艾里光束具有無衍射、自加速以及自愈等特性,在清潔微粒、光捕獲、離子能量旋轉(zhuǎn)和三維光彈等諸多領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。而渦旋光束由于自身的螺旋波前相位特性在光操控、圖像增強(qiáng)和高容量通信等領(lǐng)域獲得廣泛關(guān)注。由于艾里渦旋光束結(jié)合了艾里光束和渦旋奇點(diǎn)雙重特性,在激光醫(yī)學(xué)、激光消融等線性或非線性領(lǐng)域成為國內(nèi)外的熱門研究課題。目前主要集中在單個直角或圓艾里渦旋光束的基礎(chǔ)研究,關(guān)于光束空間復(fù)用產(chǎn)生廣義艾里渦旋光束陣列的課題研究較少,而且產(chǎn)生相關(guān)陣列的實(shí)驗(yàn)光路較復(fù)雜、相位膜片的制作方式繁瑣、光能利用率較低。針對以上問題,提出基于傅里葉共軛對稱延拓計(jì)算全息法產(chǎn)生廣義艾里渦旋光束陣列的方法,并對其傳播動力學(xué)特性進(jìn)行了研究。首先,利用傅里葉共軛對稱延拓計(jì)算全息法產(chǎn)生艾里渦旋光束陣列相位膜片,使其在空間域上得到復(fù)用。利用該方法產(chǎn)生的多艾里渦旋光束排布方式靈活,相位膜片制作方法和實(shí)驗(yàn)光路相對簡單,并且光能利用效率較高。其次,基于坡印廷矢量和菲涅耳衍射積分公式分析艾里渦旋光束陣列的傳播動力學(xué)特征。由于艾里光束主瓣的傳播速度大于渦旋奇點(diǎn)的傳播速度,在傳播過程中主瓣慢慢恢復(fù)為能量最強(qiáng)點(diǎn),保持了艾里光束的自愈特性。以“頭對頭... 

【文章來源】：哈爾濱理工大學(xué)黑龍江省

【文章頁數(shù)】：56 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

/2相位膜片產(chǎn)生的艾里渦旋光束的傳播演化[52]

哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文2性，分析了初始發(fā)射角和拓?fù)潆姾芍祵ψ跃劢刮恢眉熬劢箯?qiáng)度的影響。1.2艾里渦旋光束國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析1.2.1艾里渦旋光束的產(chǎn)生方法2011年，Sun等人利用3/2相位膜片產(chǎn)生攜帶相位奇點(diǎn)的艾里光束，此方法克服了傳統(tǒng)復(fù)雜光路對準(zhǔn)艾里主瓣和渦旋中心的困難，提供了一種生成艾里渦旋光束的實(shí)用方法[52]。艾里渦旋光束傳播演化如圖1-1所示。渦旋具有相較于艾里主瓣更快的偏離速度。主瓣會隨著傳播距離的增加而從中空狀態(tài)恢復(fù)為能量最大點(diǎn)，從側(cè)面證明了艾里光束的自愈特性。圖1-13/2相位膜片產(chǎn)生的艾里渦旋光束的傳播演化[52]Fig.1-1PropagationevolutionofAiryvortexbeamgeneratedby3/2phasemask隨后，梁毅等人提出兩翼夾角非正交形式的二維艾里渦旋光束的產(chǎn)生方法，并進(jìn)行了理論計(jì)算和仿真，如圖1-2所示[38]。銳角艾里渦旋光束在自由空間傳播時將發(fā)生雙曲臍點(diǎn)型突變，主瓣和光強(qiáng)值點(diǎn)沿兩條不同的拋物線軌跡傳播，而大部分能量沿光強(qiáng)峰值點(diǎn)軌跡傳播。兩翼夾角越接近90°，艾里光束自愈能力越強(qiáng)，自愈效果越好。渦旋奇點(diǎn)由于具有軌道角動量存在沿橫向的偏移，同距離下偏移程度和夾角成正比。而鈍角的艾里渦旋光束大部分能量將演變成趨于x軸平行的一維艾里圖樣，只有小部分能量將演變成標(biāo)準(zhǔn)二維艾里圖樣。但是實(shí)驗(yàn)中變型光束未在空間進(jìn)行多路復(fù)用，對于粒子操控效率較低。圖1-2銳角、鈍角和直角的變型艾里渦旋光束的傳播演化[38]Fig.1-2Propagationevolutionofdeformedacute,rightandobtuseangleAiryvortexbeam

哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文31.2.2多艾里光束的產(chǎn)生2013年，F(xiàn)an等人提出通過引入二進(jìn)制相位實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧雙生艾里光束。此研究將傳統(tǒng)的0-255灰度漸變相位做二值處理，得到雙生艾里光束。首先，由于無需測量主瓣相對于光軸的偏移量，在自由空間觀測其自加速特性較以往的單艾里光束更為方便；其次，其焦距可控，焦點(diǎn)的位置可以通過斜率因子改變[53]。實(shí)驗(yàn)光路如圖1-3所示，空間光調(diào)制器裝載了二進(jìn)制相位膜片，在頻譜面上可以獲得對稱雙生艾里光束。但是基于這種方法產(chǎn)生的對稱艾里光束兩個主瓣始終朝向中心，無法對光場結(jié)構(gòu)進(jìn)行靈活調(diào)控。圖1-3產(chǎn)生對稱雙生艾里光束的實(shí)驗(yàn)裝置[53]Fig.1-3ExperimentalsetupforgeneratingtwinAirybeamsusingbinaryphasepatterns基于相位調(diào)制方法，利用絕對值立方相位實(shí)現(xiàn)對稱四艾里光束的產(chǎn)生。這四艾里光束的整個橫向平面是軸對稱和中心對稱的，并且仍然具有單艾里光束所具有的自愈、自加速和無衍射等特性。該光束在空間傳播時波包向中心聚攏，形成自聚焦，如圖1-4所示[30]。隨著傳播距離進(jìn)一步增大，光束逐漸發(fā)散。該方法為艾里光束在粒子操控以及等離子通道、波導(dǎo)等方向的應(yīng)用開辟了新的可能性，但用該方法產(chǎn)生的并不是標(biāo)準(zhǔn)形式的艾里光束，因此其固有特性會受到影響。圖1-4對稱結(jié)構(gòu)自聚焦艾里光束[30]Fig.1-4Symmetryself-focusingAirybeam

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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