本文關(guān)鍵詞： 無衍射光束 局域空心光束 傅里葉方法 光學(xué)設(shè)計 軸棱錐　出處：《華僑大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：學(xué)位論文設(shè)計了兩種產(chǎn)生特殊光束的新型元件:產(chǎn)生近似無衍射光束的線性徑向梯度折射率透鏡,產(chǎn)生局域空心光束的雙環(huán)透鏡。詳細介紹了兩種新型元件的光學(xué)原理及優(yōu)勢,模擬仿真了相關(guān)參量對所產(chǎn)生光束質(zhì)量的影響。除此之外,學(xué)位論文首次在特殊光束領(lǐng)域內(nèi)使用傅里葉方法進行分析與研究,設(shè)計實驗進行驗證,研究結(jié)果證明了這種方法的可行性,拓展了對特殊光束的理論分析方法。本論文的主要內(nèi)容為以下幾個方面:1、設(shè)計了一種產(chǎn)生長距離、高質(zhì)量近似無衍射光束的新型光學(xué)元件-線性徑向梯度折射率透鏡(LRGIL)。從應(yīng)用光學(xué)角度和衍射積分理論分析了LRGIL產(chǎn)生近似無衍射光束的原理,用軟件進行模擬,得出LRGIL具有傳統(tǒng)軸棱錐功效的結(jié)論。用Math CAD模擬LRGIL產(chǎn)生長距離近似無衍射光束,得出變化LRGIL的厚度和折射率曲線參數(shù)容易改變產(chǎn)生光束無衍射距離的結(jié)論,并得到了無衍射距離大于3米的近似無衍射光束。除此之外,LRGIL還有諸多優(yōu)點,如不易損壞,更加靈活等,在實驗和生產(chǎn)中擁有極大的開發(fā)潛力。2、設(shè)計并展示了產(chǎn)生尺寸可調(diào)局域空心光束的新型元件-雙環(huán)透鏡。雙環(huán)透鏡由光罩與平凸透鏡組成,結(jié)構(gòu)簡單,易于生產(chǎn)。透鏡可調(diào)制平行光產(chǎn)生參數(shù)固定的局域空心光束,通過更換光罩可在較大范圍內(nèi)實現(xiàn)局域空心光束的尺寸調(diào)諧。從應(yīng)用光學(xué)角度分析了新型元件的成像原理,推出了產(chǎn)生局域空心光束的參數(shù)公式。依據(jù)衍射積分理論推導(dǎo)出了透鏡后方的光場分布公式并用MATLAB進行數(shù)值模擬,使用He-Ne激光做為光源,實驗拍攝了局域空心光束的截面光強分布,實驗結(jié)果與仿真模擬基本吻合。3、使用離散傅里葉方法分析了雙環(huán)透鏡系統(tǒng)產(chǎn)生無衍射光束的過程。在雙環(huán)透鏡系統(tǒng)中用傅里葉方法描述觀察面的光強分布,對衍射面進行數(shù)據(jù)抽樣,推出觀察面光強分布的離散化傅里葉公式,使用MATLAB進行數(shù)值模擬,得到不同位置下的無衍射光束強度分布。設(shè)計實驗進行驗證,理論分析、數(shù)值模擬和實驗結(jié)果相吻合。4、使用離散傅里葉方法研究了非相干光源產(chǎn)生局域空心光束的過程。用菲涅爾衍射的傅里葉方法描述單色平面波產(chǎn)生局域空心光束的光強分布,引入色散公式使得多波長光源同樣適用,討論抽樣要求并對變量進行離散化,最后導(dǎo)出了非相干光源產(chǎn)生局域空心光束的離散化傅里葉公式。代入相關(guān)參數(shù)并用MATLAB進行數(shù)值模擬,得到了在不同軸上距離下光束的強度分布;設(shè)計用綠光LED產(chǎn)生局域空心光束的實驗,數(shù)值模擬與實驗結(jié)果基本吻合,證明了采用傅里葉方法可以較精確地分析非相干光源產(chǎn)生局域空心光束,為該光束的描述提供了一種全新、可靠的方法。本學(xué)術(shù)論文對拓展無衍射光束的應(yīng)用具有指導(dǎo)意義,對簡化局域空心光束光學(xué)系統(tǒng)、實現(xiàn)局域空心光束對粒子的微操控有實際意義,對擴展特殊光束在信息光學(xué)中的使用具有重要的參考價值。
[Abstract]:A new type of element - linear radial gradient index lens ( LRGIL ) has been designed and demonstrated by using Fourier method in the field of special light beam . To simplify the local hollow beam optical system , it is of practical significance to realize the micro - manipulation of the local hollow beam to the particle , and has important reference value to the application of the extended special light beam in the information optics .

【學(xué)位授予單位】：華僑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH74

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本文編號：1445394