量光束的非線性頻率轉(zhuǎn)換研究[D];南京大學(xué);2019年

4 陳鳴瑜;渦旋光束軌道角動(dòng)量模的海洋湍流效應(yīng)研究[D];江南大學(xué);2018年

5 張鈺;雙光子軌道角動(dòng)量態(tài)對(duì)比的實(shí)驗(yàn)[D];杭州師范大學(xué);2018年

6 蔡欣倫;基于人工電磁表面的左手力矩的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

7 王禹翔;基于頻率選擇表面的軌道角動(dòng)量激發(fā)器件研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

8 王榕煒;軌道角動(dòng)量天線的研究及設(shè)計(jì)[D];華東師范大學(xué);2018年

9 李碩;基于分?jǐn)?shù)階光子軌道角動(dòng)量的圖像邊緣增強(qiáng)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

10 周瀟瀟;基于可重構(gòu)螺旋天線陣列的軌道角動(dòng)量渦旋電磁波研究[D];西安電子科技大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2792370