渦旋光束又稱光學(xué)渦旋,是一種具有孤立奇點(diǎn)的光場(chǎng),即空間偏振奇點(diǎn)或者空間相位奇點(diǎn),因此強(qiáng)度分布為中空環(huán)形分布。按照攜帶奇點(diǎn)類型的不同,常將其分為偏振渦旋光束和相位渦旋光束。偏振渦旋光束也稱為軸對(duì)稱偏振光束（CVBs）,具有偏振奇點(diǎn),主要包括角向偏振光和徑向偏振光,具有環(huán)形電場(chǎng)分布和強(qiáng)縱向聚焦特性,在超分辨成像、等離子激發(fā)、單分子光譜、激光加工、粒子加速、光通信、粒子的光學(xué)捕獲等應(yīng)用領(lǐng)域有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。相位渦旋光束也稱為軌道角動(dòng)量（OAM）光束,具有相位奇點(diǎn),其相位波前具有螺旋分布的特點(diǎn),數(shù)學(xué)表達(dá)式中包含螺旋相位項(xiàng)exp（ilθ）,每個(gè)光子攜帶OAM的值為lh（l表示拓?fù)浜桑?且理論上具有無(wú)限正交態(tài)。以上特性使其在光鑷、光學(xué)操縱、光學(xué)捕獲、光學(xué)扳手、顯微成像、量子信息處理和光通信等領(lǐng)域有著潛在應(yīng)用。鑒于渦旋光束的廣泛應(yīng)用前景,產(chǎn)生與檢測(cè)渦旋光束顯得很有意義。產(chǎn)生CVBs和OAM光束的方法有很多,可以通過(guò)激發(fā)柱對(duì)稱波導(dǎo)的本征模的方式得到,或者利用線偏振的HG01和HG10相干疊加得到。對(duì)于CVBs而言,還可以利用亞波長(zhǎng)光柵、半波片組、空間光調(diào)制器等空間偏振轉(zhuǎn)化器,實(shí)現(xiàn)偏振轉(zhuǎn)化。對(duì)于OAM光束... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１?（ａ）－（ｂ）偏振渦旋光束和（ｃ－ｄ）相位渦旋光束的偏振、振幅、相位分布；（ａ）角向偏振??光（ＴＭｍ）；?（ｂ）徑向偏振光（ＴＥｔｎ）；?（ｃ）拓?fù)浜蔀椋钡南辔粶u旋光束（ＯＡＭ＋１）；?（ｄ）拓?fù)浜蔀??

模光纖不僅支持基模（ＬＰｍ），而且支持一階模（ＬＰｎ），其中ＬＰｈ模包含徑向偏振??（ＴＭＧ１）、角向偏振（ＴＥ〇〇、混合偏振（／／盡廠和模式。一階矢量模式與標(biāo)量??模的相互疊加關(guān)系為１．１９式（／?＝?１，／？?＝?１）和圖１．３所示：??ＴＭ０ｉ?［ＬＰ＾ｅｎ＇ｘ?＋?ＬＰ；；＇ｅ＂ｙ??Ｌｐｅｖｅｎ，ｘ?＿?Ｌｐ＾ｅｎ＇ｙ??ＨＥ＾ｄ?ＬＣ’Ｘ?＋?ＬＣ’ｙ??珥：（１１９）??ＬＰ＂ｅｎ＇ｙ?ＨＥ＾ｅｎ?＋?ＴＭｍ??ＬＰ，Ｔｎ＇ｘ?ＨＥ『，－ＴＭ０ｉ??ＬＰ°ｄｄｌ?ＨＥ０＾?＋ＴＥ０ｌ??ＬＰ｛°ｆｄ＇ｙ＼?｛ＨＥ；＾－ＴＥｏｔ??ＴＭ０ｌ?ＨＥ，’１?ＨＥ２ｌｏＭ?ＴＥ０ｌ??钃圓■�。�??ＨＤＢＤ??ｉｐｎ＾ｅｎ，ｖ?ＬＰｎｅｖｅ＂ｘ?ＬＰｎＭｘ??圖１．３?—階標(biāo)量模式與矢量模式的疊加關(guān)系??６??

在ＣＶＢｓ的眾多特性中，最受關(guān)注的是聚焦特性。偏振光束的強(qiáng)聚焦特性可??以用Ｒｉｃｈａｒｄｓ－Ｗｏｌｆ矢量衍射方法進(jìn)行數(shù)值模擬［３Ｇ－３２］。數(shù)學(xué)模型如圖丨．４（ｂ）所示，??此時(shí)入射光束為具有平面波前的ＣＶＢｓ，如圖１．４（ａ）所示。??ｅ??ｒ?＾?Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ?ｌｅｎｓ??—?｜；：——???〇??（ａ）?Ｉ?％）??圖１．４?（ａ）入射的ＣＶＢｓ；?（ｂ）?ＣＶＢｓ的聚焦幾何模型??光瞳平面處的電場(chǎng)分布在柱對(duì)稱坐標(biāo)系下可表示為：??Ａ?｛ｐ，（ｐ）?＝?ｌ０Ｐ（ｐ）［ｃｏｓ（ｐａｅｐ?＋?ｓｍ?（ｐ？ｅ＾＼?（１．２０）??其中／。指的是光瞳處的振幅峰值，表示軸對(duì)稱光瞳處歸一化振幅分布。??歸一化矢量為：ｌ＾ｃｏｓ味＋ｓｉｎｑ？ｖ，?＾＾－ｓｉｎ＾＋ｃｏｓｇ。光束通過(guò)一個(gè)消球差??透鏡后由平面波變?yōu)榍蛎娌ǎ劢乖诮裹c(diǎn)上。透鏡的折射改變了歸一化矢量的偏??Ｒｉｃｈａｒｄｓ－Ｗｏｌｆ衍射積分出發(fā)，通過(guò)對(duì)半徑為／的球面波前矢量場(chǎng)進(jìn)行積分（／■與透??鏡的焦距一致），可得到焦點(diǎn)附近的電場(chǎng)分布：??Ｅ｛ｒ，（�。�，ｚ）?＝?——?ｊｊ＾｛９，（ｐ）ｅ，ｋ＾＇＾ｄＱ．?＝?—｜?ｄ６＾ａ［０，（ｐ）ｅ＇ｌ＇｛ｓ＇＾ｓｉｎｄｄ（ｐ?（１．２１）??ｎ?０?０??其中表示透鏡邊沿的最大角度

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[3]Advances in communications using optical vortices[J]. Jian Wang.  Photonics Research. 2016(05)
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本文編號(hào)：3242836