渦旋光束是一種具有螺旋型相位波前結(jié)構(gòu)和確定軌道角動(dòng)量的特殊光束,近些年來(lái),在微粒操控、光子計(jì)算、生物醫(yī)學(xué)、光空間通信等領(lǐng)域被廣泛的研究應(yīng)用。高階貝塞爾-高斯光束是渦旋光束的一種,不僅具有渦旋光束的特殊性質(zhì),而且其在一定距離內(nèi)還是一種無(wú)衍射光束,這使得其在微觀粒子操控等領(lǐng)域的應(yīng)用具有特殊的優(yōu)勢(shì)。本文對(duì)渦旋光束的傳輸特性進(jìn)行了一定的仿真研究。首先,對(duì)渦旋光束的長(zhǎng)距離傳輸進(jìn)行了仿真,利用SeeLight仿真平臺(tái)對(duì)由激光器入射螺旋相位板產(chǎn)生的渦旋光束與激光器產(chǎn)生的高斯光束的長(zhǎng)距離傳輸進(jìn)行了對(duì)比,傳輸情況分為真空和湍流大氣兩種。其次,對(duì)由高斯光束經(jīng)螺旋相位板-軸棱錐系統(tǒng)產(chǎn)生的高階貝塞爾-高斯光束進(jìn)行了研究分析,根據(jù)菲涅爾衍射理論對(duì)高階貝塞爾-高斯光束的產(chǎn)生進(jìn)行了理論推導(dǎo),通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)給出了高階貝塞爾-高斯光束的拓?fù)浜蓴?shù)測(cè)量方法;著重對(duì)無(wú)衍射距離Zmax內(nèi)的高階貝塞爾-高斯光束進(jìn)行了傳輸分析,分析內(nèi)容主要包括不同距離處、不同拓?fù)浜蓴?shù)、不同軸棱錐錐角情況下光束的傳輸情況,這對(duì)高階貝塞爾-高斯光束的產(chǎn)生和應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義;之后對(duì)高階貝塞爾-高斯光束在傳輸一定距離處觀察面上的能量分布進(jìn)行了量化分析。最后,對(duì)離軸高階貝塞爾-高斯光束的傳輸特性進(jìn)行了分析,激光器發(fā)出的高斯光束很難與螺旋相位板及軸棱錐兩個(gè)光學(xué)器件中心對(duì)準(zhǔn)是產(chǎn)生離軸渦旋光束的原因,文中分別分析了傳輸距離、拓?fù)浜蓴?shù)、離軸參量對(duì)離軸高階貝塞爾-高斯光束的影響,由于實(shí)驗(yàn)中光束和光學(xué)器件非對(duì)準(zhǔn)情況不可避免,因此對(duì)離軸渦旋光束的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O436
【部分圖文】：

旋光束是具有螺旋相位因子ｅｘｐ（／／０的一類特殊光束，在柱坐標(biāo)系的渦旋光束的光場(chǎng)表達(dá)式可以寫(xiě)為［３８］：逡逑Ｅ［ｐ，０，ｚ）邋＝邋Ｅｏ（＾ｐ，０，ｚ）邋ｅｘｐ邐ｅｘｐ邋｛ｉＷ＾中，描述光束振幅分布情況，Ａ邋＝邋＃為波數(shù)，Ａ為光束Ａ逡逑角，／為渦旋光束拓?fù)浜蓴?shù)。逡逑束的相位因子ｅｘｐ0７０決定了禍旋光場(chǎng)的性質(zhì)，該光束沿ｚ軸方向布情況可以表示為：逡逑ｉ＾（ｐ，邋６，ｚ）邋＝邋１６邋＋邋ｋｚ旋光束的螺旋相位波前正是由式（２－９）決定的。逡逑撲荷數(shù)／影響渦旋光束的波前相位分布情況，不同的拓?fù)浜蓴?shù)的相２－２－１所示。逡逑＂ｉｇｙ－＇ｆ邋ｉ邋＇邋■．邐？逡逑

螺旋相位板平面端面入射，光束中心與螺旋相位板中心對(duì)齊，出射的光束會(huì)被附逡逑加一個(gè)螺旋相位因子ｅｘｐ（／／０，從而光束變?yōu)闇u旋光束。在光束的中心處，出現(xiàn)逡逑相位奇點(diǎn)，各光場(chǎng)干涉相消，光強(qiáng)為零。ＳＰＰ示意圖如下圖２－３－１所示。逡逑ｎｉ逡逑圖２－３－１螺旋相位板不意圖逡逑相位板相對(duì)于方位角為０處的總厚度七為？．逡逑ｄｅ＝ｄ０＋Ｅ邐（２－１０）逡逑２ｎ逡逑式中名為螺旋相位板的基礎(chǔ)厚度，４代表旋轉(zhuǎn)臺(tái)階的最大高度值。逡逑８逡逑

（ａ）邋／＝１邐（ｂ）邋／＝－１逡逑圖２－２－２不同拓?fù)浜傻臏u旋光束相位螺旋方向示意圖逡逑２．３螺旋相位板法產(chǎn)生渦旋光束理論逡逑螺旋相位板（Ｓｐｉｒａｌ邋Ｐｈａｓｅ邋Ｐｌａｔｅ，簡(jiǎn)稱ＳＰＰ），它是一塊具有固定折射率的透逡逑明板，其一面是平面結(jié)構(gòu)，相對(duì)面具有螺旋形狀結(jié)構(gòu)，類似于旋轉(zhuǎn)臺(tái)階。螺旋相逡逑位板其厚度隨著方位角的變化而變化，理想情況下厚度應(yīng)是平滑變化的。光束從逡逑螺旋相位板平面端面入射，光束中心與螺旋相位板中心對(duì)齊，出射的光束會(huì)被附逡逑加一個(gè)螺旋相位因子ｅｘｐ（／／０，從而光束變?yōu)闇u旋光束。在光束的中心處，出現(xiàn)逡逑相位奇點(diǎn)，各光場(chǎng)干涉相消，光強(qiáng)為零。ＳＰＰ示意圖如下圖２－３－１所示。逡逑ｎｉ逡逑圖２－３－１螺旋相位板不意圖逡逑相位板相對(duì)于方位角為０處的總厚度七為？．逡逑ｄｅ＝ｄ０＋Ｅ邐（２－１０）逡逑２ｎ逡逑式中名為螺旋相位板的基礎(chǔ)厚度，４代表旋轉(zhuǎn)臺(tái)階的最大高度值。逡逑８逡逑

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