渦旋光束是一種傳輸過程中呈現(xiàn)漩渦狀相位、中空分布的特殊光束。由于渦旋光束的光場表達(dá)式中有螺旋相位項而且光束的每個光子都攜帶攜帶軌道角動量,使得其在與物質(zhì)相互作用、自由空間傳輸、非線性光學(xué)中都展現(xiàn)出了獨特的性質(zhì)。因此,它在微粒的多維操縱、自由空間光通信、激光加工等領(lǐng)域擁有著巨大的應(yīng)用前景,近些年受到人們的廣泛關(guān)注與研究。目前將渦旋光束與寬光譜短脈沖相結(jié)合,對短脈沖進行相位調(diào)制,產(chǎn)生寬帶超短渦旋脈沖是渦旋光研究的重要研究方向之一,得到的具有渦旋特性的短脈沖將會為高強度場物理實驗、超快非線性光學(xué)、精密激光材料加工等前沿科學(xué)領(lǐng)域提供前所未有的科研條件和工具。同時,這些領(lǐng)域的發(fā)展也對寬光譜超短渦旋脈沖提出了越來越多的新要求。論文的主要工作有以下幾個部分:1.通過文獻(xiàn)調(diào)研,對渦旋光束的發(fā)展歷史、應(yīng)用領(lǐng)域以及寬帶渦旋脈沖產(chǎn)生的研究現(xiàn)狀進行了詳細(xì)介紹。2.從麥克斯韋方程出發(fā),推導(dǎo)了厄米高斯光束與拉蓋爾高斯光束的數(shù)學(xué)表達(dá)式,進而從本質(zhì)上解釋了兩種光束相互轉(zhuǎn)化的原理,并對他們在源平面處的光場分布進行了數(shù)值模擬。介紹了渦旋光拓?fù)浜傻臋z測方法——干涉法,對渦旋光與平面波、球面波的干涉過程進行了數(shù)值推導(dǎo),并數(shù)值... 

【文章來源】：中國工程物理研究院北京市

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１渦旋光場的螺旋相位波前（ａ）／＝ｌ；（ｂ）／＝－ｌ；（ｃ）／＝２；（ｄ）／＝－２??

了渦旋光束攜帶軌道角動量，大小為??出，Ｚ是渦旋光的螺旋拓?fù)浜�，ｈ為普朗克常�?shù)Ｗ。自此，渦旋光的本質(zhì)逐漸被科學(xué)家們??揭示，成為熱門的研宄課題［１５＿１９：＞。??１９９５年，Ｈｅ等人在實驗中產(chǎn)生了三階拉蓋爾高斯光束，并利用實驗產(chǎn)生的拉蓋爾??高斯光束照射微米尺寸的石墨微粒，實現(xiàn)了對石墨微粒的囚禁、移動、旋轉(zhuǎn)，表明拉蓋??爾高斯光束所攜帶的軌道角動量會轉(zhuǎn)移到石墨微粒［２（）］。??１９９８年，Ｃｏｕｒｔｉａｌ等人在實驗中將渦旋光束入射旋轉(zhuǎn)的物體，來研究渦旋光束的旋??轉(zhuǎn)頻移現(xiàn)象，如圖１．２所示，他們在實驗中發(fā)現(xiàn)光束會發(fā)生多普勒旋轉(zhuǎn)頻移，光束偏轉(zhuǎn)??角與光束的軌道角動量相關(guān)［２１］。??／??／??圖１．２渦旋光束的旋轉(zhuǎn)頻移??２００１年，Ｍａｉｒ?Ａ等首先利用渦旋光軌道角動量實現(xiàn)了多維度的糾纏態(tài)，產(chǎn)生了無??限維度的Ｈｉｌｂｅｒｔ空間［２２］。??２??

，浙江大學(xué)的陳子陽通過實驗研究了渦旋光束在弱大氣湍流中的傳輸特性，??他發(fā)現(xiàn)渦旋光束擁有比普通高斯光束更小的閃爍指數(shù)。光束的螺旋拓?fù)浜稍酱�，其閃爍??指數(shù)越小，當(dāng)光束的傳輸距離增加時，一階渦旋光束在軸上的閃爍指數(shù)也隨之增加［２８］。??２０１１年，Ｐａｄｇｅｔｔ?Ｍ等人對渦旋光束與微粒間的相互作用進行了系統(tǒng)性的研究，他??們發(fā)現(xiàn)在微粒對光束的反射、折射以及吸收時會發(fā)生動量的轉(zhuǎn)移，從而實現(xiàn)渦旋光束對??微粒的捕獲、移動與旋轉(zhuǎn)，基于此提出了“光學(xué)鑷子”與“光學(xué)扳手”的概念??１?ｍ??圖１．３?“光學(xué)攝子”與“光學(xué)扳手”??２０１１年，蒲繼雄課題組研宄了拉蓋爾高斯光束的傳輸特性，從菲涅爾衍射理論出發(fā)??模擬了光束在自由空間中傳輸一段距離后光斑和相位的變化情況［３（）】。??３??


本文編號：2990578