軌道角動量（OAM）光束又被稱為渦旋光束,是一種具有螺旋相位波前環(huán)狀光強分布的特殊光束,其相位中含有與旋轉(zhuǎn)方位角有關(guān)的相位因子,可以表示為:exp（il?）,其中?為旋轉(zhuǎn)方位角,l為拓?fù)浜芍?可以取無限值,渦旋光束中的每個光子都攜帶有特定的軌道角動量值l?。渦旋光束的特殊性使其在通信、微粒操控以及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值,例如無限取值的拓?fù)浜芍悼捎糜谛畔⒕幋a,提高信息容量與安全性;環(huán)狀的光強分布以及所攜帶的軌道角動量可以作為光鑷來捕獲或者旋轉(zhuǎn)粒子。傳統(tǒng)的渦旋光束控制器件主要有螺旋相位板、空間光調(diào)制器以及柱面透鏡轉(zhuǎn)換器等,這些器件大都存在尺寸相對較大、加工精度要求較高,非平面以及系統(tǒng)復(fù)雜等問題。隨著微電子集成技術(shù)的發(fā)展,小尺寸、平面化的光學(xué)器件成為主要的發(fā)展趨勢,傳統(tǒng)渦旋光束控制器件存在的這些問題都會使其在應(yīng)用過程中受到一定的局限性。近年來,一種二維平面超材料-超表面逐漸引起人們的關(guān)注,它能夠在極薄（<λ）的平面上實現(xiàn)對光場的靈活調(diào)控,因此可以用來解決傳統(tǒng)渦旋光束控制元件存在的問題。本論文主要基于超表面幾何相位調(diào)控原理,研究其在渦旋光束控制以及檢測方面的應(yīng)用。論文的主要研究... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所)四川省

【文章頁數(shù)】：130 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 OAM光束的歷史研究進程及基本概念
        1.1.1 OAM光束的歷史研究進程
        1.1.2 OAM光束基本概念
    1.2 OAM光束控制進展
        1.2.1 傳統(tǒng)OAM光束產(chǎn)生方式
        1.2.2 基于超表面的OAM光束的產(chǎn)生
    1.3 渦旋光束的檢測
    1.4 OAM光束的應(yīng)用
    1.5 本研究領(lǐng)域存在的關(guān)鍵問題及研究思路
    1.6 本論文主要內(nèi)容安排
第2章 超表面亞波長結(jié)構(gòu)的電磁場計算分析方法
    2.1 引言
    2.2 超表面實現(xiàn)相位調(diào)控基本原理
        2.2.1 偶極共振相位調(diào)控原理
        2.2.2 幾何相位調(diào)控
    2.3 超表面電磁數(shù)值計算
        2.3.1 有限元算法
        2.3.2 時域有限差分法
    2.4 矢量衍射算法
    2.5 本章小結(jié)
第3章 基于幾何相位型超表面的OAM光束的產(chǎn)生與檢測
    3.1 研究意義
    3.2 OAM光束產(chǎn)生與檢測的設(shè)計
        3.2.1 OAM光束產(chǎn)生與檢測的分區(qū)域設(shè)計
    3.3 基于幾何相位型超表面的OAM光束的產(chǎn)生與檢測研究
        3.3.1 單元結(jié)構(gòu)設(shè)計
        3.3.2 OAM光束產(chǎn)生與檢測集成設(shè)計與仿真
    3.4 基于超表面的OAM光束產(chǎn)生與檢測器件的加工與試驗測試
        3.4.1 超表面的加工
        3.4.2 實驗測試
        3.4.3 實驗測試結(jié)果
    3.5 本章小結(jié)
第4章 基于超表面振幅與位相調(diào)控的多通道OAM光束的產(chǎn)生
    4.1 研究的意義
    4.2 純相位調(diào)控以及相位與振幅同時調(diào)控的多通道渦旋光束
    4.3 振幅與位相調(diào)控多通道渦旋束設(shè)計
    4.4 基于超表面振幅與位相調(diào)控的多通道OAM光束
        4.4.1 單元結(jié)構(gòu)的設(shè)計
        4.4.2 多通道OAM光束的加工與實驗驗證
    4.5 本章小節(jié)
第5章 基于超表面的雙波長三維陣列OAM光束的調(diào)控
    5.1 研究意義
    5.2 超表面雙波段調(diào)控單元結(jié)構(gòu)設(shè)計
    5.3 基于超表面的雙波段三維陣列OAM光束控制設(shè)計
    5.4 本章小結(jié)
第6章 論文總結(jié)與展望
    6.1 論文主要創(chuàng)新點
    6.2 未來工作展望
參考文獻
致謝
作者簡歷及攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
[1]衍射極限尺度下的亞波長電磁學(xué)[J]. 蒲明博,王長濤,王彥欽,羅先剛.  物理學(xué)報. 2017(14)
[2]Principles of electromagnetic waves in metasurfaces[J]. LUO XianGang.  Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2015(09)
[3]Characterizing topological charge of optical vortex using non-uniformly distributed multi-pinhole plate[J]. 石蕾,田凌浩,陳險峰.  Chinese Optics Letters. 2012(12)



本文編號：3464227