發(fā)布時(shí)間：2020-11-19 22:02

　　 由于渦旋光束攜帶有軌道角動(dòng)量,因此在粒子囚禁和操控、量子信息編碼等方面都有廣泛應(yīng)用。光束的拓?fù)浜蓴?shù)決定著渦旋光束的軌道角動(dòng)量及相關(guān)光束特征。因而對(duì)渦旋光束拓?fù)浜蓴?shù)的測(cè)量具有重要意義。目前已經(jīng)提出了多種測(cè)量渦旋光束拓?fù)浜蓴?shù)的方法,其中利用光闌衍射相對(duì)簡(jiǎn)便可行。而光束的深聚焦,也就是光束經(jīng)高數(shù)值孔徑透鏡的聚焦,它相比于普通聚焦可以生成一個(gè)達(dá)到亞波長(zhǎng)量級(jí)的光斑,利用這種特性可以極大的將聚焦成像系統(tǒng)的空間分辨率提高,從而可以克服傳統(tǒng)的衍射極限,在光學(xué)領(lǐng)域有著重大研究意義。渦旋光束的拓?fù)浜蓴?shù)在傳統(tǒng)的渦旋光束中與中心亮環(huán)半徑及光束角動(dòng)量成正比,且決定波分復(fù)用及信息編碼能力,是渦旋光束研究中的一個(gè)重要參數(shù)。而完美渦旋光(Perfect optical vortex beam,POV)的優(yōu)點(diǎn)是可控的拓?fù)浜蓴?shù)環(huán)寬度,半徑和環(huán)寬度,以及高橫向和軸向強(qiáng)度梯度。在玻色-愛因斯坦凝聚、粒子的旋轉(zhuǎn)和操控、光學(xué)超分辨成像及量子信息編碼等方面擁有重要的研究?jī)r(jià)值,成為了近年來(lái)信息光學(xué)領(lǐng)域一個(gè)極其重要的研究熱點(diǎn)。渦旋光束的傳輸及深聚焦特性還有待研究。本文內(nèi)容如下:1.對(duì)完美渦旋光束經(jīng)矩形、矩形環(huán)光闌遠(yuǎn)場(chǎng)衍射進(jìn)行理論分析。通過(guò)改變各個(gè)光闌的相關(guān)參數(shù)及入射光束的拓?fù)浜蓴?shù),仿真分析光束通過(guò)矩形、矩形環(huán)的傳輸特性。對(duì)不同光闌的遠(yuǎn)場(chǎng)衍射圖形進(jìn)行分析,得到規(guī)則圖樣與拓?fù)浜蓴?shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,不需提取相位,可以直接得到所測(cè)拓?fù)浜蓴?shù)。2.根據(jù)十字形光闌提出雙十字及十字陣列光闌,對(duì)完美渦旋光束經(jīng)十字形及多十字形光闌遠(yuǎn)場(chǎng)衍射進(jìn)行理論分析。通過(guò)改變各個(gè)光闌的相關(guān)參數(shù)及入射光束的拓?fù)浜蓴?shù),仿真分析研究光束通過(guò)不同十字形光闌的傳輸特性。對(duì)不同光闌的遠(yuǎn)場(chǎng)衍射圖形進(jìn)行分析,根據(jù)衍射圖樣,得到在檢測(cè)拓?fù)浜蓴?shù)的新方法。3.對(duì)完美渦旋光束經(jīng)高數(shù)值孔徑透鏡深聚焦進(jìn)行公式推導(dǎo)分析。仿真分析完美渦旋光束基于Richards-Wolf衍射理論深聚焦后的強(qiáng)度分布,相位特性,研究對(duì)比不同數(shù)值孔徑下聚焦特性變化并分析。對(duì)比分析深聚焦場(chǎng)分別在x軸、y軸、z軸上分量的強(qiáng)度分布及相位特性,分析深聚焦后光束光場(chǎng)在粒子捕獲等方面的應(yīng)用前景。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：O43
【部分圖文】：

