發(fā)布時間：2017-09-28 10:28

  本文關(guān)鍵詞：微納結(jié)構(gòu)中Talbot效應(yīng)和超聚焦效應(yīng)研究

  更多相關(guān)文章： 二維離散Talbot效應(yīng) 非線性Talbot效應(yīng) 超聚焦 超振子透鏡 螺旋光柵 矢量光束

【摘要】：Talbot效應(yīng)亦被稱為自成像或者無透鏡成像,是指當光入射到周期性物體上時在物體后方的的菲涅耳衍射區(qū)域內(nèi)會周期性地出現(xiàn)自身圖像重現(xiàn)的現(xiàn)象。我們研究了在二維離散波導陣列系統(tǒng)中Talbot效應(yīng)產(chǎn)生的條件以及成像的特性。與在連續(xù)空間系統(tǒng)不同,在離散系統(tǒng)中光場被束縛在波導內(nèi)部,相鄰波導之間通過隱失波發(fā)生耦合。在一維離散系統(tǒng)中,通常只需要研究最近鄰波導之間的耦合。而在二維離散系統(tǒng)中,大多數(shù)情況下僅考慮最近鄰波導之間的耦合是不夠的,這也產(chǎn)生了很多新奇的Talbot自成像特性。另外,我們在實驗中還詳細研究了周期極化非線性光學晶體中的二次諧波Talbot效應(yīng)。這種效應(yīng)反映的是晶體內(nèi)非線性系數(shù)的周期性分布而非折射率的分布,與傳統(tǒng)Talbot效應(yīng)相比擁有許多獨特的性質(zhì)。同時,我們還在分數(shù)二次諧波Talbot自成像面中發(fā)現(xiàn)了超聚焦的現(xiàn)象,其原理是光場相消干涉效應(yīng)和超振子效應(yīng)的雙重作用。在此基礎(chǔ)上,我們系統(tǒng)地研究了用于實現(xiàn)超聚焦和超分辨成像的超振子透鏡的設(shè)計理念思路和方法。最后我們還討論了螺旋光柵對光束的聚焦特性。本論文主要涉及以下四個方面的內(nèi)容：1.二維離散系統(tǒng)的Talbot效應(yīng)。在二維離散波導陣列系統(tǒng)的研究中,我們不僅考慮了最近鄰波導之間的耦合,還同時考慮了次近鄰之間的耦合。通過理論分析發(fā)現(xiàn),要實現(xiàn)Talbot效應(yīng),二維系統(tǒng)中兩個基矢方向上的周期選取都不能是任意的：周期大小只能是{1,2,3,4,6}中的之一；并且一個方向上的周期若為4,則另外一個方向上的周期還不能為3或者6。為了實現(xiàn)嚴格的Talbot效應(yīng),次近鄰耦合系數(shù)與最近鄰耦合系數(shù)的比值也必須要為一個有理數(shù)。我們具體分析了六角結(jié)構(gòu)和四方結(jié)構(gòu)的波導陣列,研究了輸入周期、次近鄰耦合、陣列結(jié)構(gòu)等對二維離散Talbot效應(yīng)的影響。2.分數(shù)非線性Talbot效應(yīng)。我們使用周期極化的PPLT晶體實現(xiàn)了非線性Talbot效應(yīng)。在非線性過程中光波波長減半,非線性自成像的分辨率提高了一倍。我們從理論(倒格矢理論和標量角譜理論)和實驗兩個方面系統(tǒng)研究了非線性Talbot效應(yīng)。對于六角結(jié)構(gòu)的樣品在1/3分數(shù)Talbot面,我們觀察到了周期變?yōu)樵瓉淼??)/3倍和基矢方向旋轉(zhuǎn)30度這一經(jīng)典分數(shù)Talbot現(xiàn)象。在實驗中,我們還觀測到某些面會出現(xiàn)突破衍射極限的超聚集點,其原理是干涉衍射造成的光場剪裁以及倍頻相位匹配帶寬限制引入的超振子效應(yīng)。3.超振子透鏡的設(shè)計,用于實現(xiàn)突破衍射極限的超聚焦光斑。我們從矢量角譜理論出發(fā),系統(tǒng)地分析了標量光和矢量光通過超振子透鏡的傳播方程。我們選取了圓偏振標量光束和徑向偏振的矢量光束作為入射光來設(shè)計超振子透鏡結(jié)構(gòu)。