【摘要】：渦旋光束是一種包含獨特相位結(jié)構(gòu)和新穎拓撲特性的特殊光場,在波前相位中含有與方位角相關的連續(xù)螺旋狀相位因子,奇點處強度為零且呈暗斑分布。由于多個攜帶軌道角動量(Orbital Angular Momentun,OAM)的渦旋光束疊加產(chǎn)生的復合光場中包含不同取值的拓撲荷數(shù)和多樣化的相位分布,能夠傳輸多路信號提高通信容量,并具有保密性,使其不僅在微觀粒子捕獲和操控、光學扳手、光學鑷子等方面有著廣泛的研究,在通信編碼和信息傳輸處理等方面也有著誘人的前景,因此,對渦旋光束疊加產(chǎn)生的形態(tài)及演變規(guī)律的探索有著重要的理論和應用價值。在此背景下,本文主要研究了多個渦旋光束疊加的光場分布特征。本文主要工作如下:1、渦旋光束的基礎理論。理論推導了光學渦旋中相位梯度、軌道角動量以及單個光子能量,介紹了幾種常見的制備特殊螺旋狀渦旋光束的方法,分析了拉蓋爾-高斯(L aguerre-Gaussian,LG)渦旋光束的相位、光強以及螺旋譜分布特征。2、共軸條件下,多個渦旋光束疊加的理論和仿真分析。推導了兩個和三個拉蓋爾-高斯光束共軸疊加時外側(cè)奇點的角向解以及相位內(nèi)外側(cè)扇葉片決定因子,總結(jié)了多個渦旋光束共軸疊加傳輸一定距離后相位和光強分布規(guī)律。3、離軸條件下,多個渦旋光束疊加的理論和仿真分析。研究了在不同離軸參量下兩個渦旋光束疊加的光場變化情況,對比了三種不同類型的渦旋光束疊加的相位、光強以及干涉結(jié)果,得出了離軸參量對光斑的影響。研究結(jié)果表明:在共軸條件下,多個渦旋光束疊加會產(chǎn)生復雜的光斑結(jié)構(gòu),相位和光強分布均存在規(guī)律性,利用其分布可檢測拓撲荷數(shù);在離軸條件下,多個渦旋光束疊加形成的光斑結(jié)構(gòu)會隨著離軸參量的不同發(fā)生橫向移動,離軸參量越大,橫向移動速度越快,但凈拓撲荷數(shù)不會改變。這不僅對今后研究復雜渦旋結(jié)構(gòu)以及檢測渦旋光束有著重要意義,而且在微觀粒子捕獲和操縱方面具有潛在應用價值。
【學位授予單位】：西安理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O435
【圖文】：

a) l 0(b) l 1(c) l 2(d) l 圖 2-1 螺旋相位波前示意圖[75]Fig.2-1 Schematic diagram of the helical phase wavefront光束的制備相位板相位分布的渦旋光束制備的最直接方法是使用螺旋相位板。螺旋相件，用于產(chǎn)生螺旋相位光束的螺旋相位板如圖 2-2 所示。它是通過光束的光程差，從而引起不同方位角上相位差的改變。根據(jù) l / 2會導致其光學厚度的增加，其中n為玻璃的折射率， 為波長，l2 完成的數(shù)量。一個平面波以正常入射穿過螺旋相位板，離開螺旋角方向上折射，因此，光線性動量存在一方位分量，該分量沿光束

2 f 2 圖 2-4 /2 和 轉(zhuǎn)換器[79]Fig. 2-4 /2 and converters轉(zhuǎn)換的光學效率高得多，僅受到透鏡較嚴格，并且只能實現(xiàn)單一拉蓋爾-高一種方法是通過使用空間光調(diào)制器，顯示器結(jié)構(gòu)如圖 2-5 所示，它是一種接線口，可通過計算機上的視頻接口過控制施加在其上的電壓獨立地旋個像素可以傳遞不同的折射率，液晶行調(diào)制處理[80]。

圖 2-7 一種能產(chǎn)生螺旋相位光束的分叉衍射光柵[81]Fig. 2-7 A forked diffraction grating which can produce helically phased beam-高斯光束的基礎理論-高斯光束-高斯光束是渦旋光中最典型的一種，針對渦旋光束這一領域，大間域中，LG 光束的光場表達式為[82]： 2 22 2212 22 !/ ( )!2 2( , , ) ( ) ( ) exp( ) ( ) ( ) ( )exp exp 2 1 tan exp( )2( )ll lp pRRp l pr r ru r z Lw z w z w z w zi r zi p l z z ilz z 束參數(shù)定義如下[82]： 2 / 202Rz w

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本文編號：2795431