發(fā)布時(shí)間：2022-01-14 15:09

　　渦旋光束具有螺旋的相位結(jié)構(gòu),并且攜帶軌道角動(dòng)量,因此渦旋光束的傳播以及應(yīng)用一直是結(jié)構(gòu)光場(chǎng)的重要方向。隨著近幾年人們對(duì)光場(chǎng)調(diào)控手段的豐富,一些特殊結(jié)構(gòu)的渦旋光束被相繼提出�；谶@個(gè)研究背景,本論文中利用光的傳播衍射理論并結(jié)合實(shí)驗(yàn)手段研究了分?jǐn)?shù)渦旋光束、多匝道分?jǐn)?shù)渦旋光束以及渦旋對(duì)光束的傳播特性以及在光學(xué)捕獲中的應(yīng)用。本文具體章節(jié)安排如下:第一章介紹了渦旋光束的研究背景和意義,并分別介紹了整數(shù)渦旋光束、分?jǐn)?shù)渦旋光束和特殊渦旋光束的研究發(fā)展現(xiàn)狀;渦旋光束的實(shí)際應(yīng)用情況以及產(chǎn)生渦旋光束、探測(cè)渦旋的方法。同時(shí)第一章介紹了本文研究中所用到的理論基礎(chǔ)及實(shí)驗(yàn)研究方法。第二章推導(dǎo)并計(jì)算在實(shí)際情況中高斯光束入射至螺旋相位板后產(chǎn)生的整數(shù)渦旋光束的傳播的表達(dá)式。實(shí)驗(yàn)上我們利用純相位型空間光調(diào)制器產(chǎn)生該整數(shù)渦旋光束,對(duì)其在自由空間中的傳輸特點(diǎn)進(jìn)行觀察并驗(yàn)證了我們的理論計(jì)算結(jié)果。第三章介紹了分?jǐn)?shù)渦旋光束的渦旋強(qiáng)度和光束傳播因子。在傍軸近似下,我們推導(dǎo)出了分?jǐn)?shù)渦旋光束通過(guò)任意線性ABCD光學(xué)系統(tǒng)輸出場(chǎng)的解析表達(dá)式。我們通過(guò)研究分?jǐn)?shù)渦旋光束焦平面處的光場(chǎng),發(fā)現(xiàn)當(dāng)且僅當(dāng)拓?fù)浜蓴?shù)非常接近偶數(shù)時(shí),并在該偶數(shù)拓?fù)浜蓴?shù)的前后,... 

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【文章頁(yè)數(shù)】：109 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１－１拉蓋爾高斯光束在腰斑處的光強(qiáng)分布圖

了對(duì)分?jǐn)?shù)渦旋光束軌道角動(dòng)量的定量測(cè)量。同時(shí)??他們還將分?jǐn)?shù)渦旋光束分解成本征“模式”和外部“模式”?［ｍａｍｉ］。最近，Ｄｅｎｇ等人利??用由不同整數(shù)渦旋組成的二維多焦點(diǎn)陣列精確地測(cè)量了分?jǐn)?shù)渦旋光束分?jǐn)?shù)軌道角動(dòng)量，??測(cè)得的軌道角動(dòng)量平均誤差小于〇．〇２５［＿。??⑷（ｂ）?５?ｆ??１?丨?一??ｌ｜（（ｗ２！?－：！?ｒ－Ｊ??？ｉ〇?．５?ｏ?５?＾?ｍ?？?ｉ?ｗ?ｉ?厶??（ｃ）?ｒ?—?￣ｓ?（ｄ）??５?＞？〇?－?￣￣??＇〇－５?拓?fù)浜蓴?shù)??圖１－２?（ａ）拓?fù)浜蓴?shù)ａ?＝?２．２分?jǐn)?shù)渦旋光束近場(chǎng)光強(qiáng)分布理論圖［３２］；?（ｂ）?Ｂｅｒｒｙ計(jì)算的關(guān)于分??數(shù)渦旋光束總渦旋強(qiáng)度與拓?fù)浜蓴?shù)的變化關(guān)系圖【３２１；?（ｃ）分?jǐn)?shù)渦旋光束捕獲微粒的實(shí)驗(yàn)結(jié)果??圖［９５】；（ｄ）分?jǐn)?shù)渦旋光束的軌道角動(dòng)量與拓?fù)浜蓴?shù)的變化關(guān)系圖ｔ４１］。??分?jǐn)?shù)渦旋光束還存有一些非常獨(dú)特的傳播行為，例如分?jǐn)?shù)渦旋光束存在暗區(qū)的缺口，??而不是環(huán)形光束。在暗區(qū)缺口的位置處存在正負(fù)渦旋對(duì)［３２１，這些渦旋對(duì)在傳播過(guò)程中有??渦旋的產(chǎn)生和湮滅現(xiàn)象【９５１。近期，分?jǐn)?shù)渦旋光束的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的暗區(qū)［ｍｉ］，以及Ｔｋａｃｈｅｎｋｏ??等人還嘗試產(chǎn)生“完美”分?jǐn)?shù)渦旋光束［｜（）３］等研究讓分?jǐn)?shù)渦旋光束又獲得人們的大量關(guān)??注。同時(shí)部分相干的分?jǐn)?shù)渦旋光束及其傳播的特性也被Ｚｅｎｇ等人揭示［１％。另外，Ｌｕｏ??等人還研究了帶有調(diào)制渦旋強(qiáng)度分?jǐn)?shù)渦旋超短脈沖［１（）５］。分?jǐn)?shù)渦旋光束的應(yīng)用包括徵粒的??捕獲［４１］以及分?jǐn)?shù)渦旋光束的相位奇點(diǎn)的演化也用來(lái)解釋希爾伯特旅館悖論［３３］。對(duì)于分??６??