對比中我們發(fā)現(xiàn),徑向矢量光束更容易把高強度的旁瓣推離中心位置,并且可以得到更小的超聚焦點。不僅如此,使用徑向矢量光束還可以設(shè)計出擁有更長工作距離的超振子透鏡。另外,我們還發(fā)現(xiàn)相位型結(jié)構(gòu)的超振子透鏡在超聚焦點光強上具有明顯優(yōu)勢。4.螺旋光柵對光的聚焦特性。我們主要基于矢量光場的理論以數(shù)值模擬的手段,分析了不同類型的螺旋光柵的聚焦效果以及不同類型的偏振光束經(jīng)過相同螺旋光柵的聚焦差異。我們發(fā)現(xiàn)左旋圓偏振光和右旋圓偏振光通過相同的振幅螺旋光柵后,在成像面中心會產(chǎn)生渦旋光束,并且其縱向電場分量的拓撲荷相差為2。徑向矢量光束和角向矢量光束通過相同的振幅螺旋光柵后,聚焦光斑的場分量之間呈明顯的對稱性。
【關(guān)鍵詞】：二維離散Talbot效應(yīng) 非線性Talbot效應(yīng) 超聚焦 超振子透鏡 螺旋光柵 矢量光束
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O436.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-31
• 1.1 Talbot效應(yīng)11-18
• 1.1.1 什么是Talbot效應(yīng)11-14
• 1.1.2 Talbot效應(yīng)的特性與應(yīng)用14-18
• 1.2 超聚焦效應(yīng)18-23
• 1.2.1 超分辨成像18-19
• 1.2.2 超聚焦效應(yīng)19-23
• 1.3 Talbot效應(yīng)中的超聚焦現(xiàn)象23-26
• 參考文獻26-31
• 第二章 二維離散Talbot效應(yīng)31-52
• 2.1 離散Talbot效應(yīng)簡介31-33
• 2.2 二維離散Talbot效應(yīng)理論33-41
• 2.3 數(shù)值模擬和理論分析41-49
• 2.3.1 六角結(jié)構(gòu)的波導陣列41-45
• 2.3.2 四方結(jié)構(gòu)的波導陣列45-47
• 2.3.3 其他結(jié)構(gòu)的波導陣列47-49
• 2.4 小結(jié)49-51
• 參考文獻51-52
• 第三章 分數(shù)非線性Talbot自成像中的超聚焦效應(yīng)52-71
• 3.1 非線性Talbot效應(yīng)簡介52-53
• 3.2 分數(shù)二次諧波Talbot自成像53-63
• 3.2.1 實驗裝置與樣品結(jié)構(gòu)53-54
• 3.2.2 理論分析與實驗結(jié)果54-63
• 3.3 Talbot中的超聚焦63-68
• 3.3.1 周期極化晶體中的超聚焦現(xiàn)象63-67
• 3.3.2 周期極化晶體中的超聚焦原理67-68
• 3.4 小結(jié)68-69
• 參考文獻69-71
• 第四章 超振子透鏡中的超聚焦效應(yīng)71-87
• 4.1 超振子透鏡簡介71-72
• 4.2 理論分析72-76
• 4.3 超振子透鏡的結(jié)構(gòu)設(shè)計76-85
• 4.3.1 設(shè)計思路76-81
• 4.3.2 圓偏振光與徑向偏振光超振子透鏡的對比81-84
• 4.3.3 振幅和相位型超振子透鏡的對比84-85
• 4.4 小結(jié)85-86
• 參考文獻86-87
• 第五章 螺旋光柵對光的聚焦效應(yīng)87-101
• 5.1 螺旋光柵簡介87-89
• 5.2 不同類型的螺旋光柵的聚焦89-91
• 5.3 不同類型的偏振光束的聚焦91-97
• 5.4 小結(jié)97-99
• 參考文獻99-101
• 第六章 總結(jié)101-103
• 博士期間發(fā)表論文103-104
• 致謝104-105

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