Vortex Beams)為一種光強(qiáng)呈現(xiàn)環(huán)形分布且中心光強(qiáng)為狀，中心處的相位分布擁有奇異性，且無(wú)加熱效應(yīng)和似于流體渦旋的形狀，渦旋光束的波陣面的形狀也呈的特點(diǎn)。渦旋光束最典型的特點(diǎn)為擁有復(fù)雜的相位結(jié)渦旋形相位波前，體現(xiàn)在電場(chǎng)表達(dá)式中，具有一 m 表示它的拓?fù)浜蓴?shù)，也是其旋轉(zhuǎn)方位角，說(shuō)明各個(gè)當(dāng)相位沿光軸旋轉(zhuǎn) 2π大小向前傳輸時(shí)，也就是光束圍可知，渦旋光束沿 z 軸傳輸時(shí)的電場(chǎng)表達(dá)式如下 u (r,,z)u(r,,z)expimexpikz0 鸀 表示距離 z 處的渦旋光束的電場(chǎng)分布，其中 鸀 鸀 為旋光束在 z 處的電場(chǎng)振幅，m 為拓?fù)浜蓴?shù)大小，根據(jù)渦為正負(fù)數(shù)。k 為光束的波數(shù)，為 k 2 / 。渦旋光束沿如下 ( r , ,z) m kz

圖 2-2 渦旋光電場(chǎng)及相位分布。(a)m=1 時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度分布圖；(b)m=2 時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度分布圖；(c)m=3 時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度分布圖；(d)m=1 時(shí)的相位分布；(e)m=2 時(shí)的相位分布；(f)m=3 時(shí)的相位分布2.1 軌道角動(dòng)量和渦旋光束一個(gè)光子，可能會(huì)擁有兩種動(dòng)量，線動(dòng)量和角動(dòng)量，而角動(dòng)量又可為兩種[73]，自 旋 角 動(dòng) 量 (spin angular momentum, SAM) 跟 軌 道 角 動(dòng) 量 (orbital angularmomentum, OAM)。其中光子的 SAM 是本征的，為正負(fù) 1。任何光子都具有線動(dòng)量，其大小與頻率有關(guān)，頻率越高時(shí)其越大，而 SAM 與光的圓偏振相關(guān)，正負(fù)符號(hào)取決于偏振方向的不同。OAM 與波陣面相關(guān)，不管一個(gè)波長(zhǎng)中波陣面旋轉(zhuǎn)了多少圈，拓?fù)潆姾芍荒転檎麛?shù)。其中 OAM 是場(chǎng)的性質(zhì)，依賴于邊界條件。軌道角動(dòng)量是由能量流（由坡印廷矢量描述）以光軸為中心旋轉(zhuǎn)而生成，它使得電磁波的相位波前呈現(xiàn)螺旋狀，因此，攜帶有軌道角動(dòng)量的電磁波也被稱為渦旋電磁波。把其應(yīng)用于電磁波中，在普通的電磁波中增加一個(gè)旋轉(zhuǎn)相位因子，此時(shí)電磁波的

圖 2-3 微粒操縱的實(shí)驗(yàn)光路原理圖[78]、拉蓋爾-高斯光束蓋爾-高斯(Laguere-Gaussian, LG)光束是柱坐標(biāo)系下傍軸近似條件亥姆霍茲方程緩變振幅近似下的本征解。該本征解中擁有兩個(gè)參數(shù) 或者 m（可任意整數(shù)）與徑向指數(shù) p（大于等于 0 的整數(shù)），由此來(lái)lp 模式。所有的lpLG 模式組成了完整的正交基矢量，各種標(biāo)量光場(chǎng)全G 模式的線性組合說(shuō)明出來(lái)。高斯光束可以很好的描述基模激光束的束既可以生成拉蓋爾-高斯模式，也可以生成厄米特-高斯模式。而實(shí)具有螺旋相位波的光束是由共軸的同心圓組成，這與拉蓋爾-高斯模 mrLrrurAlplexpi2exp2,20220200 0A 為電場(chǎng)振幅 0112! ppA
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 陳子陽(yáng);張國(guó)文;饒連周;蒲繼雄;;楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)量渦旋光束的軌道角動(dòng)量[J];中國(guó)激光;2008年07期

2 印建平,劉南春,夏勇,惲?xí)F;空心光束的產(chǎn)生及其在現(xiàn)代光學(xué)中的應(yīng)用[J];物理學(xué)進(jìn)展;2004年03期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 陳志婷;渦旋光束的特性研究[D];燕山大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2890498