光場(chǎng)通過(guò)這樣的相位板后即會(huì)獲得相位ｅｘｐＧａ＾Ｏ?．??關(guān)于使用螺旋相位板產(chǎn)生渦旋光束最早發(fā)表的論文是Ｋｈｏｎｉｎａ等人，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)上??實(shí)現(xiàn)了利用螺旋相位板產(chǎn)生禍旋光［１５Ｗ。而后，Ｋｒｉｓｔｅｎｓｅｎ，?Ｂｅｉｊｅｒｓｂｅｒｇｅｎ和Ｗｏｅｒｄｍａｎ等??人設(shè)計(jì)了在微波頻率下使用的螺旋相位板ｔ１６ａ＞。不久之后，他們制作了在光頻段的相位??板［１６火幾年后，制造了用于毫米波波長(zhǎng)和自由空間傳播的相位板［１６２］。至今，螺旋相位??板已經(jīng)廣泛運(yùn)用在產(chǎn)生渦旋光束的各種實(shí)驗(yàn)中。??傳??圖１－３平面波經(jīng)過(guò)螺旋相位板產(chǎn)生渦旋光示意圖１１６３】。??１．２．５．２模式轉(zhuǎn)換法??模式轉(zhuǎn)換法最早由Ｂｅｉｊｅｒｓｂｅｒｇｅｎ等人提出，他們利用由兩個(gè)柱透鏡組成的模式轉(zhuǎn)換??器將任意階的厄米高斯模轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的拉蓋爾高斯模，從而產(chǎn)生渦旋光。使用模式轉(zhuǎn)??換器產(chǎn)生拉蓋爾高斯模式是基于以下原理：４５°的模式可以分解為厄米高斯模模式集合，??并且同一組厄米高斯模模式在重新定相后可以組合形成特定的拉蓋爾高斯模式。之所以??會(huì)發(fā)生相移，是因?yàn)楫?dāng)每個(gè)厄米高斯模式被透鏡聚焦時(shí)，其模式指數(shù)和相對(duì)于柱面透鏡??的方向的不同導(dǎo)致在經(jīng)過(guò)透鏡聚焦后獲得不同的Ｇｏｕｙ相移。文獻(xiàn)中［１６４］給出了將厄米高??斯模式的組合轉(zhuǎn)換為任何特定拉蓋爾高斯模式的一般規(guī)定，圖１－４?（ａ）顯示了一個(gè)示例，??其中將三個(gè)厄米高斯模式組合為拉蓋爾高斯模式。由兩個(gè)柱面透鏡所組成的模式轉(zhuǎn)換器??有兩種主要形式：ｔｔ／２轉(zhuǎn)換器和ｔｔ轉(zhuǎn)換器，如圖１－４?（ｂ）所示。ｔｔ／２轉(zhuǎn)換器可以將模式指??標(biāo)為（ｍ，ｎ）且與柱透鏡的光軸呈４５°的任何入射厄米高斯模式轉(zhuǎn)換成拉蓋爾高斯模，對(duì)??應(yīng)的拉蓋爾高

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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